¿Puede un sistema de almacenamiento de energía (BESS) mejorar la estabilidad de los sistemas eléctricos aislados?

Conceptos fundamentales de los sistemas de almacenamiento de energía por baterías (BESS) para la estabilidad fuera de la red

¿Por qué los sistemas fuera de la red son vulnerables? Falta de inercia de la red y capacidad limitada de sobrevivencia ante fallos

Los sistemas independientes de la red no cuentan con el mismo tipo de inercia rotacional que proviene de esos grandes generadores giratorios presentes en las redes eléctricas convencionales. Esta inercia actúa como una especie de amortiguador para el sistema, ayudando a mantener la estabilidad ante cambios repentinos de la demanda o caídas inesperadas de la generación. Cuando este amortiguamiento natural no está presente, pequeños problemas pueden descontrolarse rápidamente, provocando variaciones peligrosamente rápidas en los niveles de frecuencia. Lo que agrava aún más la situación es que muchas instalaciones aisladas de la red tienen dificultades para cumplir con lo que se denomina capacidad de sobrevivencia ante fallos (fault ride through). Los protocolos de seguridad estándar suelen desconectar los inversores o cortar la alimentación a ciertas cargas ante cualquier caída de tensión o fluctuación breve de la frecuencia, en lugar de mantener el funcionamiento de todo el sistema lo mejor posible. Esto resulta especialmente problemático en zonas remotas, donde simplemente no existen fuentes alternativas de energía disponibles en las proximidades. Como consecuencia, estas pequeñas perturbaciones suelen convertirse en apagones totales. Debido a todas estas debilidades inherentes, es necesario incorporar medidas especiales de estabilización desde la fase inicial, si queremos garantizar que las operaciones aisladas de la red sigan siendo fiables y robustas a lo largo del tiempo.

Capacidades fundamentales del BESS: respuesta rápida, flujo de potencia bidireccional y desplazamiento temporal de la energía

Los sistemas BESS abordan estos problemas de tres maneras principales que realmente marcan la diferencia. Lo primero que cabe destacar es su rapidez de respuesta: en la mayoría de los casos, reaccionan en menos de 100 milisegundos. Esta velocidad les permite inyectar o absorber potencia de forma instantánea cuando la frecuencia comienza a desviarse de su valor nominal, evitando así una posible inestabilidad del sistema antes de que esta se salga de control. Otra característica clave es su capacidad para transferir potencia en ambas direcciones: es decir, alternar sin interrupciones entre carga y descarga en tiempo real, lo que contribuye a equilibrar las fluctuaciones de las fuentes de energía renovable frente a las variaciones en la demanda de los consumidores. Por último, está la capacidad de almacenar energía excedente generada por paneles solares o turbinas eólicas durante los periodos en que la demanda eléctrica es baja. Esta energía almacenada resulta muy útil durante las horas punta o cuando no hay viento ni sol. Según una investigación reciente de 2023 realizada conjuntamente por el Microgrid Institute y el NREL, este enfoque reduce el uso de generadores diésel en comunidades aisladas con sus propias microrredes en aproximadamente un 30 % a un 50 %.

Estabilización de frecuencia y tensión impulsada por sistemas de almacenamiento de energía (BESS)

Inercia sintética y control de caída de tensión: Compensación de microrredes dominadas por inversores

Las microredes basadas en inversores están volviéndose más comunes, especialmente en zonas donde las energías renovables dominan la configuración fuera de la red. Estos sistemas carecen de la inercia rotacional natural que poseen las redes tradicionales, por lo que son particularmente vulnerables a cambios bruscos de frecuencia cuando existe un desequilibrio entre la energía generada y la consumida. Los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías (BESS) contribuyen imitando lo que denominamos «inercia sintética». Básicamente, la electrónica de potencia detecta esos cambios de frecuencia —conocidos como RoCoF (tasa de cambio de frecuencia)— y, a continuación, inyecta o extrae potencia del sistema a gran velocidad, reduciendo la tasa de RoCoF en más de la mitad comparado con sistemas sin control. Existe asimismo un mecanismo denominado «control de caída» (droop control), que permite que distintas fuentes de energía compartan automáticamente la carga. Si la frecuencia disminuye, las baterías liberan energía almacenada para estabilizar el sistema; cuando hay exceso de potencia, en cambio, la absorben. Todas estas funciones actúan conjuntamente para emular el comportamiento de las antiguas máquinas síncronas, manteniendo el funcionamiento estable incluso ante desconexiones repentinas de generadores o variaciones súbitas de la carga, y todo ello sin necesidad, en la mayor parte de los casos, de intervención manual.

Soporte dinámico de potencia reactiva y regulación activa de tensión mediante el sistema de gestión de baterías (BESS EMS)

La inestabilidad de voltaje sigue afectando a muchos sistemas aislados que dependen en gran medida de fuentes renovables como la energía eólica y solar. Los reguladores tradicionales de voltaje simplemente no están diseñados para manejar los cambios rápidos que experimentan estos sistemas. Los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías (BESS, por sus siglas en inglés) combinados con sofisticados sistemas de gestión energética (EMS, por sus siglas en inglés) resuelven eficazmente este problema. Estos sistemas ofrecen soporte dinámico de potencia reactiva que funciona de forma independiente al flujo habitual de potencia. El EMS supervisa constantemente lo que ocurre en la red y puede inyectar, casi de forma instantánea, potencia reactiva capacitiva o inductiva (VARs) para corregir problemas como caídas de voltaje, sobretensiones o formas de onda anómalas. Durante caídas repentinas en la producción solar o ráfagas intensas de viento, el sistema actúa como amortiguador de potencia reactiva. Asimismo, filtra armónicos indeseados y se ajusta automáticamente para mantener el voltaje estable dentro de aproximadamente un 2 % de los niveles normales, sin necesidad de arrancar generadores diésel de respaldo. Según informes del Comité de Microredes de la IEEE PES, estas características reducen los cortes de energía relacionados con el voltaje en torno al 70 %. Además, mantener la estabilidad del sistema prolonga la vida útil de los equipos sensibles, ya que no sufren estrés por fluctuaciones constantes.

Resiliencia Operativa: Desde el Aplanamiento de PicOS hasta el Arranque en Negro

Equilibrio de Carga y Evitación del Generador Diésel mediante la Gestión Inteligente del Sistema de Almacenamiento de Energía de Baterías (BESS)

Cuando la producción de energía renovable aumenta y disminuye, y la demanda de electricidad fluctúa de forma impredecible, se generan problemas reales para los sistemas aislados de la red, especialmente aquellos que aún dependen en gran medida de generadores diésel para la alimentación de respaldo. Los sistemas de almacenamiento de energía mediante baterías (BESS, por sus siglas en inglés) abordan estos problemas mediante algoritmos inteligentes capaces de predecir cuándo almacenar o liberar energía, lo que ayuda a suavizar esas curvas de carga extremas en un 60 %, e incluso hasta un 80 %, comparado con lo que ocurre sin dichos sistemas. Estos sistemas absorben el exceso de electricidad generado por paneles solares o turbinas eólicas cuando hay una sobreproducción, y luego inyectan esa energía de nuevo en la red cuando la demanda experimenta picos. Esto significa que las empresas no tienen que mantener sus costosos generadores diésel funcionando continuamente solo para garantizar niveles estables de potencia. Una empresa minera observó que sus facturas anuales de combustible disminuyeron aproximadamente en 700 000 dólares estadounidenses tras instalar un BESS, y logró reducir el tiempo de funcionamiento de los motores diésel al 8 % de lo que era anteriormente, manteniendo al mismo tiempo un funcionamiento fluido de las operaciones esenciales. La capacidad de supervisar el consumo energético en tiempo real y ajustar los horarios en consecuencia también implica que los generadores no se encienden ni se apagan con tanta frecuencia, lo que, de hecho, prolonga su vida útil y asegura la disponibilidad de suficiente potencia de respaldo durante períodos más prolongados en caso de fallo.

Capacidad de arranque en negro: Restauración de infraestructura crítica fuera de la red sin ayuda externa

Los sistemas aislados pueden fallar completamente en ocasiones, pero los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (SAEB) ofrecen una característica especial denominada capacidad autónoma de arranque en negro. Estos sistemas pueden restablecer la energía en infraestructuras críticas de forma totalmente independiente, sin necesidad de apoyo externo de la red eléctrica ni de que alguien inicie manualmente los generadores. Las unidades diésel tradicionales requieren numerosos pasos, como el cebado del combustible, el giro de los motores y la sincronización adecuada de todos los componentes. Los SAEB evitan toda esa complejidad y proporcionan, casi de forma instantánea, una tensión y una frecuencia estables, lo que permite reiniciar los controladores de microredes y restablecer progresivamente las cargas prioritarias. Tomemos un ejemplo real en un hospital ubicado lejos de las grandes ciudades: tras un apagón total, el SAEB volvió a poner en funcionamiento las luces quirúrgicas y los sistemas de soporte vital en tan solo 28 segundos. ¿Cómo funciona esto? El proceso comienza reconectando las comunicaciones de control, luego alimenta lo que denominamos cargas esenciales (normalmente menos del 10 % de la capacidad total) y, finalmente, vuelve a conectar los activos locales de generación. Los modelos más recientes de SAEB incorporan funciones como circuitos pre-cargados, detección integrada de isla y firmware reforzado, lo que los hace fiables incluso cuando están profundamente descargados. Todas estas mejoras reducen significativamente la dependencia de los suministros de combustible y acortan drásticamente los tiempos de reinicio: de varias horas se pasa a un máximo de aproximadamente dos minutos.

Sección de Preguntas Frecuentes

¿Qué es BESS?

Los sistemas de almacenamiento de energía de baterías (BESS, por sus siglas en inglés) son tecnologías que almacenan energía para su uso posterior, ayudando a estabilizar los sistemas de suministro eléctrico y equilibrar la demanda con la generación.

¿Por qué son vulnerables los sistemas aislados?

Los sistemas aislados carecen de inercia de red y, con frecuencia, presentan dificultades para soportar fallos (capacidad de «ride-through»), lo que provoca inestabilidad eléctrica frecuente y cortes de suministro.

¿Cómo contribuye el BESS a la estabilización de los sistemas aislados?

El BESS ofrece una respuesta rápida, flujo de potencia bidireccional y desplazamiento temporal de la energía, lo que ayuda a estabilizar la frecuencia y el voltaje, y reduce la dependencia de los generadores diésel.

¿Qué es la capacidad de arranque en frío («black start»)?

La capacidad de arranque en frío («black start») se refiere a la habilidad del BESS para restablecer de forma autónoma el suministro eléctrico en infraestructuras críticas aisladas, sin necesidad de ninguna ayuda externa.