Convertidores de Media Tensión: Alternativa Rentable a Transformadores de Red

Electrónica de Potencia INSIDER

Los convertidores de media tensión podrían ofrecer una forma más asequible y eficiente de transportar electricidad desde plantas de energía a hogares y negocios. El nuevo banco de pruebas de NREL podría ayudar a avanzar estas tecnologías prometedoras. (Imagen: Josh Bauer, NREL).

La red debe expandirse y flexibilizarse

Para electrificar todo, desde vehículos hasta sistemas de calefacción y estufas, la red de EE. UU. debe expandirse en aproximadamente un 57% y volverse más flexible también. La energía solar y eólica son las renovables más propensas a dominar una futura red de energía limpia. Pero se encuentran principalmente en áreas remotas, lejos de los centros que necesitan su energía, lo que supone una carga para el sistema de transmisión.

Banco de pruebas para convertidores back-to-back

Durante los últimos cuatro años, el equipo de NREL ha construido un banco de pruebas para estudiar convertidores back-to-back de media tensión (1 kV a 35 kV), que podrían reemplazar transformadores de media tensión a una fracción del peso y coste.

"Este es un nuevo tipo de equipo que abre una forma totalmente nueva para que una utility gestione sus sistemas de distribución", dijo Barry Mather, investigador en NREL. "Niveles mucho más altos de recursos energéticos distribuidos podrían ponerse en un circuito si tuvieras este dispositivo extra dentro del sistema."

"La red de EE. UU. es un poco única", dijo Mather. "Tenemos distribución de media tensión que termina bastante cerca de nuestros clientes." Los alimentadores de media tensión llevan energía a un transformador local que la reduce a niveles domésticos estándar de 208/120 voltios.

Redirección automática de energía ante fallos

Digamos que una rama de árbol cae sobre una línea eléctrica, cortando la electricidad a un vecindario. Hoy, un trabajador de la utility puede abrir y cerrar interruptores en un transformador para mover energía de una línea cercana a la interrumpida y restaurar al menos algo de energía mientras los trabajadores quitan el árbol. Pero si podemos reemplazar un transformador con un convertidor back-to-back, la energía podría redirigirse automáticamente, reduciendo tiempos de corte.

Arbitraje de energía en la distribución

El intercambio de energía no es solo beneficioso en emergencias. Muchos de los paneles solares en tejados actuales deben convertir primero su energía a baja tensión y luego a media tensión. Con convertidores de media tensión, esa energía puede saltarse un obstáculo innecesario.

"Es una especie de arbitraje de energía a través del sistema de distribución", dijo Mather. "Te permite mitigar muchos de los impactos de los recursos distribuidos, específicamente solar."

En resumen, los convertidores de media tensión podrían ayudar a las utilities a controlar de forma segura cómo y dónde se mueve la electricidad a través de redes locales. Y eso podría ayudar a hacer una futura red de energía limpia tanto resiliente como fiable.

Tecnología naciente que requiere pruebas exhaustivas

Los convertidores de media tensión son aún una tecnología relativamente nueva. Eso significa que deben someterse a pruebas exhaustivas para asegurar que son eficientes, asequibles y lo suficientemente seguros para introducirse en la red eléctrica de EE. UU.

Pero no es fácil construirlos o estudiarlos. "La lista de verificación para procedimientos de arranque, operación y parada tuvo que escribirse y reescribirse", dijo Ramanathan Thiagarajan, ingeniero de investigación en NREL.

Para el banco de pruebas de NREL, el equipo construyó una réplica del tipo de sistema de energía que podría beneficiarse de sus convertidores de media tensión. La seguridad —para el equipo pero también el prototipo— fue la prioridad principal del equipo. Todo el banco de pruebas, que ocupa un espacio del tamaño de un autobús urbano, está encerrado en una valla negra.

Los socios académicos del equipo construyeron un prototipo: un convertidor de potencia de 10 kilovoltios basado en carburo de silicio diseñado para trabajar back-to-back con su gemelo. Cuando los investigadores estaban listos para conectar el prototipo a su réplica de red, subieron el voltaje poco a poco hasta alcanzar el rango de media tensión. El prototipo era demasiado valioso (y costoso) para arriesgar dañarlo con una sobretensión.

"Llegamos al rango de 5 kilovoltios", dijo Mather. "No es un número masivo, pero es más alto que nadie más ha operado."

Próximos pasos: hidrógeno y voltajes más altos

Luego, planean abrir su banco de pruebas a más investigación sobre cómo dispositivos de media tensión podrían ayudar a la red a adaptarse o depender del hidrógeno como otra fuente de energía limpia. El equipo de NREL también espera alcanzar voltajes aún más altos en una instalación completamente nueva. "La conversión de potencia de media tensión en general parece que su día se acerca rápidamente", dijo Mather. "Vamos a ver más y más aplicaciones y más y más gente interesada en esto."

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