8 acciones que puede tomar para administrar la volatilidad y la congestión de la red

La crisis energética a la que se enfrenta actualmente Europa y el resto del mundo llega en un momento de gran incertidumbre política y económica. En esta situación, la provisión de servicios básicos y la integridad de la infraestructura crítica son de fundamental importancia para el funcionamiento de las economías y la cohesión de las sociedades. En Siemens Grid Software, vemos una serie de medidas que se pueden tomar para asegurar el suministro de energía a través de las redes de transmisión europeas, tanto a corto plazo para el próximo invierno como con miras a mejorar la preparación para crisis a mediano y largo plazo. .

Infraestructura inteligente de Siemens

Todas las partes interesadas, incluidos los consumidores y los operadores de la red, pero también los responsables de la toma de decisiones políticas y los consejos reguladores, deben trabajar juntos en un esfuerzo coordinado de respuesta a la crisis para asegurar el suministro de energía. En Alemania, por ejemplo, los cuatro operadores de transmisión (TSO) 50 Hertz Transmission, Amprion, TenneT y TransnetBW, así como los operadores de sistemas de distribución (DSO), tienen varias opciones que contribuirán a un suministro de energía seguro y a mantener la economía. en funcionamiento durante los próximos meses de invierno, pero también en el futuro.

Fortalecimiento de la resiliencia de la red y la infraestructura crítica, se pueden agrupar de acuerdo con tres objetivos principales:

Medidas diseñadas para influir en la demanda de energía en la red Medidas para mejorar la estabilidad de la red durante períodos de cargas más altas Medidas para proteger la red de amenazas externas a la seguridad del suministro

Acción 1: influir en la demanda para impulsar la estabilidad de la red

El primer conjunto de medidas, diseñado para gestionar la demanda de electricidad de forma que apoye la gestión de la capacidad y la estabilidad de la red, es eficaz a corto y medio plazo. El objetivo es evitar cortes de energía generalizados e imprevistos causados por un desequilibrio entre la demanda y la generación. Una forma de hacerlo es a través de deslastre de carga premeditado, realizado de manera específica y comunicado con anticipación a los consumidores. Si se llevan a cabo y se coordinan adecuadamente, por ejemplo, con aplicaciones de software para garantizar una planificación no discriminatoria y un anuncio automático de deslastre de carga, pueden ayudar a evitar daños económicos más generalizados.

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La información pública transparente sobre el estado de la red y la generación de energía (tanto en tiempo real como predictivo) es esencial para garantizar la confianza, el apoyo y la aceptación con respecto a los ajustes voluntarios de comportamiento del consumo que pueden estabilizar la red. Esto se podría hacer con una simple aplicación estilo "semáforo" que indique cuándo tiene sentido cambiar las actividades de uso intensivo de energía, como la carga de vehículos eléctricos, a períodos de mayor estabilidad de la red. Estas aplicaciones ya se han implementado en los EE. UU. y Francia y ahora también se están implementando en Alemania. Por ejemplo, en septiembre de 2022, los consumidores de energía en California recibieron una alerta móvil informándoles que los apagones eran inminentes y pidiéndoles que ahorraran energía. En una hora, los consumidores habían reducido voluntariamente la demanda en 1 GW, evitando interrupciones a gran escala.

Acción 2: Los datos de los medidores inteligentes valen la pena

Una forma más directa de asegurar la cooperación de los consumidores mientras se monitorean las cargas es el uso de sistemas de gestión de datos de medidores, que se han introducido en varios países. Estos se pueden utilizar para guiar a los consumidores de manera confiable hacia un comportamiento de mayor servicio a la red a través de incentivos de precios. Además de las medidas voluntarias discutidas anteriormente, los procesos intensivos en energía también podrían cambiarse automáticamente a períodos más ventajosos en función de los umbrales de precios definidos por el consumidor.

El impulso hacia la electrificación y la descarbonización a través de un mayor uso de energías renovables genera flujos de alimentación volátiles y bidireccionales, lo que subraya aún más la necesidad de monitorear no solo las redes de mayor voltaje, sino también las redes de menor voltaje, tanto en la generación como en el lado del usuario. Aquí, también, los proveedores de servicios pueden incentivar patrones de consumo favorables a la red a través de señales de precios, pero esto requiere una imagen situacional clara de las redes locales en un momento dado. Estas redes deben estar equipadas con tecnología de sensores adicional que, en combinación con el software de modelado, pueda brindar a los operadores una mejor comprensión del estado de la red de bajo voltaje.

Acción 3: Empujando el sobre

Además de la gestión de la demanda, un segundo conjunto de medidas puede mejorar la seguridad de la red mediante el uso de las redes de transmisión a su máxima capacidad. Este enfoque reconoce que las tolerancias térmicas de las redes no son estáticas. En función de factores externos, incluido el clima, y bajo ciertas condiciones (p. ej., temperaturas frías o viento), sus capacidades de transporte en el mundo real son más altas de lo que sugerirían sus clasificaciones certificadas. Con Dynamic Line Rating, las capacidades aumentan hasta la carga máxima tolerable en las condiciones climáticas predominantes. Esta opción de gestión de la congestión es de gran interés económico para las empresas de servicios públicos.

Determinar las tolerancias de la vida real de la red de transmisión en un momento dado también es importante para evitar disparos involuntarios de las medidas de protección. Con una mayor utilización de las capacidades de transporte o mayores cargas operativas, ese riesgo aumenta, ya que los sistemas de protección están diseñados para escenarios operativos clásicos pero posiblemente no para estos nuevos escenarios. Un recálculo de configuraciones predeterminadas en todo el sistema, basado en estudios de protección, puede ayudar a prevenir cortes de energía y cortes de carga innecesarios. Esta medida podría incluso implementarse a corto plazo y contribuir ya a la estabilidad de la red en el próximo invierno.

Acción 4: Protección adaptativa

Si los sistemas de protección utilizan restricciones demasiado estrictas, yendo más allá de lo necesario para prevenir fallas e impidiendo el uso óptimo de las capacidades de transporte de red disponibles, esos conceptos de protección estáticos deben reemplazarse por otros adaptativos. Esta medida consiste en adecuar grupos de parámetros en los dispositivos de protección en base a los comandos correspondientes del centro de control, los cuales responden a las fluctuaciones debidas a las condiciones climáticas y al balance de generación y carga. Con el tiempo, se podría desarrollar un modelo verdaderamente adaptativo, con recálculo y adaptación remota de configuraciones de protección individuales, liberando la capacidad de red adicional necesaria para la transición de energía neta cero.

Acción 5: una imagen más clara mejorará la seguridad de la red

La creciente entrada de fuentes de energía renovables estocásticas significa menos inercia sistémica y, por lo tanto, más inestabilidad en la regulación de frecuencia y voltaje. Los operadores de red pueden ver una discrepancia entre los límites de estabilidad dinámica de la red y los límites de carga térmica más altos. Tales situaciones pueden provocar colapsos de voltaje, oscilaciones de la red, desconexiones de la red, islas y cortes de energía. Con las Unidades de Medición de Fasores (PMU), que ya están en uso en Alemania, la estabilidad dinámica se puede monitorear y analizar en tiempo real para evitar estos escenarios.

Para evitar fallos de red a gran escala (p. ej., en toda la red energética integrada de Europa), estos datos de PMU deben intercambiarse con organismos supranacionales como la Red Europea de Operadores de Sistemas de Transmisión (ENTSO-E) para detectar y solucionar rápidamente problemas de estabilidad. Por el contrario, si los datos de PMU se pueden aprovechar para controlar la estabilidad y los riesgos de interrupción, eso permite aún más el uso específico de las capacidades de la red hasta ahora infrautilizadas. Compartir datos de naturaleza tan sensible requiere un alto grado de confianza entre todas las partes involucradas.

Acción 6: Evaluación de la estabilidad basada en modelos

Otra opción para obtener una comprensión más granular de la estabilidad de la red en un momento dado es comparar los datos disponibles con un modelo de red digital, también conocido como Digital Twin. Este modelo se puede usar para monitorear y optimizar la red eléctrica creando más transparencia, incluso sobre los efectos de la alimentación renovable, y para planificar en consecuencia las contingencias. Cuando se comparten entre TSO y DSO, los datos derivados de Digital Twins pueden mejorar aún más la conciencia operativa, idealmente incluso antes de que se materialicen.

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Además, tanto el comportamiento dinámico actual como el futuro esperado del sistema deben monitorearse sobre una base de planificación basada en modelos, o por medio de una simulación que se ejecuta en tiempo real en forma paralela a la operación de la red. Por ejemplo, la solución de evaluación de seguridad dinámica automatizada de Siemens puede ayudar a optimizar y mejorar los procesos para el conocimiento de la estabilidad y el análisis del sistema de energía. Permite pronósticos y planificación diaria, así como la integración de dos software como un motor de simulación integrado.

Un enfoque más convencional para mejorar la seguridad y la estabilidad de la red es preparar a todo el personal operativo para las operaciones de respuesta ante peligros y desastres mediante capacitación y simulación. Al integrar los datos y las configuraciones descritas anteriormente, estos ejercicios se pueden diseñar de manera muy realista, asegurando que todo el personal sepa cómo responder en caso de una interrupción de las operaciones u otros escenarios críticos.

Acción 7: El espectro completo de precauciones

Dadas las interrupciones actuales en las cadenas de suministro globales, debido en parte al impacto de COVID-19 en la producción, el almacenamiento y el envío, existe el riesgo de escasez de componentes críticos, tanto para la tecnología primaria como para los elementos secundarios de la red. Las fallas de los activos causadas por piezas individuales rotas pueden afectar líneas de suministro completas, especialmente en redes de transmisión y distribución muy utilizadas. Por lo tanto, es recomendable desarrollar conceptos de suministro específicos y estrategias de reemplazo de piezas y materias primas. Los sistemas de gestión de activos garantizarán que se pueda proporcionar un servicio continuo en caso de incidentes o fallas de hardware.

En el espacio virtual, los ataques cibernéticos contra las redes eléctricas y de comunicaciones se pueden evitar con las precauciones apropiadas implementadas de manera oportuna. Especialmente cuando se trata de sistemas de control digital en redes eléctricas, los operadores deben hacer todo lo posible para garantizar que se cierren las brechas de seguridad y se neutralicen los riesgos emergentes, incluso con dispositivos y sistemas de protección y automatización en las subestaciones.

Acción 8: Prueba de resistencia para infraestructuras y sociedades

Sin embargo, es importante señalar que no todos los ataques contra la infraestructura crítica tienen lugar en el espacio virtual, como se ha visto en ataques físicos recientes, como los contra el gasoducto Nord Stream en el Mar Báltico o el sabotaje de la red de comunicaciones GSM-R utilizada por Alemania. Operador ferroviario nacional. Por lo tanto, la detección temprana, la defensa y la limitación de las amenazas de seguridad convencionales deben impulsarse a través de todos los medios viables, incluidos los sistemas de vigilancia y acceso, así como el análisis de la información disponible de varias fuentes utilizando análisis de big data.

Varias de las soluciones y medidas descritas aquí requieren gastos en tecnologías digitales y software. En el sector energético altamente regulado, es importante que los operadores estén incentivados para invertir en soluciones intensivas en capital que puedan preparar sus redes para el futuro. Un marco de políticas estable y predecible de los formuladores de políticas y los reguladores puede alentar la planificación y la inversión a largo plazo en digitalización al servicio de la transición energética.

Todos estos enfoques muestran cómo los operadores de la red, los consumidores de energía, los reguladores y el público en general pueden trabajar juntos para administrar los riesgos y desarrollar mecanismos de protección sólidos para garantizar que su infraestructura de energía crítica permanezca resistente y operativa durante una época de crisis y alta volatilidad. Ya sea que se necesiten en última instancia o no, estas precauciones ayudarán a estabilizar la red y proteger la infraestructura y los servicios críticos a corto, mediano y largo plazo. Los próximos meses en particular demostrarán ser una prueba de resistencia no solo para nuestra infraestructura clave, sino también para la cohesión social en general. Al tomar medidas audaces ahora, los operadores de la red pueden ayudar a asegurar ambos.