Investigadores de la Universidad de Birmingham (Reino Unido) han desarrollado un método para reducir las pérdidas de eficiencia en parques eólicos y acelerar el proceso de recuperación tras caídas en la frecuencia de las redes eléctricas provocadas por cambios en la oferta y la demanda. También han desarrollado un sistema de control que aísla y suprime las oscilaciones forzadas. La universidad ya ha presentado solicitudes de patente y está buscando socios comerciales para la concesión de licencias, la colaboración y el desarrollo conjunto de sus hallazgos.
Con la creciente dependencia de las energías renovables, los parques eólicos han aumentado rápidamente. Sin embargo, siguen existiendo dos problemas tecnológicos importantes: el control de frecuencia del sistema eléctrico y las oscilaciones forzadas, que pueden causar interrupciones generalizadas en las redes eléctricas.
Las alteraciones de frecuencia de la red son causadas por cambios en la oferta y la demanda. Cuando la demanda supera la oferta, la frecuencia de la red cae a un ‘nadir de frecuencia’ y se puede producir una segunda caída de frecuencia antes de la recuperación del estado de la red. El proceso de asentamiento en la red puede prolongarse en el tiempo, con la consiguiente pérdida de eficiencia e ingresos para el operador. El método desarrollado por la Universidad de Birmingham acelera esta recuperación y elimina el riesgo de caída de la segunda frecuencia, con una pérdida mínima inferior al 1% de la captura de energía eólica.
Fue desarrollado para su uso en sistemas de turbinas eólicas de velocidad variable (WTS), el tipo dominante de sistema de turbinas eólicas. Estos sistemas suelen funcionar en modo de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) para extraer la mayor cantidad de energía y, por lo tanto, no regulan su potencia activa para apoyar a la red cuando su frecuencia se desvía de su valor habitual.
Este nuevo método comprende un sistema de control que ha sido simulado en seis escenarios con diferentes velocidades de viento y niveles de penetración de la energía eólica. Estas simulaciones mostraron que el sistema detiene la caída de frecuencia primaria, eleva la frecuencia a un nivel alto que está cerca de la frecuencia de estabilización en 20 segundos y elimina por completo el riesgo de caída de frecuencia secundaria.
El sistema se puede integrar fácilmente en los sistemas de control de turbinas eólicas existentes y tiene un diseño central no basado en la comunicación, lo que significa que no se requieren enlaces con otras turbinas y la red para que funcione.
Oscilaciones forzadas en la red eléctrica
La segunda tecnología desarrollada aborda el problema de las oscilaciones forzadas, que ocurren cuando las perturbaciones externas producen oscilaciones que son cercanas o iguales a las oscilaciones naturales en un sistema de energía. En este contexto, los investigadores de la Universidad de Birmingham han ideado un sistema de control que se puede implementar en los WTS que puede suprimir y aislar las oscilaciones forzadas que se originan en la red o en el propio parque eólico.
El sistema se ha verificado mediante simulaciones con velocidades de viento constantes o variables en diferentes ubicaciones de parques eólicos con respecto a la fuente de las oscilaciones, en los sistemas de alimentación modificados de dos áreas y de 39 buses IEEE, utilizando un simulador digital en tiempo real y una herramienta de modelado y simulación física.
Los resultados de estas simulaciones mostraron que el sistema puede suprimir y aislar las oscilaciones forzadas. Las pérdidas de captura de energía eólica fueron insignificantes y, además de suprimir las oscilaciones forzadas, las simulaciones mostraron que el sistema también ayuda a amortiguar las oscilaciones naturales intrínsecas.