Tras cuatro años de duración, el programa Grid2030 se ha clausurado con el desarrollo de tres proyectos tecnológicos que han contado con una inversión total de 1,6 millones de euros. Se trata de los proyectos Flexible Smart Transformer, Reduced Inertia Transient Stability Enhancement y Enigma, que han desarrollado soluciones innovadoras para el sistema eléctrico del futuro.
El programa Grid2030 se ha llevado a cabo por Red Eléctrica y Elewit –empresas de Redeia– junto a EIT Innoenergy. Las soluciones desarrolladas se centran en los retos tecnológicos del sistema eléctrico en el proceso de transición ecológica. Los tres proyectos de redes eléctricas inteligentes han contado con la participación de emprendedores e innovadores de entidades públicas y privadas, universidades, centros de investigación y empresas europeas.
El objetivo es anticiparse a los retos de futuro de la transición energética, identificando las necesidades de los TSO y acelerando el desarrollo de soluciones tecnológicas disruptivas.
Control de los niveles de tensión y la estabilidad de las redes
En el contexto actual de transición energética, las redes requieren una mayor flexibilidad y componentes con nuevas funcionalidades. El proyecto Flexible Smart Transformer se ha basado en el desarrollo de un módulo de transferencia inalámbrica de potencia con una gran capacidad de aislamiento entre sus partes, permitiendo el desarrollo de nuevas aplicaciones.
A través del proyecto, cuya investigación ha durado más de tres años, se ha desarrollado un prototipo modular innovador gestionado con electrónica de potencia y constituido por un transformador con acoplamiento magnético a través de un medio dieléctrico en lugar de un núcleo de ferrita cerrado y operado mediante conmutaciones de alta frecuencia. Cada módulo cuenta con una gran capacidad de aislamiento y su combinación permitirá controlar los niveles de tensión y la estabilidad de las redes contribuyendo a su sostenibilidad y eficiencia.
Además, el uso de la tecnología SiC (carburo de silicio) ayuda a reducir el volumen del sistema completo. Todas estas características ayudan a reducir drásticamente los costes de mantenimiento y transporte. Algunas de las aplicaciones potenciales son los transformadores de estado sólido (SST); convertidores AC / AC; HV sistemas de transmisión de CA flexible (FACT); sistemas de almacenamiento de energía de alto voltaje (ESS); enlaces HVDC; HV DC / DC; UPFC (Unified Power Flow Controller) y parques eólicos marinos.
El proyecto Flexible Smart Transformer es una iniciativa de Circe (España), Efacec (Portugal) y Red Eléctrica de España. La particularidad de este desarrollo reside en que está diseñado para su uso en redes eléctricas de transporte de alta tensión (230kV y 400kV en España) como controlador de flujo de potencia (UPFC, por sus siglas en inglés), lo que supone una solución de electrónica de potencia óptima para la descarbonización del sector energético, mejorando la controlabilidad de la red eléctrica, su estabilidad y la reducción de costes.
Mayor flexibilidad del sistema eléctrico
Por su parte, el proyecto Reduced Inertia Transient Stability Enhancement, de dos años de duración, ha sido llevado a cabo por expertos de Supergrid Institute (Francia), IMDEA Energy Institute (España) y Red Eléctrica, que unieron fuerzas para mejorar la estabilidad transitoria de las redes de corriente alterna (CA) en el contexto de reducción de inercia para la estabilidad del sistema y servicios auxiliares. Para ello combinaron el uso de baterías (concepto Battertia) y el control suplementario de enlaces HVDC (Dynamic Virtual Admittance Control – concepto DVAC).
El objetivo del proyecto era contribuir a una mayor flexibilidad del sistema eléctrico en un contexto de alta penetración de energías no gestionables. En concreto, ha desarrollado nuevos recursos de estabilidad y sus controles integrados como herramientas para la operación del sistema. Se trata de controles innovadores que optimizan el comportamiento de enlaces HVDC-VSC y sistemas de almacenamiento.
El Instituto IMDEA Energía presentó un novedoso concepto de control para interfaces de electrónica de potencia soportadas por baterías: Battertia. El sistema de control de Battertia se basa en un convertidor de potencia de red acoplado al sistema de baterías. Se usa un concepto de máquina virtual síncrona (VSM) adaptado para el control del convertidor de potencia y se ajusta un controlador de estado de carga (SOC) de la batería para proporcionar solo la respuesta inercial. Las propiedades de inercia se pueden configurar de acuerdo con las especificaciones del usuario.
Se demostró que Battertia representa la tecnología que permite que las baterías se introduzcan al mercado de servicios auxiliares y compitan con las reservas de inercia existentes proporcionadas por las máquinas rotativas. Como tal, tiene un impacto directo en la capacidad de DSO y TSO para operar redes de MT y AT, asegurar la estabilidad del sistema eléctrico y permitir una conexión masiva y segura de fuentes de energía renovable.
Tecnologías basadas en IA y entornos de simulación
En el proyecto Enigma, de Red Eléctrica y de las empresas españolas HI Iberia, Ingelectus y Prysma, se han desarrollado agentes de inteligencia artificial que controlan la potencia suministrada a la red por las nuevas plantas renovables. El objetivo principal del proyecto es el desarrollo de nuevas técnicas de control que permitan estabilizar la frecuencia de la red eléctrica del futuro ante posibles contingencias basadas en una gestión más inteligente de la capacidad renovable.
Dentro del proyecto Enigma se ha desarrollado una plataforma de entrenamiento de agentes de Deep RL. Uno de los pilares de esta plataforma es un simulador de la red eléctrica en el que se ha modelado la isla de Gran Canaria. Gracias a sus rápidos tiempos de ejecución los agentes desarrollados han podido entrenarse en cientos de miles de posibles escenarios, aprendiendo así a controlar las futuras plantas renovables de la red y a responder de forma adecuada ante posibles contingencias.
Así, a partir de un simulador de nudo único de la red y técnicas de reinforcement learning, los agentes entrenados han aprendido a responder ante posibles contingencias manteniendo la frecuencia entre los márgenes requeridos. Los resultados plantean una alternativa en el control de estas plantas desde un punto de vista disruptivo. Los desarrollos del proyecto Enigma marcan el camino a la incorporación de la IA en los centros de control. Los resultados muestran una reducción de la contribución de las energías convencionales de hasta un 42% en favor de la generación renovable.
Con el proyecto Enigma se ha demostrado que, ante la preocupación futura de pérdida de inercia del sistema y su implicación en la estabilidad de frecuencia, tecnologías basadas en IA y entornos de simulación son una alternativa válida para garantizar la estabilidad del sistema.
Programa Grid2030
El programa Grid2030 ha promovido el desarrollo de soluciones innovadoras para dar respuesta a los retos que afronta el sistema eléctrico en el proceso actual de transición ecológica. Grid2030 es una iniciativa de colaboración abierta plurianual impulsada por Red Eléctrica e EIT Innoenergy y dinamizada por Elewit.
Se trata de un programa en el cual se exploran innovaciones radicales de naturaleza técnica o socioeconómica relacionadas con la operación del sistema eléctrico y su red de transporte. En sus dos ediciones se han definido diferentes retos de innovación para buscar respuestas a los desafíos del sistema eléctrico en el nuevo modelo energético, tales como la búsqueda de una mayor eficiencia y flexibilidad en la operación del sistema, el impulso a la integración de renovables y la optimización del rendimiento y disponibilidad de los activos de la red de transporte.