Energía
El Crecimiento Solar Exige una Red Eléctrica más Inteligente y Resiliente
Añade Securities.io a tus fuentes preferidas en Google
El Cambio Global de los Combustibles Fósiles a las Redes Solares
En la secuela del colapso de la red eléctrica en la Península Ibérica (Portugal y España), muchos se preguntaron cuál fue la causa raíz de lo ocurrido. Y, como ocurre con muchas cosas hoy en día, la discusión se politizó rápidamente, acusando a la energía solar de ser la razón del accidente.
Fuente: RNZ
Y podría ser parcialmente cierto, al menos hasta cierto punto. La red eléctrica fue diseñada hace décadas, con un diseño centralizado y centrado en los combustibles fósiles, construido alrededor de unas pocas plantas de energía masivas capaces de generar energía bajo demanda.
En comparación, un suministro descentralizado y de energía renovable funciona de muchas maneras diferentes. A medida que la energía solar se vuelve más barata, probablemente se adueñará de una mayor parte de la generación total de energía. Actualmente, la solar representa el 80 % de la nueva generación eléctrica añadida a la red, y la eólica otro 10 %.
Con 585 GW de adiciones de capacidad, las energías renovables representaron más del 90 % de la expansión total de energía a nivel mundial en 2024.
La energía solar y eólica continuaron expandiéndose más, representando conjuntamente el 96,6 % de todas las adiciones netas de renovables en 2024. Más de tres cuartas partes de la expansión de capacidad fueron en energía solar, que aumentó un 32,2 % hasta 1 865 GW, seguida de la energía eólica, que creció un 11,1 %.
Fuente: Irena
Así que, mientras que un suministro eléctrico verde y basado en renovables parece inminente, hacer que la red eléctrica pueda manejarlo será vital. Especialmente porque cualquier falla de la red, como la reciente, si realmente fue causada por el suministro de energía solar, ralentizará la adopción de la energía solar e indirectamente mantendrá altas las emisiones de carbono por más tiempo.
Cómo Funcionan las Redes Eléctricas y Por Qué Fallan
Un elemento clave para entender la importancia de la red eléctrica y las dificultades para mantenerla operativa es que la electricidad es muy difícil de almacenar.
En teoría, eso es lo que hacen las baterías, pero la red eléctrica de un país opera a niveles de potencia varios órdenes de magnitud superiores a lo que incluso las instalaciones de baterías más grandes pueden almacenar.
Por lo tanto, por ahora, la energía debe producirse en exactamente la misma cantidad que se consume, en tiempo real.
Para añadir a esta tarea difícil, la energía también necesita entregarse al lugar correcto y en el momento correcto. Por ejemplo, la energía solar generada en Nevada no ayudará a la red de Kansas si no está conectada a ella con suficientes líneas de transmisión. En el caso de España, las interconexiones con el sistema eléctrico francés no fueron lo suficientemente grandes como para salvarla de sus problemas localizados.
Fuente: ResearchGate
Finalmente, es necesario realizar cambios en el voltaje. La transmisión a larga distancia solo puede hacerse eficientemente a alto voltaje, lo que requiere transformadores para elevar el voltaje antes de introducir la electricidad en las líneas de transmisión. El consumo necesita hacerse a un voltaje más bajo, lo cual también se logra con transformadores.
Fuente: EIA
Falla de la Red Eléctrica de España: ¿Qué Salió Mal?
Problemas de Frecuencia
Aunque es probable que las causas raíz del colapso de la red ibérica sean debatidas intensamente, potencialmente durante meses y años, disponemos de algunos datos que pueden indicar parcialmente lo ocurrido.
El primero es que el punto de falla real no se debió a una generación excesiva o insuficiente de energía, sino a la frecuencia eléctrica de la red.
La frecuencia de la utilidad es una característica técnica de la red, determinada por la oscilación de la corriente alterna.
Fuente: Wikipedia
Diferentes redes eléctricas tienen diferentes frecuencias estándar, lo que las hace incompatibles entre sí. Por ejemplo, los estados bálticos solo recientemente cambiaron a la frecuencia europea, después de décadas manteniendo la frecuencia heredada de la URSS.
Si la frecuencia se aleja demasiado de los estándares, puede literalmente destruir transformadores y otros equipos de alta potencia, así como dispositivos de usuarios regulares. Existen numerosos mecanismos incorporados en los dispositivos eléctricos para desconectarse automáticamente si la frecuencia fluctúa excesivamente.
¿Causó la Energía Solar la Falla de la Red Española?
La frecuencia de la red solía generarse y estabilizarse mediante la rotación física de generadores masivos, usualmente alimentados por combustibles fósiles, pero también por hidroeléctricas y plantas nucleares. Esto le daba a la red mucha inercia, dificultando que la frecuencia se desviara mucho de los niveles previstos. Sin embargo, la energía solar no genera esa inercia.
Fuente: SmartGrid
Así que no es tanto que la generación solar haya creado el colapso, sino que su falta de inercia no ayudó a estabilizar la frecuencia de la red, lo cual fue un factor clave en el accidente.
Aún así, no explica por qué la frecuencia fluctuó en primer lugar. Además de la falta de inercia, que puede estar vinculada a la energía solar, parece que algunas malas prácticas y diseños antiguos también contribuyeron al colapso de la red ibérica al hacerla vulnerable a lo que el operador de la red describió como un “fenómeno meteorológico extremadamente raro”.
Actualizando las Redes Eléctricas para un Futuro de Energía Renovable
Dado que los diseños antiguos de transformadores, líneas de transmisión y otra infraestructura son la causa más común de apagones, tiene sentido que el primer paso para mejorar la red eléctrica sea actualizar el equipamiento.
Un paso adelante son las llamadas redes inteligentes, que monitorizan mucho más de cerca lo que ocurre en cada nivel de la red eléctrica en tiempo real, en lugar de un análisis más general. Esto también incluye numerosos sistemas automáticos individuales.
De esta forma, una fluctuación de frecuencia localizada en una zona específica, por ejemplo debido a un evento meteorológico, podría aislarse del resto de la red inmediatamente antes de que el problema se propague.
Las mejoras en las líneas de transmisión también pueden ayudar. Una red eléctrica más densa permite redirigir energía de una región a otra y reduce la sensibilidad a un punto único de falla. Un mejor aislamiento o enterrar las líneas también puede protegerlas contra tormentas, nieve y escarcha, incendios forestales, etc.
Más conexiones entre regiones distantes también pueden ayudar a promediar las fluctuaciones en la generación de energía de una zona soleada a otra. Esto generalmente requiere infraestructura dedicada para el transporte de energía a ultra largas distancias, algo en lo que China es líder mundial, con su “super red” que utiliza líneas de alta tensión (UHV) en AC y DC, ya con 30 000 km de líneas UHV (18 600 millas).
Fuente: IEEE
Es probable que conexiones transcontinentales similares necesiten construirse también en Europa y Norteamérica, por ejemplo entre España y el norte de Europa, o entre el este y el oeste de EE. UU., donde muchas redes independientes aún no están tan conectadas.
En ese sentido, no es casualidad que la peor falla de red de los últimos años haya ocurrido en Texas y España, ambas redes relativamente pequeñas y aisladas.
Fuente: ASME
Finalmente, a medida que la electrificación se convierte en la tendencia dominante en transporte, calefacción y procesos industriales, se necesita una mayor capacidad de transmisión de energía en general para manejar la creciente demanda que se aleja del carbón, petróleo y gas. Esto no requiere un cambio de diseño o nueva tecnología, sino más inversión para construir más líneas de transmisión.
Estabilización de la Frecuencia de la Red en Sistemas de Energía Renovable
Almacenamiento de Baterías e Inercia Virtual en Redes Eléctricas
Si bien las redes inteligentes forman parte de la respuesta, principalmente reducirán la exposición a efectos ambientales y contendrán fallas en áreas más pequeñas y manejables que un colapso a nivel nacional.
Para evitar colapsos en primer lugar, especialmente cuando la energía solar sin inercia se convierte en la fuente primaria de electricidad, se necesitan otras soluciones.
El Almacenamiento de Baterías a Gran Escala (LSBS) podría ayudar. Estas baterías, de todos modos, serán necesarias para un sistema energético mayormente basado en renovables, ya que los paneles solares no producen energía por la noche, cuando el consumo es máximo.
También pueden proporcionar inercia de frecuencia, aunque de una manera diferente a los generadores giratorios tradicionales. La inercia de las baterías se llama inercia virtual, o inercia sintética, simulada o digital.
Cuando se detectan perturbaciones fuera de la frecuencia normal, el FFR devuelve la frecuencia de la red a su rango operativo normal inyectando o extrayendo rápidamente energía de la red.
La inercia virtual puede responder incluso más rápido que los generadores tradicionales a la inestabilidad de la frecuencia, en menos de 2 segundos.
Este es un servicio que fue ofrecido comercialmente por primera vez en 2022 por instalaciones de baterías construidas por Tesla (TSLA ).
La Gran Batería es capaz de proporcionar ~2 000 “megavatio‑segundos” (MWs) de equivalencia de inercia para ayudar a mantener la estabilidad de la red. Lo hace a través del servicio Virtual Machine Mode de Tesla. Podrá proporcionar ~15 % del déficit de inercia del sur de Australia.
¿Pueden los Paneles Solares Ayudar a Estabilizar la Frecuencia de la Red?
Por sí mismos, los paneles solares no proporcionan inercia, ya que no hay rotación física ni energía cinética que la genere. Pero podrían usarse de maneras que brinden apoyo a la red también.
Por ejemplo, los proyectos solares tradicionalmente se diseñan e incentivan para maximizar la producción en todo momento. Pero manteniendo alguna capacidad de generación de reserva, podrían ofrecerla en caso de una caída de frecuencia.
Esto es muy fácil de hacer técnicamente y tiene más que ver con cómo las compañías de servicios públicos y los operadores de red compensan a las plantas solares.
Un almacenamiento de energía a menor escala a nivel de planta solar podría usarse de forma similar para absorber pequeños picos de potencia y un aumento de frecuencia. El operador de la red podría dedicar una cantidad específica de generación para almacenarse y estar disponible para despacho inmediato si la frecuencia disminuye.
El mismo método podría aplicarse a los inversores vinculados a los paneles solares. Un controlador de planta podría, teóricamente, anular los controles del inversor por un corto período para detener una caída de frecuencia, “funcionándolo en caliente”, pero por debajo del nivel donde se causaría daño físico a los inversores.
En ese escenario, cada inversor de panel solar actuaría como un mini estabilizador, proporcionando inercia virtual adicional.
Restaurando la Inercia de la Red con Soluciones Mecánicas Giratorias
Si se necesita inercia, y tradicionalmente se proveía girando cientos de toneladas de metal a alta velocidad, tal vez la solución a la escasez de inercia sea precisamente eso.
Algunos dispositivos y formas de almacenamiento de energía son del tipo giratorio: condensadores síncronos y volantes de inercia.
Condensadores Síncronos: Añadiendo Inercia a las Redes Eléctricas
Los condensadores síncronos son motores de corriente continua cuyas ejes no están conectados a nada más que giran libremente. No generan ni consumen energía, pero ajustan las condiciones en la red de transmisión eléctrica.
En realidad son una muy buena opción para añadir inercia a la red, pero proporcionan muy pocos otros servicios. Por lo tanto, si se necesita añadir muchos, esto representará un costo adicional, contrarrestando parcialmente el progreso logrado al reducir el precio de la energía renovable.
Los condensadores también son muy importantes para reiniciar una red colapsada, ya que proporcionan la inercia necesaria cuando hay poca energía presente en la red. También pueden ayudar a absorber sobrecargas en la red durante varios segundos, reduciendo el riesgo de un cortocircuito.
Almacenamiento de Energía con Volantes para la Estabilidad de la Red
Los volantes son otra opción interesante. Estos discos giratorios son esencialmente baterías mecánicas, almacenando energía en forma mecánica en lugar de química.
Giran en vacío sobre un cojinete magnético, a velocidades tan altas como 20 000 a 50 000 revoluciones por minuto. El sistema almacena o devuelve energía acelerando o desacelerando el volante.
Fuente: Stornetic
Al proporcionar naturalmente “inercia real”, en lugar de inercia virtual, un volante podría ser una buena opción para añadir al conjunto de “baterías” necesarias para redes verdes, ofreciendo simultáneamente inercia de frecuencia y almacenamiento de energía. Esto los sitúa por encima de los condensadores síncronos más simples que no pueden almacenar y devolver energía.
Soluciones Alternativas de Almacenamiento Rotacional
Cualquier almacenamiento de energía que gire podría añadir inercia al sistema de la red. Así, más allá de los volantes, también son posibles otras opciones.
Por ejemplo, la startup Cheesecake Energy ofrece un paquete modular y contenedorizado de almacenamiento de energía por aire comprimido. El calor generado por la compresión se almacena en grava barata en baterías térmicas, y la compresión se realiza con motores de camiones viejos reutilizados. El almacenamiento y la regeneración de energía también implican ejes metálicos giratorios, similares a un generador convencional.
Existen otros almacenamientos de energía no químicos, como baterías gravitacionales, hidroeléctricas de bombeo, almacenamiento en hormigón, baterías térmicas o energía solar térmica, que exploramos en el artículo dedicado “Alternativas No Químicas a las Baterías para la Transición Energética”.
Creando un Mercado para la Inercia de la Red y el Control de Frecuencia
Hasta ahora, la inercia era una especie de “servicio gratuito” provisto por los operadores de plantas de energía con generadores giratorios. O, más precisamente, se asumía que formaba parte del servicio pagado cuando las compañías eléctricas compraban megavatios de ellas.
Los cambios en la generación de energía implican que debería crearse un mercado más explícito para la estabilización de frecuencia con el fin de incentivar la provisión de inercia.
Esto es algo que están impulsando países con redes pequeñas e aisladas, como los estados bálticos.
Con el lanzamiento del mercado de frecuencia por Litgrid (Lituania), Augstsprieguma tīkls (Letonia) y Elering (Estonia), los productores de electricidad pueden presentar ofertas cada mañana para el día siguiente, indicando cuánta energía están dispuestos a mantener en reserva.
El precio es de aproximadamente 0,5 centavos por kilovatio‑hora, lo que equivale a aproximadamente 1 € al mes para un consumidor doméstico.
Principales Desafíos que Frenan la Actualización Global de las Redes Eléctricas
Escasez de Transformadores Amenaza la Modernización de la Red
Uno de los problemas más destacados en la mejora de la red hoy en día es la escasez de transformadores. Décadas de subinversión en la infraestructura de la red llevaron a una situación donde no solo se necesita nuevo equipamiento para atender mayor consumo, sino también para reemplazar transformadores envejecidos.
Fuente: Utility Dive
Un aumento de los daños provocados por huracanes e incendios forestales tampoco ayudó.
La demanda adicional también se encuentra con problemas de suministro, ya que el acero eléctrico especial, vital para la reducción de pérdidas de potencia en los transformadores, sigue siendo costoso y difícil de obtener.
“La entrega de un nuevo transformador ordenado hoy podría tardar hasta tres años. Hace cinco años, ese tiempo de espera era de cuatro a seis semanas.”
Peter Ferrell – National Association of Electrical Manufacturers, o NEMA, Director de Relaciones Gubernamentales
Escasez de Cobre Puede Obstaculizar las Redes de Energía Renovable
Otro problema que podría ralentizar las actualizaciones de la red es la escasez de recursos naturales. Mientras que el litio y otros minerales para baterías pueden estar en suministro adecuado, no está claro si la producción mundial de cobre es suficiente, especialmente a medida que los vehículos eléctricos y otras tecnologías clave para la electrificación aumentan su consumo.
Y cambiar la dirección del suministro de cobre podría ser muy lento, con la escasez esperada persistiendo durante años.
“La demanda podría satisfacerse abriendo tres minas de ‘primer nivel’ (cada una con una capacidad anual de 300 000 toneladas métricas) cada año durante los próximos 29 años, lo que representaría una expansión histórica para la industria, con un costo superior a 500 mil millones de dólares.
Las aprobaciones regulatorias para nuevas minas de cobre están en una tendencia a la baja, habiendo caído al nivel más bajo en 15 años. Esto es particularmente preocupante, dado que las minas pueden tardar de 10 a 20 años en ser aprobadas y desarrolladas”
Fuente: International Energy Forum
Aranceles a los Componentes de la Red Podrían Retrasar las Actualizaciones en EE. UU.
Para EE. UU. específicamente, es posible que guerras comerciales y aranceles se interpongan en el suministro del equipamiento que necesita.
En 2024, China exportó 46,5 mil millones de dólares en transformadores eléctricos, siendo el noveno producto más exportado (de 1 211) en China, con EE. UU. como principal destino (4,66 mil millones de dólares en comercio).
De manera similar, baterías y otros componentes electrónicos y de potencia probablemente sean suministrados parcialmente por empresas chinas y necesitarán proveedores alternativos.
Por último, la mayoría de las líneas de transmisión a larga distancia utilizan aluminio, que también estuvo sujeto a aranceles especiales del 25 % este año. Esto podría elevar los costos de los proyectos y retrasar las tan necesarias actualizaciones de la infraestructura eléctrica del país.
Conclusión: Construyendo una Red Resiliente para un Futuro Verde
Reconstruir la red eléctrica para manejar la transición a energías renovables es una tarea bastante abrumadora. Al reducir la importancia de las turbinas de gas y otras plantas de energía basadas en combustibles fósiles, la transición energética también elimina una fuente importante de estabilidad de frecuencia, mientras la producción de energía se vuelve más intermitente.
Paralelamente, la electrificación significa que las redes eléctricas están más tensionadas que nunca por una demanda constantemente creciente en transporte, calefacción y actividad industrial.
La energía verde probablemente será la solución al problema que ella misma genera. Los paquetes de baterías, ya necesarios en tamaños masivos para equilibrar la intermitencia de la producción, probablemente se convertirán en el principal proveedor de estabilidad de frecuencia. Los inversores de plantas solares también probablemente serán movilizados para esta tarea.
Mientras tanto, otras tecnologías como el aire comprimido, los volantes y los condensadores síncronos también probablemente ayudarán.
A corto plazo, la producción insuficiente de transformadores y el acero especial que requieren obstaculizará las mejoras de la red. A largo plazo, la capacidad de recompensar adecuadamente a los proveedores de estabilidad de frecuencia, la voluntad política para mejorar la red eléctrica y un suministro constante de soluciones de almacenamiento de energía serán los factores clave para una transición energética exitosa.
Invertir en la Red Eléctrica
GE Vernova
GEV Gráfico de precios
GE Vernova (GEV ) es el resultado de la escisión del gigante conglomerado GE en 2024 en GE Aerospace (GE ), GE HealthCare y GE Vernova, siendo Vernova la división del segmento energético.
En ese sentido, esto convierte a GE Vernova en el heredero directo del núcleo original de 130 años de la compañía General Electric (GE.TO ).
Con actualmente 75 000 empleados en más de 100 países, la compañía ha producido 55 000 turbinas eólicas y 7 000 turbinas de gas, ayudando a generar aproximadamente el 25 % de la electricidad mundial.
Está presente en todos los niveles de producción y distribución eléctrica, especialmente en segmentos relacionados con turbinas como eólica, hidroeléctrica y nuclear, pero también en la red eléctrica, donde tiene proyectos por valor de 16 mil millones de dólares en cartera.
Fuente: GE Vernova
La compañía prevé que la demanda de electricidad crecerá al doble para 2040, con 4 billones de dólares necesarios para reemplazar las plantas de carbón, lo que representa una oportunidad masiva para los fabricantes de equipos eléctricos.
Fuente: GE Vernova
GE es socio cercano de muchas de las mayores compañías de servicios públicos del mundo, incluyendo la francesa Engie, la estadounidense Duke Energy (DUK ), y Southern Company (SOT.DE ) (SO ), la alemana RWE, la española Iberdrola, la taiwanesa Taiwan Power Company, etc.
En cuanto a soluciones de red y electrificación, GE Vernova ofrece sistemas de almacenamiento de energía en baterías, condensadores síncronos, plantas de almacenamiento por bombeo (PSPP), electrificación de hornos, almacenamiento térmico, inversores solares, compresores de hidrógeno, etc.
Fuente: GE Vernova
GE Vernova también es una potencia en I+D relacionada con la energía (1 mil millones de dólares en gasto anual de I+D), notablemente con captura de carbono, cables HVDC, turbinas de gas de hidrógeno y un diseño de reactor modular pequeño (SMR) en asociación con Hitachi.
Fuente: GE Vernova
Los problemas de suministro y la escasez de equipos industriales en EE. UU. podrían ser una oportunidad para la compañía, gracias a un plan de inversión global acumulado de 9 mil millones de dólares en CAPEX y I+D hasta 2028 para nuevas instalaciones de producción. Esto incluye 50 M de dólares para el diseño de combustible nuclear de próxima generación, 300 M para energía de gas y exportaciones de GNL, 600 M de dólares en fábricas estadounidenses para 2026, etc.
Debido a la amplitud de la actividad de GE Vernova, los inversores en la acción de la compañía no necesitan estar seguros de qué tecnología ganará la transición energética en los próximos 5 o 10 años:
- Si el gas natural sigue siendo importante, GE Vernova ya es un actor importante en ese segmento.
- Si la energía nuclear experimenta un renacimiento, las turbinas nucleares y los SMR tendrán éxito.
- Si el hidrógeno, la energía eólica, la energía hidroeléctrica de bombeo o la captura y almacenamiento de carbono prosperan, GE Vernova podrá capturar parte de esos mercados también.
Así que, en general, GE Vernova es una buena acción a considerar para los inversores conscientes de la creciente demanda de electricidad, la necesidad de una mejor red, y confiados en que GE será parte de la respuesta, ya sea con hidro, eólica, nuclear o casi cualquier otra forma de energía.
Últimas Noticias sobre GE Vernova
