La retirada de la generación síncrona está provocando que las redes eléctricas de todo el mundo pierdan fuentes críticas de estabilidad del sistema. Las tecnologías grid-forming (GFM) serán esenciales para reemplazar esta capacidad y garantizar que las redes eléctricas tengan la resiliencia necesaria para gestionar impactos durante la transición.
La mayoría de los generadores basados en inversores existentes en el NEM utilizan inversores grid-following (GFL), que están diseñados para maximizar la entrega de potencia activa a la red. Esta elección de inversor tiene sentido para tecnologías intermitentes que no pueden ajustar fácilmente su salida. Pero a medida que se retiran los generadores térmicos, las redes quedan con menos proveedores de inercia y fortaleza del sistema.
Este artículo analiza el estado del GFM en el NEM, uno de los mercados más avanzados en esta tecnología. Explora qué es el GFM, cómo se han financiado los primeros proyectos y la diferencia de costes entre GFM y GFL.
Resumen ejecutivo:
- Las baterías GFM utilizan controles de inversor avanzados para establecer su propia forma de onda de voltaje. Al actuar como fuente de voltaje, pueden brindar servicios de soporte a la red.
- Actualmente hay doce baterías GFM operativas en el NEM. ARENA y otros programas de financiación gubernamental han respaldado la mayoría de estos proyectos hasta la fecha.
- Las baterías GFM están siendo cada vez más contratadas para ofrecer servicios al sistema en el NEM. Tres baterías GFM han sido contratadas para proporcionar soporte de voltaje, inercia sintética y servicios de estabilidad de red.
- El coste de construir una batería GFM en el NEM es ahora prácticamente igual al de una GFL. El GFM requiere pruebas más rigurosas, lo que hace que esa parte del proceso sea ligeramente más costosa.
¿Qué es una batería grid-forming?
Las baterías grid-following maximizan la entrega de energía de un generador a la red, pero no responden activamente a las necesidades de la red. Estas baterías no pueden proporcionar servicios de soporte como fortaleza del sistema o control de voltaje, lo que las hace susceptibles a limitaciones durante perturbaciones en la red.
Las baterías grid-forming utilizan controles avanzados de inversor para establecer y regular el voltaje y la frecuencia en su punto de conexión. Esto les permite responder a las condiciones locales de la red, contribuyendo a la estabilidad mediante servicios como regulación de voltaje, control de frecuencia e inercia sintética.
Las baterías GFM permiten mayor soporte al sistema y flexibilidad operativa
Las baterías GFM crean su propia forma de onda de voltaje en lugar de depender de la red. Al actuar como fuente de voltaje, adquieren capacidades que van más allá de la simple entrega de energía.
Las principales capacidades de los BESS grid-forming incluyen:
- Soporte de voltaje y potencia reactiva: Pueden mantener el voltaje de la red estable e inyectar o absorber rápidamente potencia reactiva ante perturbaciones. Medido en MVAr.
- Soporte de nivel de cortocircuito: Las baterías GFM pueden entregar ráfagas cortas de alta corriente durante fallas. Esto refuerza la capacidad de soportar fallas y el funcionamiento de los sistemas de protección. Medido en MVA.
- Respuesta de inercia: Las baterías GFM proporcionan inercia sintética mediante sus sistemas de control, ralentizando la variación de la frecuencia durante perturbaciones. Medido en MW.s.
- Operación en modo isla: Las baterías GFM pueden mantener la operación estable de un sistema local incluso si se separa de la red principal.
Estas capacidades permiten que las baterías GFM brinden servicios de soporte a la red que históricamente han sido proporcionados por generadores de carbón y gas.
En el NEM, la participación en estos servicios no suele interferir con la entrega de energía ni con la participación en FCAS, ya que la mayoría se entrega mediante potencia reactiva. La inercia depende de la potencia activa, pero la cantidad de margen requerida es pequeña y el impacto en los ingresos es mínimo.
Superponer estos servicios a las fuentes habituales de ingresos permite a las baterías ofrecerlos mucho más barato que otros proveedores de estabilidad.
La Comisión de Mercado de Energía de Australia estima el coste de proporcionar inercia para diferentes tecnologías como:
| Coste fijo ($/MW.s/año) | Coste variable ($/MW.s/hora) | |
|---|---|---|
| Nuevo condensador síncrono | $7,600 | $0.20-0.50 |
| Nuevo BESS grid-forming | $0-806 | $0.02 |
Esto posiciona a las baterías GFM como los proveedores de inercia de menor coste en el futuro.
El respaldo gubernamental ha apoyado todos los BESS grid-forming hasta la fecha
Actualmente hay doce baterías GFM operativas de un total de 30 en el NEM. El programa piloto original de ARENA financió cinco de estos proyectos, centrados principalmente en áreas de baja fortaleza del sistema en Nueva Gales del Sur y Australia del Sur. El segundo programa de ARENA, la Ronda de Financiación de Almacenamiento de Baterías a Gran Escala, apoyó la modernización y puesta en marcha de tres baterías grid-forming, todas ellas superiores a 200MW.
Este apoyo ayudó a reducir el riesgo de la tecnología para desarrolladores y fabricantes, permitiendo probar inversores GFM y demostrar su valor para la seguridad del sistema. Todas las baterías GFM operativas hasta la fecha han utilizado inversores de Tesla, Power Electronics o EPC Power.
También está surgiendo apoyo estatal para las baterías GFM. Lidera este impulso el Fondo de Innovación Energética de Victoria, que ya ha comprometido 126 millones de dólares australianos para dos proyectos GFM: Koorangie y Terang.
La financiación gubernamental va más allá de los proyectos existentes, con otras cuatro baterías en desarrollo: Liddell, Gnarwarre, Mortlake y Terang.
La financiación pública ha sido clave para desplegar tecnologías GFM en los primeros proyectos, pero ahora los incentivos se están orientando a cómo la tecnología puede ofrecer soporte a largo plazo a la red.
Tres baterías GFM ya tienen contratos con Proveedores de Servicios de Red de Transmisión (TNSP), estos son:
- Riverina y Darlington Point: contratadas para proporcionar servicios de soporte de voltaje a Transgrid.
- Wallgrove: también contratada por Transgrid para ofrecer Respuesta Rápida de Frecuencia a gran escala como forma de inercia sintética.
- Koorangie: contratada para brindar servicios de fortaleza del sistema y estabilidad de red en el noroeste de Victoria.
Aunque los detalles de estos contratos de soporte a la red son confidenciales, destacan el creciente valor de la capacidad GFM.
El coste de construir un BESS GFM es prácticamente igual al de un GFL
El coste de los inversores GFM ha bajado hasta el punto de que la diferencia de precio respecto a una batería GFL es insignificante en nuevos proyectos. Los sistemas GFM en el NEM requieren más pruebas para conectarse a la red, lo que hace que el proceso de puesta en marcha sea ligeramente más caro.
En cambio, adaptar la tecnología grid-forming a un proyecto existente puede costar hasta 21 veces más que implementarla desde el inicio. Por eso es lógico para los desarrolladores optar por GFM desde el principio. Sin embargo, el coste de adaptación sigue siendo relativamente bajo, con un promedio de $12k/MW para un activo de 250MW.
Las baterías GFM están pasando de ser proyectos piloto a una adopción generalizada en el NEM. La financiación pública apoyó la construcción de los primeros proyectos, pero ahora los acuerdos de red surgen como el siguiente incentivo. Sin diferencias de coste reales entre grid-forming y grid-following, la opción grid-forming se está convirtiendo en el camino predeterminado para los nuevos proyectos.
Para quienes deseen profundizar, aquí hay una lista de artículos que comparten lecciones de baterías GFM existentes.
