¿Cómo lograr que las renovables aporten estabilidad a la red eléctrica?

El Ministerio de Transición Ecológica reconoce que hay que tomar medidas para adaptar el sistema eléctrico español a la oleada de energía renovable que ya está en marcha. Red Eléctrica, el operador del sistema, recoge en informes desde hace meses que la solar y la eólica tienen dificultades para gestionar desequilibrios de oferta y demanda en la red, y hace falta adaptarse, como ha demostrado el cero eléctrico del día 28. Las baterías, los condensadores síncronos y los volantes de inercia son la solución, según los expertos.

Estos días se han escrito ríos de tinta sobre la inercia de la red, una cualidad del sistema eléctrico que aportan las máquinas de generación tradicionales, principalmente los ciclos combinados de gas o las nucleares. También hay energías renovables que generan inercia, como la hidroeléctrica, la biomasa o la solar termoeléctrica. Todas estas plantas tienen en común que generan electricidad mediante la rotación de turbinas muy pesadas, y se las denomina generadoras síncronas.

La fuerza de esos motores, que giran de forma coordinada en toda Europa, da una estabilidad a la red que es imprescindible para mantener a raya la frecuencia y la tensión, dos parámetros que tienen que estar estabilizados para evitar averías en el sistema. La frecuencia tiene que marcar siempre 50 hercios, o valores muy cercanos, y la tensión, 400.000 voltios en la red de transporte. Otro aspecto incuestionable es que la oferta y la demanda de luz tienen que casar al milímetro en cada instante para que la tensión y la frecuencia no se disparen o se hundan, y provoquen apagones locales o generales.

El problema es que los paneles solares y los molinos de viento son las únicas dos tecnologías que, en principio, no ayudan al sistema a equilibrar la tensión y la frecuencia. La fotovoltaica no tiene turbinas y la eólica no está conectada a la frecuencia de la red, por lo que ninguna de las dos puede trabajar como "amortiguador" del sistema.

La clave de las tecnologías síncronas es que los pesados motores que giran en su interior almacenan grandes cantidades de energía cinética. Si la frecuencia de la red baja —los motores de estas plantas giran más despacio de 50 rotaciones por segundo— todas las turbinas conectadas al sistema liberan por las leyes de la física su energía cinética en forma de energía eléctrica y la inyectan al sistema, compensando la pérdida de suministro y elevando de nuevo la frecuencia.

Esta inercia también se puede fabricar mediante las baterías, los condensadores síncronos y los volantes de inercia, que de aquí a 2030 serán la nueva norma, debido a que el peso de la fotovoltaica y los molinos de viento cada vez será mayor en el mix eléctrico.

Baterías

Las baterías son la tecnología más conocida y aportan la conocida como inercia sintética. Como almacenan electricidad, pueden liberarla a la red eléctrica en el caso de que en un momento dado haya ligeramente menos generación que demanda, lo que ayuda a compensar una caída de frecuencia en la red. 

En este tipo de aparatos, la velocidad de respuesta lo es todo, porque un segundo es un periodo muy largo de tiempo dentro del sistema eléctrico. Los expertos señalan que las baterías son muy buenas aportando energía extra rápidamente, pueden actuar en menos de dos segundos, pero no son tan veloces como las máquinas síncronas, que compensan los desequilibrios de manera instantánea porque funcionan por la ley de la física.

Compensador síncrono

Los compensadores síncronos todavía tienen un uso muy limitado en España, pero probablemente ganen peso en los próximos años. Son turbinas alimentadas con energía eléctrica que al girar aportan una pequeña inercia al sistema. En realidad, los compensadores síncronos se han utilizado tradicionalmente en subestaciones eléctricas para equilibrar los picos y hundimientos de la tensión de la red, pero a partir de ahora pueden empezar a ayudar a regular la frecuencia gracias a su masa rodante.

Jesús Illana, experto en motores de la empresa ABB, añade que su principal ventaja frente a las baterías es la velocidad de reacción. "Su tiempo de respuesta es mucho más rápido porque tiene sincronía y actúa inmediatamente, como un reactor nuclear o un ciclo combinado. La única diferencia es que no genera energía", dice el ingeniero. Además, el compensador también aporta capacidad de cortocircuito, para hacer saltar las protecciones de una planta en caso de desequilibrios de una red.

Red Eléctrica, de hecho, recoge en uno de sus informes de 2024 que la entrada masiva de renovable puede "afectar al correcto funcionamiento de las funciones de protección" del sistema en caso de cortocircuito, y para resolverlo los compensadores son una herramienta clave. Illana explica que su equipo está instalando los cuatro primeros compensadores síncronos de España en Canarias y en Baleares.

Volantes de inercia

Los volantes de inercia son parecidos a los compensadores síncronos. Consisten en una turbina que gira a gran velocidad y que está conectada a la red eléctrica, de manera que aporta inercia al sistema. Raquel Martínez, doctora en Ingeniería Industrial y profesora en la Universidad de Cantabria, resume que básicamente "son una rueda que se recarga cuando sobra electricidad en la red, y se descarga cuando escasea". 

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La diferencia con los compensadores es que no son capaces de equilibrar la tensión de la red, pero tienen una capacidad mucho mayor de aportar inercia al sistema, por lo que a menudo los volantes y los compensadores síncronos se instalan unidos para que sean lo más eficientes posibles.

Por qué es tan importante la inercia

Estas tres tecnologías son clave porque el sistema eléctrico necesita siempre una buena cantidad de inercia. De lo contrario, una desconexión por sorpresa de varias plantas eléctricas, o una rotura de un cable o una subestación, se puede llevar por delante la luz de todo un país, como ocurrió el lunes 28. Ese día, hubo tres desconexiones casi simultáneas de las que el sistema no se pudo recuperar porque alteraron demasiado la frecuencia y la tensión de la red y fue imposible devolver sus valores a la normalidad.

Cuando la generación y el consumo de energía se descompensan, el protocolo tiene tres tipos de cortafuegos, comenta Raquel Martínez. "Primero actúa la respuesta inmediata, la inercia, que equilibra la oferta y la demanda lo suficiente para que no haya un colapso. Eso te da unos segundos de margen para que entre a actuar la respuesta primaria, que son instalaciones que suben o bajan su potencia para terminar de equilibrar la balanza. Por ejemplo, un embalse empieza a soltar más agua. Y por último, está la respuesta secundaria, que actúa a partir de los 120 segundos para terminar de reparar la frecuencia y que consiste en un mercado de generadores que se mantienen en reserva", concreta.