A medida que aumenta la capacidad mundial de las energías renovables, la tecnología de formación de redes se ha convertido en un factor decisivo para que la energía solar y eólica se conviertan en fuentes de energía primaria fiables y no en suplementos intermitentes.
El panorama energético mundial está experimentando su transformación más significativa en un siglo. Con una generación renovable que supera ya los 30% en muchos mercados, los operadores de redes de todo el mundo se enfrentan a retos sin precedentes para mantener la estabilidad en medio de este cambio fundamental. Los sistemas eléctricos tradicionales se basan en generadores síncronos que proporcionan estabilidad inherente gracias a la inercia rotacional, una característica ausente en los parques solares y eólicos.
Entra en escena la tecnología de almacenamiento de energía en red (GFM), el revolucionario enfoque que permite a los recursos basados en inversores emular e incluso mejorar las funciones de estabilidad de las centrales eléctricas convencionales. Esta innovación no representa una mera mejora incremental, sino una reestructuración fundamental de la gestión de las redes eléctricas en la era de las energías renovables.
El reto de la estabilidad de la red en la era de las renovables
A medida que el mundo acelera hacia la descarbonización, las redes eléctricas experimentan factores de tensión antes inimaginables. La red convencional, diseñada para un flujo de energía unidireccional procedente de grandes centrales centralizadas, debe ahora acomodar flujos multidireccionales procedentes de millones de recursos energéticos distribuidos. Esta transición crea tres retos fundamentales para la estabilidad:
La inestabilidad de la tensión y la frecuencia se debe a que los recursos solares y eólicos carecen de la masa giratoria de los generadores tradicionales, que amortiguan de forma natural las perturbaciones de la red. En un sistema tras otro, a medida que aumenta la penetración de las renovables, los operadores de red informan de excursiones de tensión y desviaciones de frecuencia más frecuentes que amenazan con desencadenar fallos en cascada.
El fenómeno de la "red débil" se ha convertido en algo habitual, sobre todo en zonas remotas con un elevado potencial renovable pero una infraestructura de red limitada. Cuando la relación de cortocircuito de la red (SCR) cae por debajo de umbrales críticos (normalmente <3), los inversores convencionales no pueden mantener un funcionamiento estable, lo que obliga a las centrales renovables a reducir su producción o desconectarse por completo.
Quizá lo más preocupante sea la disminución de la inercia del sistema. Los generadores térmicos e hidráulicos tradicionales ofrecen una resistencia inherente a los cambios de frecuencia gracias a su masa giratoria. A medida que estos recursos se retiran, la inercia del sistema disminuye, lo que significa que los cambios de frecuencia se producen más rápidamente cuando cambia el equilibrio generación-carga. Sin intervención, esto crea riesgos de fiabilidad inaceptables.
Cómo la tecnología de formación de redes reimagina la estabilidad de la red
Los inversores generadores de red difieren fundamentalmente de los inversores seguidores de red convencionales en su filosofía operativa. Mientras que los inversores seguidores de red necesitan una forma de onda de tensión estable para sincronizarse e inyectar energía, los inversores formadores de red crean de forma autónoma referencias de tensión y frecuencia estables que otros recursos pueden seguir.
Este cambio de paradigma permite cuatro funciones críticas para la estabilidad:
1. Estabilización de tensión y frecuencia: Los inversores GFM ajustan continuamente su potencia de salida para mantener las condiciones nominales de la red, proporcionando efectivamente una inercia virtual que imita el comportamiento de las masas giratorias.
2. Capacidad de arranque en negro: A diferencia de las energías renovables convencionales que requieren una conexión a la red existente, los sistemas de almacenamiento GFM pueden reiniciar una red colapsada desde condiciones de apagón completo de forma independiente.
3. Funcionamiento en redes débiles: Los inversores avanzados GFM mantienen la estabilidad en escenarios de red extremadamente débil (SCR tan bajo como 1,0), lo que permite el desarrollo renovable en zonas que antes se consideraban inadecuadas.
4. Amortiguación de oscilaciones: Los sofisticados algoritmos de control de los sistemas GFM pueden identificar y suprimir las oscilaciones emergentes de la red antes de que se amplifiquen y se conviertan en problemas para todo el sistema.
*Tabla 1: Comparación de las tecnologías de seguimiento de cuadrícula frente a las de formación de cuadrícula*.
| Capacidad | Inversores de conexión a red | Inversores en red |
| Sincronización | Requiere la forma de onda de tensión existente | Crea formas de onda de tensión de forma autónoma |
| Funcionamiento deficiente de la red | Limitado (normalmente SCR>3) | Excelente (SCR tan bajo como 1,0) |
| Frecuencia | Respuesta limitada | Emulación de inercia activa |
| Capacidad de arranque en negro | No | Sí |
| Recorrido de averías | Cumplimiento básico | Mejorado con refuerzo de corriente |
| Estabilización de la red | Limitado | Regulación activa de tensión/frecuencia |
Liderazgo en el sector: Soluciones de Huawei para la formación de redes en escenarios completos
Los pioneros del sector han reconocido que abordar el reto de la estabilidad de la red requiere soluciones que abarquen todos los niveles del ecosistema eléctrico. Huawei Digital Power se ha erigido en líder de opinión con su solución de almacenamiento de energía inteligente FusionSolar 9.0, que representa una de las implementaciones más completas de la tecnología GFM desplegada a escala..
Esta solución ofrece tres avances revolucionarios con respecto a los sistemas de generaciones anteriores:
Capacidades reales de formación de redes en distintos escenarios
El sistema ofrece seis funciones básicas de formación de red: soporte de corriente de cortocircuito, soporte de inercia virtual, supresión de oscilaciones de banda ancha, rápida respuesta de frecuencia primaria, arranque en negro al minuto y conexión/desconexión de red sin interrupciones.. Este amplio conjunto de capacidades garantiza la estabilidad en todos los escenarios de generación, transmisión, distribución y consumo, lo que supone un avance significativo con respecto a los enfoques anteriores basados en un único escenario.
Inteligencia digital integral
La implementación de Huawei incorpora lo que ellos denominan la primera arquitectura colaborativa "end-edge-cloud" de la industria para plantas renovables (FusionSolar Agent). Este sistema permite una gestión inteligente de todo el ciclo de vida, desde la planificación hasta la explotación, con mejoras cuantificables en la precisión de la construcción (40% de reducción de errores), la eficiencia operativa (50% de mejora de la eficiencia del mantenimiento) y la rentabilidad financiera (10%+ de aumento de los ingresos)..
Arquitectura de seguridad multicapa
Consciente de que la seguridad es la base de todas las operaciones de la red, la solución implementa cinco capas de protección que abarcan células, paquetes de baterías, clusters, sistemas de contenedores e interfaces de red.. Este enfoque integral incluye lo que puede ser el protocolo de pruebas más riguroso del sector, incluidas pruebas de combustión extrema validadas por terceros independientes en las que los sistemas siguieron funcionando de forma segura a pesar de que se produjeran fugas térmicas intencionadas en componentes individuales..
Validación en el mundo real: Proyectos de formación de redes a escala
Las ventajas teóricas de la tecnología de formación de redes se han visto confirmadas en proyectos pioneros en todo el mundo que han demostrado una fiabilidad y unas ventajas económicas tangibles:
Tibet Ali 30MW PV + 6MW/24MWh Proyecto de almacenamiento en red
En el Tíbet, una zona de gran altitud y frío extremo, un sistema de almacenamiento ha permitido generar 12 MW de energía fotovoltaica estable cuando antes sólo se podían integrar 1,5 MW.. El proyecto demuestra que 1 MWh de almacenamiento en red puede liberar aproximadamente 1,75 MW de capacidad fotovoltaica adicional en condiciones de red débil, un parámetro crucial para los planificadores que evalúan las inversiones en almacenamiento..
Filipinas MTerra Solar Mega-Project
Esta iniciativa de infraestructura masiva combina 3,5 GW de energía fotovoltaica con 4,5 GWh de almacenamiento en red, una de las mayores integraciones de este tipo en todo el mundo.. Una vez terminado, suministrará energía a unos 2,4 millones de hogares y reducirá las emisiones de carbono en más de 4,3 millones de toneladas anuales. La primera fase del proyecto ya se ha completado en más de la mitad, lo que demuestra la escalabilidad de la tecnología actual de formación de redes..
Pruebas y validación globales
Más allá de los proyectos individuales, los regímenes de pruebas integrales han validado las capacidades de formación de red en diversas condiciones de red. En una instalación de pruebas de 20.000 metros cuadrados, Huawei ha realizado más de 2.300 pruebas a nivel de sistema, entre las que se incluyen el paso por baja/alta tensión, la adaptabilidad a redes débiles, la respuesta a la inercia y las capacidades de arranque en negro.. Estas pruebas confirmaron un funcionamiento estable en una gama sin precedentes de potencias de red (SCR de 40 a 1,0).
*Tabla 2: Métricas de rendimiento del almacenamiento en malla en diversas aplicaciones*.
| Escenario de aplicación | Principales ventajas de la formación de redes | Rendimiento demostrado |
| Escasa integración en la red | Mayor estabilidad con SCR bajo | La integración fotovoltaica aumentó en 800% (de 1,5MW a 12MW) en el proyecto de Tíbet |
| Regulación de la frecuencia | Apoyo virtual a la inercia | Tiempo de respuesta de <100 ms para eventos de tensión/frecuencia |
| Capacidad de arranque en negro | Autoarranque sin referencia de cuadrícula | Restauración en minutos frente a las horas/días de los sistemas convencionales |
| Supresión de oscilaciones | Control activo de la amortiguación | Eficaz en toda la gama de frecuencias de 1-1500 Hz |
| Reforzamiento de la capacidad renovable | Control de la velocidad de rampa | Microrredes renovables 100% con conexión en isla sin fisuras |
El cambio arquitectónico: De la optimización a nivel de componente a la optimización a nivel de sistema
Lo que distingue a las soluciones de formación de redes de próxima generación es su enfoque holístico de la arquitectura del sistema. A diferencia de las soluciones tradicionales, que optimizan componentes individuales de forma aislada, los sistemas como FusionSolar 9.0 de Huawei emplean inteligencia entre componentes que sincroniza las respuestas de toda la planta.
La arquitectura a nivel de cadena representa un avance especial. Al aplicar la optimización a nivel de cadena de baterías individuales en lugar de a contenedores enteros, estos sistemas logran mejoras significativas en eficiencia y fiabilidad. Huawei informa de mejoras en la profundidad de descarga de hasta 100% y una eficiencia de ciclo de 91,3%, parámetros críticos para la viabilidad económica..
Este enfoque arquitectónico resulta especialmente valioso a la hora de escalar las implantaciones de almacenamiento. Los sistemas de almacenamiento centralizados tradicionales se enfrentan a problemas de desajuste de módulos que degradan el rendimiento con el tiempo. El enfoque a nivel de cadena mantiene la coherencia del rendimiento en sistemas que van desde pequeñas instalaciones comerciales a proyectos de varios gigavatios a escala de servicios públicos.
Para quienes ejecutan proyectos de almacenamiento de energía, soluciones en contenedores como Contenedor refrigerado por aire de 40 pies ESS
ofrecen flexibilidad prediseñada, lo que reduce significativamente el tiempo de despliegue al tiempo que mantiene el rendimiento en diversas condiciones ambientales.
Preguntas frecuentes: Desmitificación de la tecnología de formación de redes
¿Qué distingue a los inversores de formación de red de los de seguimiento de red?
Los inversores grid-forming establecen de forma autónoma las referencias de tensión y frecuencia para la red, mientras que los inversores grid-following requieren una forma de onda de red estable existente para sincronizarse antes de funcionar. Esta diferencia fundamental permite a los sistemas de formación de red estabilizar las redes en lugar de depender de la estabilidad existente.
¿Puede el almacenamiento en red sustituir por completo a los servicios tradicionales de estabilidad de la red?
En muchas aplicaciones, sí. Los sistemas avanzados de formación de redes proporcionan un soporte de tensión, una respuesta de frecuencia y una inercia equivalentes o superiores a los generadores convencionales. Para los requisitos de estabilidad más exigentes, los sistemas híbridos que combinan el almacenamiento formador de red con los recursos tradicionales pueden surgir como soluciones óptimas.
¿Cómo influye la tecnología de formación de redes en la economía de los proyectos?
Al permitir una mayor penetración de las energías renovables en zonas de red débil, reducir las restricciones y facilitar el acceso a los mercados de servicios auxiliares, la tecnología de formación de red mejora significativamente la economía de los proyectos. Los datos del sector indican que los costes de los proyectos energéticos pueden reducirse en 21,7% con una correcta implementación de la formación de red..
¿Cuáles son los plazos de implantación de la tecnología de formación de redes?
La capacidad de formación de redes es principalmente una función definida por software que a menudo puede desplegarse en hardware que ya está en producción. Esto significa ciclos de adopción rápidos en comparación con las innovaciones centradas en el hardware. Los principales proyectos de implantación de la tecnología grid-forming ya están operativos en los mercados mundiales.
¿Cómo ayuda la formación de redes a las aplicaciones de microrredes?
Grid-forming permite a las microrredes 100% renovables proporcionar servicios de estabilidad tradicionalmente suministrados por generadores diésel o la red principal. Esto permite a las instalaciones críticas mantener sus operaciones durante los cortes de red mientras utilizan energía renovable 100%.
El camino a seguir: La formación de redes como nueva norma
El sector ha llegado al consenso de que la capacidad de formación de red pasará de ser una característica de primera calidad a un requisito estándar para las nuevas instalaciones de almacenamiento de energía. Los organismos internacionales de normalización ya están incorporando requisitos de formación de red en los códigos de red, y es probable que los principales mercados exijan capacidades básicas de formación de red en 2-3 años.
La evolución tecnológica continúa a buen ritmo. Las instituciones de investigación y los líderes del sector trabajan en algoritmos de nueva generación que mejorarán aún más los márgenes de estabilidad y reducirán los costes. Entre las áreas de desarrollo activo figuran el control predictivo de la estabilidad mediante inteligencia artificial y la formación coordinada de redes multiactivos que optimizan diversos recursos repartidos por amplias zonas geográficas.
Para los promotores de proyectos y los operadores de sistemas, la implicación es clara: las nuevas inversiones deben estar preparadas para el futuro, lo que exige adoptar hoy una infraestructura con capacidad de formación de red. Ansgar Hinz, Consejero Delegado de VDE, resumió así la orientación del sector: "En las redes eléctricas dominadas por la electrónica de potencia, la capacidad de formación de red se está convirtiendo en un requisito previo para el funcionamiento del sistema"..
Conclusiones: Sentar las bases de una red impulsada por las energías renovables
A medida que se acelera la transición energética mundial, el almacenamiento de energía en la red es quizá la innovación más importante para garantizar la fiabilidad en medio de un cambio fundamental. La tecnología ha pasado de ser un concepto teórico a una solución probada en un tiempo récord, con despliegues a escala suficiente para demostrar las ventajas tangibles del sistema.
La cuestión para las partes interesadas en la energía ya no es si adoptar o no la tecnología de formación de redes, sino con qué rapidez pueden integrarla en su planificación y operaciones. Con líderes del sector como Huawei, que ofrecen soluciones para escenarios completos que abarcan desde aplicaciones residenciales hasta aplicaciones a gran escala, las herramientas para gestionar la red dominada por las renovables ya están disponibles comercialmente y validadas sobre el terreno.
En MateSolar, somos conscientes de que esta transición tecnológica requiere socios que comprendan tanto los fundamentos técnicos como los retos prácticos de su aplicación. Como proveedor integral de soluciones fotovoltaicas y de almacenamiento de energía, mantenemos nuestro compromiso de ofrecer estos avances en la formación de redes a nuestros clientes de todo el mundo, garantizando que la transición hacia las energías renovables se produzca de forma fiable y eficiente.
La red del futuro estará dominada por las fuentes renovables, pero su estabilidad estará garantizada por sistemas inteligentes de almacenamiento que forman la red y proporcionan la estabilidad fundamental de la que depende nuestra economía electrificada.
MateSolar es un proveedor integral de soluciones fotovoltaicas y de almacenamiento de energía comprometido con el suministro de tecnologías de vanguardia que permiten a nuestros clientes construir sistemas energéticos más limpios y resistentes. Nuestra experiencia abarca todo el ciclo de vida del proyecto, desde la consultoría técnica inicial hasta el funcionamiento y la optimización a largo plazo.