Desde el aumento de la descarbonización, la electrificación y la generación distribuida, hasta los fenómenos meteorológicos extremos más frecuentes del cambio climático, el sistema de energía eléctrica está experimentando un cambio enorme. Estos factores afectan la forma en que se planifica y opera la red para mantener una energía segura y confiable.

La Corporación de Confiabilidad Eléctrica de América del Norte, que se dedica a monitorear la salud general del sistema de energía a granel y minimizar los riesgos de confiabilidad y seguridad, publicó la Evaluación de confiabilidad de verano de 2022. El informe identificó varias áreas que están en mayor riesgo este verano debido a condiciones de sequía extrema, líneas de transmisión fuera de servicio, mayor demanda y más. Los mayores riesgos de confiabilidad hacen que la planificación del sistema de energía sea aún más importante.

Para enmarcar el tema de la confiabilidad, los investigadores del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) utilizan las "tres R de la confiabilidad del sistema de energía":adecuación de los recursos, confiabilidad operativa y resiliencia. Las tres R son necesarias para un sistema de energía seguro y confiable. Este concepto ha guiado los estudios recientes de NREL sobre el mantenimiento de la confiabilidad con una red y un entorno cambiantes.

No existe una definición absoluta única para cada una de las tres R, y algunos aspectos se superponen. Además, las métricas utilizadas para medir la confiabilidad del sistema de energía aún se están desarrollando y actualmente son una conversación importante dentro del espacio de planificación de la red. Sin embargo, las tres R pueden informar la planificación y operación integral del sistema de energía para garantizar una red segura y confiable.

"Cada región es diferente y requiere su propio análisis único, pero las tres R pueden ayudar a proporcionar una imagen más completa de la confiabilidad y el riesgo del sistema eléctrico para los planificadores, reguladores y formuladores de políticas de la red", dijo Paul Denholm, analista principal de energía de NREL. "Las tres R también pueden guiar la evolución de las métricas de confiabilidad del sistema de energía en el futuro".

Suficiencia de recursos:Suficiente capacidad disponible

La adecuación de los recursos es la capacidad del sistema de energía para suministrar suficiente electricidad, en los lugares correctos, para mantener las luces encendidas, incluso durante los días de clima extremo o cuando cae la carga. La adecuación de los recursos generalmente se mide por la probabilidad de una interrupción durante un período de tiempo prolongado. Al evaluar la adecuación de los recursos, NREL considera ampliamente la incertidumbre tanto en la oferta como en la demanda.

La incertidumbre de la carga incluye el aumento de la demanda eléctrica, los períodos de carga estresantes y más. La incertidumbre del suministro incluye los cortes comunes ocasionales pero esperados en las centrales eléctricas, las líneas de transmisión y distribución y otros equipos de la red. La incertidumbre del suministro también incluye la disponibilidad de recursos variables como la energía solar y eólica, así como el almacenamiento de energía y la respuesta a la demanda, especialmente durante momentos de estrés del sistema.

Un sistema adecuado tiene suficientes recursos disponibles (p. ej., capacidad adicional y/o carga flexible) para reemplazar la capacidad que falla, está fuera de servicio por mantenimiento o no está disponible debido a limitaciones de combustible. El sistema de transmisión también es importante para garantizar la adecuación de los recursos porque genera generación a partir de muchos recursos para cargar sitios y permite el acceso a una mayor diversidad de recursos renovables variables y cargas en las regiones vecinas.

Con la incorporación de más energías renovables a la red, la adecuación de los recursos debe tener cada vez más en cuenta la variabilidad del suministro de energía renovable, el papel del almacenamiento, los cambios en los patrones de demanda y el impacto de los cortes de transmisión y la coordinación interregional.

Fiabilidad operativa:Capacidad de respuesta en tiempo real

La confiabilidad operativa es la capacidad del sistema de energía para equilibrar el suministro y la demanda en tiempo real mediante la gestión de la variabilidad, las restricciones crecientes y las cargas flexibles, incluido el seguimiento inmediato de un "evento" como una gran planta de energía o una falla en la línea de transmisión. Un sistema de energía confiable puede mantener las luces encendidas durante estos eventos inesperados con plantas de energía que pueden variar rápidamente la producción o usuarios finales que pueden reducir su consumo de electricidad.

Un aspecto de la confiabilidad operativa son las reservas operativas o la capacidad adicional disponible que responde activamente durante un evento para ayudar a equilibrar la energía y mantener una frecuencia estable. Por ejemplo, la inercia en la red da tiempo a los sistemas mecánicos que controlan la mayoría de las centrales eléctricas para detectar y responder a una falla.

Los servicios de red como la inercia han sido proporcionados tradicionalmente por plantas fósiles, nucleares o hidroeléctricas convencionales que utilizan generadores síncronos giratorios. Sin embargo, la energía eólica, solar fotovoltaica y las baterías son recursos basados ​​en inversores, lo que significa que dependen de la electrónica de potencia o inversores para generar electricidad compatible con la red.

"A medida que los generadores más convencionales se reemplazan con recursos basados ​​en inversores, es importante comprender cómo pueden mantener una red segura y estable", dijo Mohit Joshi, analista de red de NREL que apoya a los países en desarrollo en el sur y el sudeste de Asia con su largo plazo. planificación del sistema de potencia.

Resiliencia:capacidad de recuperarse

La resiliencia no está tan claramente definida como la adecuación de los recursos o la confiabilidad operativa. La Comisión Reguladora de Energía Federal lo define como "la capacidad de soportar y reducir la magnitud y/o la duración de eventos disruptivos, que incluye la capacidad de anticipar, absorber, adaptarse y/o recuperarse rápidamente de tal evento".

Algunas partes de la resiliencia se superponen con la adecuación de los recursos y la confiabilidad operativa, pero generalmente captura qué tan bien se recupera un sistema o qué tan rápido se puede restaurar la energía después de una interrupción. La resiliencia también incluye eventos más extremos que las interrupciones típicas consideradas con la adecuación de los recursos y la confiabilidad operativa.

"A lo largo de los años, con el aumento de la generación renovable, los vehículos eléctricos, la respuesta a la demanda y otras tecnologías emergentes, hemos aprendido que no tiene por qué haber una compensación entre la descarbonización y la confiabilidad del sistema eléctrico", dijo Joshi. "Hace aproximadamente una década, había escepticismo en los países del sur y sureste de Asia sobre si el sistema de energía podría operar con energía eólica y solar, pero en algunas redes hemos visto contribuciones instantáneas de generación variable de hasta el 100%. En el futuro, habrá habrá nuevas tecnologías y puede haber nuevos desafíos, pero a través de nuestra investigación podemos encontrar soluciones para continuar asegurando una red baja en carbono, segura y confiable". + Explora más

Vídeo:Cómo tener más que suficiente capacidad de energía renovable puede hacer que la red sea más flexible