Métodos innovadores darán estabilidad a sistema eléctrico con uso de fuentes renovables

Uno de los problemas que tiene la inyección de energías renovables en el sistema eléctrico es el potencial riesgo de generar inestabilidad en la matriz energética: si se esconde el sol o deja de correr el viento, los sistemas fotovoltaicos o eólicos pierden su capacidad de generación, generando intermitencia en el suministro. La manera de responder a esto es a través de sistemas de almacenamiento que permitan contar de manera constante con la energía proveniente de fuentes renovables. Sin embargo, no es un problema resuelto, lo que hace que contar con una matriz energética cien por ciento verde sea una tarea difícil de realizar.

Esta problemática es la que enfocó el académico de la Facultad de Ingeniería de la UCSC, Dr. Ricardo Lizana, en el proyecto “Hybrid Energy Storage Systems based on Multi-Module Power Topologies”, que se adjudicó el concurso Fondecyt Regular 2023.

“Consiste en abordar el problema de los sistemas que permiten la interconexión de servicios complementarios a la red eléctrica. Los servicios complementarios son aquellos que dan estabilidad a la red bajo ciertas perturbaciones, para asegurar que el sistema eléctrico siga estable y no se produzca, en situaciones críticas, apagones o blackout. Cuando la red eléctrica tiene mucha inyección de energía proveniente de fuentes de energía renovables, las variaciones propias de este tipo de energía producen inestabilidad, por lo que los servicios complementarios son clave”, afirmó el investigador.

Para dar una estructura de servicios complementarios se necesitan unidades para almacenamiento. Luego, esa energía almacenada se inyecta a la red para mantener el sistema eléctrico lo más estable posible frente a las perturbaciones que ocurren cuando hay energía renovable conectada. Según explicó el académico, tradicionalmente la energía que se almacena es en grandes unidades de baterías o de celdas de hidrógeno verde. Si falla la unidad de almacenamiento, colapsa el sistema completo y se pierde la capacidad de generar servicios complementarios a la red eléctrica.

“Lo que este proyecto propone es un sistema que se denomina ‘multinivel modular’, donde cada módulo de electrónica de potencia tiene interconectado un sistema de almacenamiento que puede ser distinto. Por ejemplo, uno conectado a una batería, otro a una celda de combustible de hidrógeno, otro a un supercondensador, y que todo se integre en un gran sistema, que funcione de manera heterogénea, pero a la vez armónica. Esta distribución, con distintas fuentes de almacenamiento, da más flexibilidad al equipo, pero, además, son unidades de menor tamaño, por lo que si una de ellas falla es más fácil reemplazarla y seguir operando”, detalló el Dr. Ricardo Lizana.

Conocimiento de frontera

“La novedad que plantea el proyecto es que los sistemas de almacenamiento sean heterogéneos, es decir, distintos entre sí, pero que desde el punto de vista de la conexión a la red se comporten como una unidad homogénea, como un todo. Es un sistema que podría tener una alta densidad, tanto de energía como de potencia. Si se hace con un sistema de almacenamiento con una única tecnología, se pierde de incluir distintas características de otros sistemas de almacenamiento, como son las respuestas dinámicas, capacidad de operación a alta corriente, entre otros. En cambio, en esta propuesta, al considerar unidades de almacenamiento heterogéneas, se obtiene un sistema que puede contar con múltiples características, las cuales son brindadas por las distintas unidades de almacenamiento”, añadió académico de la Facultad de Ingeniería.

De esta manera, la iniciativa espera contribuir al conocimiento en ciencia y tecnología de frontera para este nuevo tipo de sistemas, así como también validarlo, lograr nuevos métodos de control, diseñar topologías, tener resultados experimentales y generar publicaciones en revistas de alto prestigio en materia de electrónica de potencia.

Para el Dr. Ricardo Lizana, “este trabajo es significativo porque una de las líneas que definimos con el proyecto FNDR de la planta de producción de hidrógeno (que se adjudicó la UCSC en 2021) es el uso de hidrógeno verde para aplicaciones en el sistema eléctrico. Ahora, con este proyecto Fondecyt 2023, se aborda el uso de celdas de combustible de hidrógeno verde para brindar servicios complementarios de la red eléctrica, por lo que se estarían conectando las distintas iniciativas de la Universidad”.