Las redes eléctricas se encuentran en la actualidad en un proceso de transición y transformación hacia el concepto de red inteligente. Esta red inteligente puede entenderse como un sistema que incorpora control, comunicación, nuevas fuentes de energía y nuevos modelos de generación y distribución de la misma.
Algunos dispositivos y factores presentan aspectos críticos en las redes inteligentes. Por un lado, existe una creciente penetración de fuentes de energía distribuidas de carácter renovables conectadas, las cuales se caracterizan por aportar una capacidad de generación muy dependiente de las condiciones climáticas. Además, se está experimentado un aumento de sistemas de almacenamiento basados en distintas tecnologías, conectados también de manera distribuida, con la finalidad (entre otras) de compensar las fluctuaciones ocasionadas por las nuevas fuentes energéticas de carácter renovable (en especial, la solar fotovoltaica). Estos sistemas de almacenamiento son dispositivos indispensables para la configuración de microrredes que pueden operar de forma aislada. Por último, es necesario destacar la presencia de nuevas cargas conectadas al sistema eléctrico como es el vehículo eléctrico. Estos dispositivos y factores, entre otros, plantean distintos retos en la gestión y operación de la red, y que obligan a una modernización a nivel de infraestructuras y de operación.
Estas nuevas tecnologías tienen como denominador común el hecho de no aportar inercia al sistema, a diferencia de los sistemas de generación convencionales basados en grandes generadores síncronos. Estos generadores síncronos convencionales cuentan con una energía adicional almacenada en forma de energía cinética de rotación, la cual es cedida al consumo en momentos de déficit entre generación y demanda, a costa de reducir ligeramente la velocidad de giro de los generadores síncronos y, por lo tanto, variar ligeramente la frecuencia eléctrica del sistema.
Gracias a los recientes avances en la electrónica de potencia y a la aplicación de nuevos materiales semiconductores, la tecnología moderna de los sistemas de transmisión flexible (FACTS) ayuda a abordar tales retos como son: la necesidad de controlar de manera activa la calidad de potencia, contribuir en la regulación de la tensión en los distintos nodos de la red y frecuencia de la misma, e incluso permitir la operación autónoma de una parte de la red inteligente de forma intencionada o durante una situación de falta. Gracias a la instalación de este tipo de dispositivos, la red eléctrica inteligente podrá operar de manera segura, fiable y resiliente.
Uno de los eventos más comunes en la red eléctrica inteligente es la variación del nivel de tensión a nivel de distribución y el aumento de sobrecarga en las líneas. El carácter unidireccional de varias de las fuentes de energía renovable, el incremento del número de cargas industriales conectadas y la presencia del mencionado vehículo eléctrico son causantes de la mayoría de las variaciones de tensión. Ante esta situación, se ha demostrado que los sistemas de regulación de tensión convencionales basados en dispositivos e interruptores electromecánicos no son capaces de reaccionar de manera tan rápida a como aparecen estas variaciones de tensión. Dicho esto, los sistemas FACTS contribuyen en la red inteligente a: i) facilitar la interconexión entre distintos nudos de generación aumentando la resiliencia del sistema, ii) permitir incrementar la penetración de fuentes de generación distribuida, iii) integrar los sistemas de almacenamiento conectados y de dispositivos restauradores del nivel de tensión, proporcionando una respuesta muy rápida ante apagones y caída de tensión debido a la variaciones repentinas de la generación o de las cargas conectadas, iv) mejorar la distorsión armónica contribuyendo a una mejor calidad de la potencia y v) facilitar el crecimiento de los medios de transporte eléctricos.
Con la finalidad de avanzar en el proceso de la mencionada transición energética y asegurar el funcionamiento fiable del sistema eléctrico inteligente, el Gobierno de España, a través del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico ha desarrollado una propuesta de Orden que regula los concursos de capacidad de acceso y conexión en determinados nudos de la red para nuevas instalaciones de generación de energía eléctrica basadas en renovables y para sistemas de almacenamiento. En dicha orden se priorizará y valorará la integración de sistemas de almacenamiento en instalaciones que inyectarán energía renovable, así como el tamaño relativo del mismo y la posibilidad de suministrar potencia durante un tiempo determinado. También se tiene en cuenta si el sistema de generación tiene capacidad para amortiguar las oscilaciones de tanto potencia activa, las cuales afectan directamente a la frecuencia eléctrica y al valor de la tensión, como de potencia reactiva. Ambos controles deben realizarse de forma dinámica, con determinados tiempos de respuesta establecidos y dentro de un intervalo de operación significativo. La robustez de este tipo de instalaciones de generación estará determinada por su capacidad de mantener su operación ante faltas transitorias equilibradas y desequilibradas, como son los huecos de tensión, con el fin de mitigar los efectos de dicho hueco.
Estas exigentes funcionalidades demandadas requieren la incorporación de tecnología avanzada en las futuras instalaciones de generación basadas en renovables, con el fin de cumplir la necesaria fiabilidad y flexibilidad exigidas por el sistema eléctrico inteligente. La solución se encontrará en los citados modernos FACTS.
