Los servicios auxiliares son los servicios necesarios para apoyar la transmisión de energía eléctrica desde los generadores a los consumidores, dadas las obligaciones de las áreas de control y las empresas de transmisión dentro de esas áreas de control de mantener operaciones confiables del sistema de transmisión interconectado .
“Los servicios auxiliares son todos los servicios requeridos por el operador del sistema de transmisión o distribución para permitirle mantener la integridad y estabilidad del sistema de transmisión o distribución, así como la calidad de la energía”. [1]
Los servicios auxiliares son servicios y funciones especiales que prestan los actores dentro de la red eléctrica y 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 una variedad de operaciones más allá de la generación y la transmisión que se requieren 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 varias escalas de tiempo. Tradicionalmente, los servicios auxiliares han sido proporcionados por grandes unidades de producción como los generadores sincrónicos . Con la integración de una generación más intermitente y el desarrollo de tecnologías de redes inteligentes , la prestación de servicios auxiliares se extiende a unidades de generación y consumo distribuidos más pequeñas . [2]
Existen dos grandes categorías de servicios auxiliares:
Otros tipos de prestación de servicios auxiliares incluyen:
El control de frecuencia se refiere a la necesidad de garantizar que la frecuencia de la red se mantenga dentro de un rango específico de la frecuencia nominal. El desajuste entre la generación de electricidad y la demanda provoca variaciones en la frecuencia, por lo que se requieren servicios de control para devolver la frecuencia a su valor nominal y garantizar que no varíe fuera de rango. [3]
Si tenemos un gráfico para un generador donde la frecuencia está en el eje vertical y la potencia está en el eje horizontal:
donde P m es el cambio de potencia del sistema. Si tenemos varios generadores, cada uno puede tener su propia R. La beta se puede encontrar mediante:
El cambio de frecuencia debido a un cambio de potencia se puede encontrar con:
Esta sencilla ecuación se puede reorganizar para encontrar el cambio de potencia que corresponde a un cambio dado en la frecuencia. [4]
Las cargas de consumo esperan un voltaje dentro de un cierto rango, y los reguladores requieren que esté dentro de un cierto porcentaje del voltaje nominal (por ejemplo, en los EE. UU. es ±5%).
La potencia reactiva se puede utilizar para compensar las caídas de tensión, pero debe suministrarse más cerca de las cargas que las necesidades de potencia real (esto se debe a que la potencia reactiva tiende a viajar mal a través de la red). Tenga en cuenta que la tensión también se puede controlar mediante tomas de transformador y reguladores de tensión . [5]
La programación y el despacho son necesarios porque en la mayoría de los sistemas eléctricos el almacenamiento de energía es casi nulo, por lo que en cualquier instante, la energía que entra al sistema (producida por un generador) debe ser igual a la energía que sale del sistema (la demanda de los consumidores). Como la producción debe coincidir tan estrechamente con la demanda, es necesario programar y despachar con cuidado.
Generalmente realizados por el operador independiente del sistema o el operador del sistema de transmisión, ambos son servicios dedicados al compromiso y coordinación de las unidades de generación y transmisión con el fin de mantener la confiabilidad de la red eléctrica.
La programación se refiere a acciones previas al hecho (como programar un generador para producir una cierta cantidad de energía la próxima semana), mientras que el despacho se refiere al control en tiempo real de los recursos disponibles.
Como la producción y la demanda deben coincidir perfectamente (ver 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 ser despachado rápidamente para garantizar que haya suficiente generación de energía para satisfacer la demanda. Las reservas rotativas son generadores que ya están en línea y pueden aumentar rápidamente su producción de energía para satisfacer los cambios rápidos en la demanda. Las reservas rotativas son necesarias porque la demanda puede variar en escalas de tiempo cortas y se necesita una respuesta rápida. Otras reservas operativas son los generadores que pueden ser despachados por el operador para satisfacer la demanda, pero que no pueden responder tan rápidamente como las reservas rotativas, y el almacenamiento de baterías de la red que puede responder en decenas de milisegundos, generalmente más rápido que incluso la reserva rotativa.
La integración de la red de generación renovable 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 azotea tienen el potencial de proporcionar muchos de los servicios auxiliares que tradicionalmente proporcionan los generadores giratorios 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. [6] 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. [7] [8] [9] CAISO probó el sincronversor 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. [10] [11] Hydro-Québec comenzó a requerir inercia sintética en 2005 como el primer operador de la red, exigiendo un aumento de potencia temporal del 6% para contrarrestar la caída de frecuencia combinando la electrónica de potencia con la inercia rotacional de un rotor de turbina eólica . [12] En 2016 entraron en vigor requisitos similares en Europa. [13]
Los vehículos eléctricos enchufables tienen el potencial de ser utilizados para proporcionar servicios auxiliares a la red, específicamente regulación de carga y reservas giratorias. Los vehículos eléctricos enchufables pueden comportarse como almacenamiento de energía distribuida y tienen el potencial de descargar energía de regreso 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 un ritmo rápido, lo que les permite ser utilizados como reservas giratorias y brindar estabilidad a la red con el mayor uso de generación intermitente, como la eólica y la solar. Según el estudio citado en la referencia [14] , que comparó la rentabilidad de ofrecer un servicio auxiliar de reserva operativa con las ventas de energía V2G de una flota de vehículos, brindar un servicio de regulación de reserva operativa es más rentable que vender energía V2G únicamente. Sin embargo, las tecnologías para utilizar vehículos eléctricos para brindar servicios auxiliares aún no se han implementado ampliamente, pero hay mucha expectativa sobre su potencial [15] .
La instalación de aerogeneradores con inercia sintética es una forma de evitar este deterioro.
