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Hacer que las redes eléctricas sean más eficientes
La transmisión y distribución eléctricas ha sido durante mucho tiempo un hueso duro de roer para la innovación tecnológica. Pero los mercados de energía desregulados están ayudando a los desarrolladores de tecnología a eludir a los servicios públicos conservadores y notoriamente tacaños.
Los volantes de Beacon Power pueden absorber y liberar energía en menos de cuatro segundos, equilibrando la oferta y la demanda en la red eléctrica más rápido, más limpio y más barato que las plantas de energía convencionales. (Crédito: Beacon Power Corp.)
TransÉnergie abrió el camino, utilizando tecnología de energía de CC para construir sus propias líneas eléctricas comerciales que transportan energía para el mejor postor, en lugar de simplemente servir a los servicios públicos locales (ver TransÉnergie: Playing Two Power Games).
Ahora desarrollador de almacenamiento de energía Beacon Power Corp. de Wilmington, MA, propone una ejecución final similar en torno a los servicios públicos de baja velocidad. En lugar de comercializar sus sistemas de almacenamiento de energía basados en volantes a las empresas de servicios públicos, la compañía planea construir sus propias plantas comerciales de volantes que mueven energía dentro y fuera de una línea eléctrica para estabilizar la red.
Es una idea que está atrayendo la atención de los operadores de sistemas independientes (ISO), las organizaciones regionales encargadas de operar las redes eléctricas del país. Los ISO de California y Nueva York ya están probando los equipos de Beacon Power. Y Matt Lazarewicz, director técnico de la empresa, dice que Wall Street es un grupo igualmente importante para impresionar. Según él, el modelo mercantil es el único que financiará Wall Street. Los retornos son más altos de esa manera, dice Lazarewicz. Tan pronto como dice que una empresa de servicios públicos va a comprar algo o hacer algo, los inversores ponen los ojos en blanco y se marchan.
Los sistemas de almacenamiento de energía de volante de Beacon Power están diseñados para proporcionar regulación de frecuencia, un servicio por el cual los ISO pagaron más de $ 600 millones el año pasado. Los operadores de la red necesitan ayuda con la regulación de la frecuencia porque la frecuencia de la corriente alterna de una red fluctúa constantemente a medida que los dispositivos eléctricos y los generadores se encienden y apagan, lo que provoca desequilibrios temporales en la producción y la demanda de energía. La demanda insatisfecha ejerce presión sobre las plantas de energía de una red, ralentizándolas y arrastrando la frecuencia de la red por debajo de su punto de ajuste (60 hz en América del Norte, 50 hz en Europa y la mayor parte de Asia). El exceso de oferta tiene el efecto contrario. Y cualquier condición puede hacer que las líneas de servicios públicos y las plantas de energía se desconecten automáticamente de la red, evitando así daños a los servicios públicos y al equipo del cliente, pero también aumentando el riesgo de apagones.
Los ISO actualmente se basan en plantas de energía de combustibles fósiles, principalmente turbinas de gas, para suavizar las variaciones de frecuencia de una red. Las empresas de servicios públicos licitan para proporcionar este servicio, al hacerlo, colocando una proporción determinada de la capacidad de sus plantas de energía (alrededor del 1-2 por ciento de la generación total de energía de una red) bajo el control directo de las ISO. Con las señales de los ISO, las plantas designadas aumentan y disminuyen para equilibrar aproximadamente la oferta y la demanda. Es un proceso costoso y contaminante porque las plantas de energía queman su combustible de manera más eficiente cuando funcionan de manera constante y a plena capacidad. Hacer la regulación con la generación de combustibles fósiles es mover la cola al perro, dice Imre Gyuk, que dirige el programa de investigación de almacenamiento de energía del Departamento de Energía de EE. UU.
La regulación de la frecuencia a gas también es cada vez más cara, debido al aumento del coste del gas natural. Dan Mears, presidente de la consultora de energía Technology Insights, con sede en San Diego, dice que el gas de alto costo golpea los ISO dos veces. Además de aumentar el costo de la regulación de frecuencia a gas, los altos precios del gas están acelerando la instalación de turbinas eólicas, cuya salida de energía racheada y entrecortada puede aumentar la necesidad de regulación de frecuencia. Es un problema que se alimenta de sí mismo, dice Mears.
Los sistemas de almacenamiento de volantes de Beacon Power están programados para poner a cero las fluctuaciones de frecuencia mediante el reciclaje de energía: un motor eléctrico usa el exceso de energía de la red para acelerar volantes de carbono y fibra de vidrio levitados magnéticamente hasta 22.500 rpm, luego descarga esa energía cinética almacenada regenerando la electricidad cuando el caídas de frecuencia de la red. A diferencia de las baterías, el principal competidor en almacenamiento de energía, los volantes de Beacon pueden soportar ciclos profundos continuos sin perder capacidad.
La prueba más reciente de su tecnología, una prueba de cuatro meses que comenzó la semana pasada en el centro de investigación de Pacific Gas and Electric en San Ramón, emplea siete volantes de inercia de 6 kilovatios-hora, cada uno del tamaño de un pequeño refrigerador, unidos para formar un sistema que Puede absorber o descargar 100 kilovatios de potencia durante 15 minutos. Para los sistemas comerciales, Beacon Power está construyendo volantes de inercia de 25 kilovatios del tamaño de refrigeradores altos, que se combinarían en grupos para entregar de 1 a 20 megavatios.
La rápida respuesta de los volantes también debería hacer que cada megavatio vaya más allá de la producción equivalente de una planta de energía a gas, dicen los funcionarios de la Comisión de Energía de California en Sacramento, que cofinancia la manifestación de California con el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Mike Gravely, el gerente de proyectos de la Comisión de Energía de California que atiende las pruebas de San Ramón, dice que los generadores de gas pueden tardar cinco minutos o más en responder a las señales de control de frecuencia ISO de California (emitidas cada cuatro segundos). Para entonces, el sistema a menudo ha regresado al equilibrio por sí solo. Por el contrario, los volantes de Beacon son capaces de cambiar de absorción de potencia total a descarga de potencia máxima más rápido de lo que Cal-ISO puede enviar sus comandos. Existe la posibilidad de que, si puede responder a las necesidades más rápido, no necesite tanta energía; puede hacer más con menos, dice Gravely.
Gyuk en el DOE predice que solo 100 megavatios de reserva de volante, la mitad de lo que California compra a los generadores convencionales hoy, podrían manejar el 90 por ciento de los problemas de frecuencia del estado. Y, si los costos entran como predice Beacon Power, los ahorros resultantes podrían ser sustanciales. Lazarewicz dice que construir una planta de un megavatio costará alrededor de $ 1.5 millones y puede esperar ganar alrededor de $ 400,000 por año de los ISO por sus servicios. Como resultado, Lazarewicz dice que la planta debería amortizarse en cuatro años, incluso después de cubrir el costo de la energía perdida en el funcionamiento de los sistemas (alrededor del 15 por ciento de la energía total manejada).
Mears dice que la rápida respuesta del volante también podría tener un beneficio adicional bienvenido: mejorar la confiabilidad de la red. Las plantas de volante de inercia podrían liberar las plantas de gas para proporcionar un pico de potencia adicional en los sofocantes días de verano, cuando los aires acondicionados están a tope y las líneas eléctricas interestatales están llenas. Es más, la respuesta rápida del volante podría mantener un control más estricto de la frecuencia de la red, aplastando las desviaciones de potencia que comienzan pequeñas pero, cuando el sistema está sobrecargado, puede iniciar una falla en cascada. Mantener la red estable es la idea detrás de la regulación de frecuencia, concuerda Lazarewicz. Esta es simplemente una forma en que podemos hacerlo mejor y más barato.