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Servicios auxiliares

Los servicios auxiliares son aquellos necesarios para respaldar la transmisión de energía eléctrica desde los generadores hasta los consumidores, dadas las obligaciones de las á...

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Los servicios auxiliares son aquellos necesarios para respaldar la transmisión de energía eléctrica desde los generadores hasta los consumidores, dadas las obligaciones de las áreas de control y las empresas de transmisión dentro de esas áreas de control para mantener operaciones confiables del sistema de transmisión interconectado .

"Los servicios auxiliares son todos aquellos servicios que requiere el operador del sistema de transmisión o distribución para poder mantener la integridad y la estabilidad del sistema de transmisión o distribución, así como la calidad de la energía". [ 1 ]

Los servicios auxiliares son servicios y funciones especializadas proporcionadas por los agentes dentro de la red eléctrica que facilitan y respaldan el flujo continuo de electricidad, de modo que la demanda de energía eléctrica se satisfaga en tiempo real. El término servicios auxiliares se utiliza para referirse a diversas operaciones, más allá de la generación y la transmisión , que son necesarias para mantener la estabilidad y la seguridad de la red. Estos servicios generalmente incluyen el control de potencia activa o control de frecuencia y el control de potencia reactiva o control de voltaje, en diferentes escalas de tiempo. Tradicionalmente, los servicios auxiliares han sido proporcionados por grandes unidades de producción, como los generadores síncronos . Con la integración de una generación más intermitente y el desarrollo de tecnologías de redes inteligentes , la provisión de servicios auxiliares se extiende a unidades de generación y consumo distribuidas más pequeñas . [ 2 ]

Tipos de servicios auxiliares

Existen dos grandes categorías de servicios auxiliares:

  • Relacionado con la frecuencia: Inercia , control primario de frecuencia como la Reserva de Contención de Frecuencia (FCR), control secundario de frecuencia como la Reserva de Restauración de Frecuencia (FRR)
  • No relacionados con la frecuencia: potencia reactiva, control de voltaje y gestión de la congestión.

Otros tipos de prestación de servicios auxiliares incluyen:

  • reinicio del sistema
  • programación y despacho
  • compensación por pérdidas
  • carga siguiente
  • protección del sistema
  • desequilibrio energético

Control de frecuencia

La frecuencia eléctrica está directamente conectada al equilibrio entre el consumo y la generación de potencia activa (ΔPAG=PAGgramominortemirationorte−PAGdoonortestúmetromi{\displaystyle \Delta P=P_{generación}-P_{consumo}}) y la energía rotacional total (Wtot,kinorte{\displaystyle W_{tot,kin}}) del sistema de energía síncrono. Durante un cambio repentino deΔPAG{\displaystyle \Delta P}La frecuencia cambiará inicialmente (antes de cualquier acción correctiva) según la siguiente ecuación:

dFdt=ΔPAG⋅F2⋅Wkinorte{\displaystyle {\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot W_{kin}}}}

La ecuación se puede reescribir utilizando la constante de inercia normalizada.H{\displaystyle H}:

dFdt=ΔPAG⋅F2⋅H⋅S{\displaystyle {\frac {df}{dt}}={\frac {\Delta P\cdot f}{2\cdot H\cdot S}}}

DóndeS{\displaystyle S}es el intercambio total de potencia activa para toda la red yH{\displaystyle H}es la constante de inercia normalizada del sistema. [ 3 ] Un sistema con una pequeña cantidad de energía cinética rotacional total será más sensible a las desviaciones enΔPAG{\displaystyle \Delta P}, ya que la derivada de la frecuencia se verá afectada de forma más significativa.

A medida que la inercia total de las redes síncronas disminuye debido a la creciente integración de fuentes de generación renovables, las metodologías y los requisitos para permitir que las unidades de generación basadas en convertidores controlen la frecuencia de la red con mayor velocidad y precisión se vuelven más importantes. [ 4 ]

El control de frecuencia se refiere a la necesidad de asegurar que la frecuencia de la red se mantenga dentro de un rango específico de la frecuencia nominal. El desajuste entre la generación y la demanda de electricidad provoca variaciones en la frecuencia, por lo que se requieren servicios de control para que la frecuencia vuelva a su valor nominal y para asegurar que no se salga del rango. [ 5 ]

Si tenemos una gráfica para un generador donde la frecuencia está en el eje vertical y la potencia en el eje horizontal:

slopagmi=−R=ΔFΔPAGmetro{\displaystyle pendiente=-R={\frac {\Delta f}{\Delta P_{m}}}}

donde P m es el cambio de potencia del sistema. Si tenemos varios generadores, cada uno podría tener su propia R. Beta se puede encontrar mediante:

β=1R1+1R2+...+1Rnorte{\displaystyle \beta ={\frac {1}{R_{1}}}+{\frac {1}{R_{2}}}+...+{\frac {1}{R_{n}}}}

El cambio de frecuencia debido a un cambio de potencia se puede calcular con:

ΔF=ΔPAGmetroβ{\displaystyle \Delta f={\frac {\Delta P_{m}}{\beta }}}

Esta sencilla ecuación se puede reorganizar para hallar el cambio de potencia que corresponde a un cambio de frecuencia dado. [ 6 ]

Control de potencia reactiva y voltaje

Los consumidores esperan un voltaje dentro de un rango determinado, y los reguladores exigen que esté dentro de un cierto porcentaje del voltaje nominal (por ejemplo, en EE. UU. es de ±5%).

La potencia reactiva puede utilizarse para compensar las caídas de tensión, pero debe suministrarse más cerca de las cargas que las necesidades de potencia activa (esto se debe a que la potencia reactiva tiende a propagarse mal a través de la red). Cabe destacar que la tensión también puede controlarse mediante tomas de transformadores y reguladores de tensión . [ 7 ]

Programación y despacho

La planificación y la gestión de la energía son esenciales porque, en la mayoría de los sistemas eléctricos, el almacenamiento de energía es prácticamente nulo. Por lo tanto, en cualquier instante, la potencia que ingresa al sistema (producida por un generador) debe ser igual a la potencia que sale del sistema (la demanda de los consumidores). Dado que la producción debe ajustarse con tanta precisión a la demanda, es fundamental una planificación y una gestión de la energía meticulosas.

Generalmente realizadas por el operador independiente del sistema o el operador del sistema de transmisión , ambas son servicios dedicados al compromiso y la coordinación de las unidades de generación y transmisión con el fin de mantener la fiabilidad de la red eléctrica.

La planificación se refiere a las acciones previas a la ejecución (como programar un generador para que produzca una determinada cantidad de energía la semana siguiente), mientras que la gestión se refiere al control en tiempo real de los recursos disponibles.

Reservas operativas

Dado que la producción y la demanda deben coincidir a la perfección (véase Programación y despacho ), las reservas operativas ayudan a compensar la diferencia cuando la producción es demasiado baja.

Una reserva operativa es un generador que puede activarse rápidamente para garantizar la generación de energía suficiente para cubrir la demanda. Las reservas rotatorias son generadores que ya están en funcionamiento y pueden aumentar rápidamente su potencia para responder a los cambios bruscos de la demanda. Se requieren reservas rotatorias porque la demanda puede variar en cortos periodos de tiempo y se necesita una respuesta rápida. Otras reservas operativas son generadores que el operador puede activar para cubrir la demanda, pero que no pueden responder con la misma rapidez que las reservas rotatorias, y el almacenamiento de energía en baterías de la red, que puede responder en decenas de milisegundos, generalmente más rápido incluso que las reservas rotatorias.

Generación renovable

La integración de la generación renovable en la red requiere simultáneamente servicios auxiliares adicionales y tiene el potencial de proporcionar servicios auxiliares a la red. Los inversores que se instalan con sistemas de generación distribuida y sistemas solares en azoteas tienen el potencial de proporcionar muchos de los servicios auxiliares que tradicionalmente proporcionan los generadores rotativos y los reguladores de voltaje. Estos servicios incluyen compensación de potencia reactiva, regulación de voltaje, control de parpadeo, filtrado de potencia activa y cancelación de armónicos. [ 8 ] Las turbinas eólicas con generadores de velocidad variable tienen el potencial de agregar inercia sintética a la red y ayudar en el control de frecuencia. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] CAISO probó el síncronoinversor del parque eólico Tule de 131 MW en 2018 y descubrió que podía realizar algunos de los servicios de la red de manera similar o mejor que los generadores tradicionales. [ 12 ] [ 13 ] Hydro-Québec comenzó a exigir inercia sintética en 2005 como el primer operador de red, exigiendo un aumento temporal de potencia del 6% al contrarrestar la caída de frecuencia mediante la combinación de la electrónica de potencia con la inercia rotacional del rotor de una turbina eólica . [ 14 ] Requisitos similares entraron en vigor en Europa en 2016. [ 15 ]

Vehículos eléctricos

Los vehículos eléctricos enchufables tienen el potencial de ser utilizados para proporcionar servicios auxiliares a la red, específicamente regulación de carga y reservas rotatorias. Pueden comportarse como almacenamiento de energía distribuida y tienen el potencial de descargar energía de vuelta a la red a través de un flujo bidireccional, conocido como vehículo a red (V2G). Los vehículos eléctricos enchufables tienen la capacidad de suministrar energía a una velocidad rápida, lo que les permite ser utilizados como reservas rotatorias y proporcionar estabilidad a la red con el uso creciente de generación intermitente como la eólica y la solar. Según el estudio citado en la referencia, [ 16 ] que comparó la rentabilidad de ofrecer el servicio auxiliar de reserva operativa con la venta de energía V2G de una flota de vehículos, proporcionar el servicio de regulación de reserva operativa es más rentable que vender energía V2G por sí solo. Sin embargo, las tecnologías para utilizar vehículos eléctricos para proporcionar servicios auxiliares aún no están ampliamente implementadas, pero existe una gran expectativa sobre su potencial. [ 17 ] [ 18 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Grupo de Trabajo Térmico. (2004). Servicios Auxiliares: Desagregación de Productos Eléctricos: un Mercado Emergente. Recuperado de
  2. ↑ Ribó-Pérez, David; Larrosa-López, Luis; Pecondón-Tricas, David; Alcázar-Ortega, Manuel (enero 2021). "Una revisión crítica de los productos de respuesta a la demanda como recurso para servicios auxiliares: experiencia internacional y recomendaciones de políticas" . Energías . 14 (4): 846. doi : 10.3390/en14040846 . hdl : 10251/176164 .
  3. ↑ Fernández-Guillamón, Ana; Gómez-Lázaro, Emilio; Muljadi, Eduard; Molina-García, Ángel (2019-11-01). "Sistemas de energía con fuentes de energía renovables de alta calidad: una revisión de las estrategias de control de inercia y frecuencia a lo largo del tiempo" . Renewable and Sustainable Energy Reviews . 115 109369. arXiv : 2004.02951 . Bibcode : 2019RSERv.11509369F . doi : 10.1016/j.rser.2019.109369 . ISSN 1364-0321 . 
  4. ↑ Bevrani, Hassan; Raisch, Jӧrg (2017-12-01). "Sobre la aplicación de la inercia virtual en el control de frecuencia de la red eléctrica" . Energy Procedia . Power and Energy Systems Engineering. 141 : 681–688 . Bibcode : 2017EnPro.141..681B . doi : 10.1016/j.egypro.2017.11.093 . ISSN 1876-6102 . 
  5. ↑ Rebours, Yann G., et al. "Un estudio de los servicios auxiliares de control de frecuencia y voltaje—Parte I: Características técnicas." Transacciones IEEE sobre sistemas de potencia 22.1 (2007): 350-357.
  6. ↑ Glover, J. Duncan, et al. Análisis y diseño de sistemas de energía. 6.ª ed., Cengage Learning, 2017.
  7. ↑ Ahmadimanesh, A., y M. Kalantar. "Una nueva estructura de mercado de potencia reactiva que reduce los costos para modificar las regiones de generación obligatorias de los productores." Energy Policy 108 (2017): 702-711.
  8. ↑ Sortomme, Eric y Mohamed A. El-Sharkawi. "Programación óptima de energía de vehículo a red y servicios auxiliares". Smart Grid, IEEE Transactions on 3.1 (2012): 351-359.
  9. ↑ Lalor, Gillian, Alan Mullane y Mark O'Malley. "Control de frecuencia y tecnologías de turbinas eólicas". Sistemas de potencia, Transacciones IEEE 20.4 (2005): págs. 1905-1913.
  10. ↑ "La utilización de la inercia sintética de los parques eólicos y su impacto en los reguladores de velocidad existentes y el rendimiento del sistema" . ELFORSK. 2013. pág. 6 (Resumen). Archivado del original el 21 de abril de 2017. Recuperado el 18 de abril de 2017. La instalación de turbinas eólicas con inercia sintética es una forma de prevenir este deterioro. 
  11. ↑ Early, Catherine (30 de septiembre de 2020). "Cómo una sola turbina en el Reino Unido podría demostrar un nuevo caso de uso para la energía eólica" . www.greentechmedia.com . Archivado del original el 3 de octubre de 2020.
  12. ↑ Balaraman, Kavya (13 de marzo de 2020). "Las centrales eólicas pueden proporcionar servicios a la red similares a los del gas y la energía hidroeléctrica, facilitando la integración de las energías renovables: CAISO" . Utility Dive . Archivado del original el 16 de marzo de 2020.
  13. ↑ Resultados de las pruebas de la central eólica de Tuel CAISO , 2019
  14. ↑ Fairley, Peter (7 de noviembre de 2016). "¿Puede la inercia sintética de la energía eólica estabilizar las redes?" . IEEE . Consultado el 29 de marzo de 2017 .
  15. ↑ "Código de red sobre requisitos para la conexión a la red aplicable a todos los generadores (RfG)" . ENTSO-E . Abril de 2016. Consultado el 29 de marzo de 2017 .
  16. ↑ Chandra Mouli, Gautham Ram; Kefayati, Mahdi; Baldick, Ross; Bauer, Pavol (16 de octubre de 2017). "Carga integrada de energía fotovoltaica de flotas de vehículos eléctricos basada en precios de energía, V2G y oferta de reservas". IEEE Transactions on Smart Grid . 10 (2): 1313– 1325. doi : 10.1109/TSG.2017.2763683 . ISSN 1949-3061 . S2CID 3503020 .  
  17. ↑ Joos, G., et al. "El potencial de la generación distribuida para proporcionar servicios auxiliares." Reunión de verano de la Power Engineering Society, 2000. IEEE. Vol. 3. IEEE, 2000.
  18. ↑ Xu et al. 2023 .

Fuentes

  • Comisión Federal Reguladora de Energía de EE. UU., 1995, Promoción de la competencia mayorista mediante servicios de transmisión no discriminatorios de acceso abierto por parte de empresas de servicios públicos, Expediente RM95-8-000, Washington, DC, 29 de marzo.
  • E. Hirst y B. Kirby, “Servicios auxiliares”, Laboratorio Nacional de Oak Ridge, Informe técnico ORNL/CON 310, febrero de 1996. https://web.archive.org/web/20150225160053/http://web.ornl.gov/~webworks/cpr/rpt/84170.pdf
  • Operaciones, Power Exchange. "Guía de servicios auxiliares en el mercado eléctrico nacional." (2010).
  • ARENAWIRE, “¿Qué son los servicios auxiliares de control de frecuencia?” Febrero de 1996. https://arena.gov.au/blog/what-is-frequency-control-ancillary-services/
  • Xu, Chengjian; Behrens, Paul; Gasper, Paul; Smith, Kandler; Hu, Mingming; Tukker, Arnold; Steubing, Bernhard (2023-01-17). "Las baterías de vehículos eléctricos por sí solas podrían satisfacer la demanda de almacenamiento de la red a corto plazo ya en 2030" ( PDF) . Nature Communications . 14 (1) 119. Bibcode : 2023NatCo..14..119X . doi : 10.1038/s41467-022-35393-0 . ISSN 2041-1723 . PMC 9845221. PMID 36650136. Recuperado el 14 de abril de 2025 .