Por Ana Blausteinen en Scientific American
Los ingenieros lograron «el trabajo de un año en dos semanas» y de manera segura
El 24 de febrero, el operador de la red eléctrica de Ucrania desconectó el sistema eléctrico del país de la red más grande operada por Rusia a la que siempre había estado conectado. La desconexión planeada desde hace mucho tiempo estaba destinada a ser una prueba de 72 horas que demostrara que Ucrania podía operar por sí sola.
La prueba era un requisito para vincularse finalmente con la red europea, en la que Ucrania había estado trabajando desde 2017. Pero cuatro horas después de que comenzara el ejercicio, Rusia invadió.
“El trabajo de un año en dos semanas ”
La conexión de Ucrania con Europa, que se suponía que no ocurriría hasta 2023, se volvió urgente y los ingenieros pretendían lograrla de manera segura en solo unas semanas.
El 16 de marzo alcanzaron el hito clave de sincronizar los dos sistemas. Fue “el trabajo de un año en dos semanas ”, según un comunicado de Kadri Simson, comisionado de energía de la Unión Europea.
Eso es inusual en este campo. “Para [los operadores de la red eléctrica] mover esto rápidamente y con tanta agilidad no tiene precedentes”, dice Paul Deane, investigador de políticas energéticas en el University College Cork en Irlanda. “Ningún sistema de energía se ha sincronizado tan rápido antes”.
Ucrania inició el proceso de unirse a la red de Europa en 2005 y comenzó a trabajar en serio hacia ese objetivo en 2017, al igual que Moldavia. Era parte de un esfuerzo continuo para alinearse con Europa y disminuir la dependencia de Rusia, que había amenazado repetidamente la soberanía de Ucrania.
“Ucrania simplemente quería desvincularse del dominio ruso en todos los sentidos de la palabra, y la red es parte de eso”, dice Suriya Jayanti, un experto en políticas de Europa del Este y exdiplomático estadounidense que se desempeñó como jefe de energía en la embajada de Estados Unidos en Kiev desde 2018 a 2020.
La invasión cambió los tiempos
Después del período de prueba de fines de febrero, Ukrenergo, el operador de la red ucraniana, tenía la intención de reincorporarse temporalmente al sistema que alimenta a Rusia y Bielorrusia.
Pero la invasión rusa lo hizo insostenible. “Eso dejó a Ucrania en modo de aislamiento, lo que sería increíblemente peligroso desde la perspectiva del suministro de energía”, dice Jayanti. “Significa que Ucrania no tiene de dónde importar electricidad. Es un huérfano.
Esa fue una situación particularmente precaria debido a los ataques rusos a la infraestructura energética clave, como la planta de energía nuclear de Zaporizhzhia . (Según Jayanti, la red de Ucrania finalmente pudo funcionar sola durante tanto tiempo porque la demanda de energía se redujo en aproximadamente un tercio cuando los ucranianos abandonaron el país).
Tres días después de la invasión, Ukrenergo envió una carta a la Red Europea de Operadores de Sistemas de Transporte de Electricidad (ENTSO-E) solicitando autorización para conectarse anticipadamente a la red europea.
Moldelectrica, el operador moldavo, hizo la misma solicitud al día siguiente. Si bien los operadores europeos querían apoyar a Ucrania, tenían que proteger sus propias redes, por lo que el proceso de conexión de emergencia debía realizarse con cuidado. “Los operadores de servicios públicos y de sistemas son notoriamente reacios a los riesgos porque el trabajo es mantener las luces encendidas, para mantener a todos seguros”, dice Laura Mehigan, investigadora de energía en University College Cork.
Los retos
Una red eléctrica es una red de fuentes de generación de energía e infraestructura de transmisión que produce electricidad y la transporta desde lugares como centrales eléctricas, parques eólicos y paneles solares hasta casas, hospitales y sistemas de transporte público. “No se puede simplemente experimentar con un sistema de energía y esperar que funcione”, dice Deane. Conseguir energía donde se necesita cuando se necesita es un proceso complicado y hay poco margen para el error.
Crucial para esta misión es la interconexión de la red.
Los sistemas vinculados pueden compartir la electricidad en vastas áreas para que un excedente de energía generado en un lugar pueda satisfacer la demanda en otro. “Más interconexión significa que podemos mover la energía de manera más rápida, más eficiente, más rentable y aprovechar las fuentes de energía bajas en carbono o sin carbono”, dice James Glynn, investigador principal del Centro de Política Energética Global de Columbia. Universidad.
Pero conectar estas redes masivas con muchas partes móviles no es tarea fácil.
Uno de los principales desafíos de interconectar redes es sincronizarlas, que es lo que lograron Ukrenergo, Moldelectrica y ENTSO-E la semana pasada. La sincronización es esencial para compartir la electricidad.
La tarea consiste en alinear las frecuencias de cada instalación de generación de energía en los sistemas de conexión. La frecuencia es como el latido del corazón de la red eléctrica. En toda Europa, las turbinas generadoras de energía giran 50 veces por segundo al unísono casi perfecto.
Para que Ucrania y Moldavia se unieran, sus sistemas tuvieron que ajustarse para que coincidieran con ese ritmo. “No podemos detener el sistema de energía durante una hora y luego intentar sincronizar”, dice Deane. “Esto tiene que hacerse mientras el sistema está funcionando”. Es como saltar a un tren en movimiento o a un juego giratorio en el patio de recreo: el tren o el juego no se detiene, por lo que es mejor que cronometres el salto a la perfección.
Los riesgos persisten
Los riesgos persisten incluso ahora que Ucrania está a bordo. Las redes interconectadas no solo permiten beneficios compartidos; también crean el potencial para problemas compartidos.
Un problema en una parte de la red, como una falla en la planta, podría provocar que un cambio en la frecuencia se propague por toda la red. En el peor de los casos, un generador con capacidades inadecuadas de estabilización de energía podría amplificar el cambio de frecuencia y enviarlo de regreso a la red en general.
“Una vez que interconecta dos sistemas, también tiene el problema de garantizar que el sistema interconectado, más grande y en general, sea tan estable y confiable como el que había antes”, dice Ram Rajagopal, investigador principal del Instituto Precourt para la Energía en la Universidad de Stanford.
Una red que se desincroniza puede dañar los electrodomésticos enchufados, como computadoras portátiles y microondas, e incluso puede dañar las plantas de energía.
Una salvaguarda contra la inestabilidad de la red es inherente a muchos de los activos de Ucrania: la inercia rotacional. Una vez que las turbinas pesadas, como las de las plantas nucleares que componen gran parte del suministro de energía de Ucrania, giran a una determinada frecuencia, se necesita un cambio sustancial y sostenido en la potencia para alterar su rotación.
No se ven afectados por pequeños destellos en la energía generada para girarlos, por lo que su frecuencia permanece estable. Esta inercia ayuda a las centrales eléctricas a amortiguar ligeras variaciones de potencia en lugar de transferirlas al resto de la red. En el caso de una falla importante, se obtienen unos preciosos segundos para que los sistemas de respuesta se activen.
Aún así, ENTSO-E, que representa a 35 países, tenía numerosas preocupaciones sobre la incorporación de Ucrania a su red. Esas preocupaciones se relacionaban no solo con la estabilidad de la red, sino también con cuestiones de mercado, regulatorias, de ciberseguridad y legales.
En conjunto, estos factores fueron una de las principales razones del cronograma original de seis años del proyecto. Algunos expertos pensaron que incluso seis años era una estimación optimista.
Ya interconectada, Ucrania tiene pasos por delante
Ucrania planeó abordar las preocupaciones restantes de ENTSO-E a lo largo de 2022. «La única razón por la que ese año puede interrumpirse es porque ya se ha hecho mucho para confirmar todas las especificaciones técnicas», dice Jayanti.
La autorización de emergencia de este mes para sincronizar permite a Ucrania comprar energía, pero el país aún no puede venderla. Para hacerlo, se requiere que Ucrania instale dispositivos llamados compensadores síncronos estáticos, que mejoran la estabilidad de la energía.
Pueden pasar muchos meses antes de que Ucrania pueda obtenerlos debido a problemas de la cadena de suministro y obstáculos geopolíticos, dice Jayanti. Mientras tanto, para conectar Ucrania, ENTSO-E adoptó salvaguardias adicionales para proteger la red europea.
Incluso con la sincronización de emergencia, es importante gestionar las expectativas, dicen los expertos. “Este nivel de interconexión es relativamente pequeño”, dice Deane. “Es útil, pero no va a reemplazar toda la energía en Ucrania si las plantas de energía fallan”.
Por ahora, la electricidad en Ucrania todavía se está trasladando de las centrales eléctricas a la red de distribución más amplia del país. Si eso cambia, Ucrania puede importar algo de electricidad de ENTSO-E.
La integración total con la red europea probablemente tomará hasta que termine la guerra y Ucrania pueda reconstruirse. “Este es el primer paso de un largo camino. Ese viaje se trata realmente de integrar a Ucrania en el sistema [europeo] más amplio con miras a integrar más energías renovables y compartir recursos”, dice Deane.
Pero esos planes “no irán a ninguna parte hasta que la paz regrese a la región. Es demasiado arriesgado, demasiado peligroso”.
A continuación vea este video explicativo sobre redes inteligentes
Anna Blaustein es periodista científica. Tiene una licenciatura en biología de Bowdoin College y una maestría en escritura científica del Instituto de Tecnología de Massachusetts.