Convertidores de media tensión:una alternativa rentable a los transformadores de red

Electrónica de Potencia INSIDER

Los convertidores de media tensión podrían ofrecer una forma más asequible y eficiente de transportar electricidad desde las centrales eléctricas hasta los hogares y las empresas. El nuevo banco de pruebas del NREL podría ayudar a avanzar en estas tecnologías prometedoras. (Imagen:Josh Bauer, NREL).

Para electrificar todo, desde vehículos hasta sistemas de calefacción y estufas, la red estadounidense debe expandirse aproximadamente un 57% y también volverse más flexible. La energía solar y la eólica son las energías renovables que tienen más probabilidades de 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.

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

"Este es un nuevo tipo de equipo que abre una forma completamente nueva para que una empresa de servicios públicos gestione sus sistemas de distribución", dijo Barry Mather, investigador del NREL. "Se podrían poner en un circuito niveles mucho más altos de recursos energéticos distribuidos si se tuviera este dispositivo adicional dentro del sistema".

"La red de Estados Unidos no es única", dijo Mather. "Tenemos una distribución de media tensión que llega bastante cerca de nuestros clientes". Los alimentadores de media tensión llevan energía a un transformador local que la reduce a los niveles domésticos estándar de 208/120 voltios.

Digamos que la rama de un árbol cae sobre una línea eléctrica, cortando la electricidad a un vecindario. Hoy en día, un trabajador de servicios públicos puede abrir y cerrar interruptores en un transformador para mover energía desde una línea cercana a la interrumpida y restaurar al menos parte de la energía mientras los trabajadores quitan el árbol. Pero si podemos reemplazar un transformador con un convertidor consecutivo, la energía podría redirigirse automáticamente, reduciendo los tiempos de apagón.

Compartir el poder no sólo es beneficioso en las emergencias. Muchos de los paneles solares actuales en tejados deben convertir primero su energía a voltajes bajos y luego a voltaje medio. Con los convertidores de media tensión, esa energía puede evitar obstáculos innecesarios.

"Es una especie de arbitraje de poder en todo el sistema de distribución", dijo Mather. "Permite mitigar muchos de los impactos de los recursos distribuidos, específicamente la energía solar".

En resumen, los convertidores de media tensión podrían ayudar a las empresas de servicios públicos a controlar de forma segura cómo y dónde se mueve la electricidad a través de las redes locales. Y eso podría ayudar a que una futura red de energía limpia sea resiliente y confiable.

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

Pero no es fácil construirlos ni estudiarlos. "La lista de verificación para los procedimientos de arranque, operación y apagado tuvo que escribirse y reescribirse", afirmó Ramanathan Thiagarajan, ingeniero de investigación del NREL.

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

Los socios académicos del equipo construyeron un prototipo:un convertidor de potencia basado en carburo de silicio de 10 kilovoltios que está diseñado para funcionar en paralelo con su gemelo. Cuando los investigadores estuvieron listos para conectar el prototipo a su réplica de red, aumentaron el voltaje poco a poco hasta alcanzar el rango de voltaje medio. El prototipo era demasiado valioso (y caro) para correr el riesgo de dañarlo con una sobretensión.

"Llegamos al rango de 5 kilovoltios", dijo Mather. "No es una cifra enorme, pero es más alta de lo que nadie ha operado".

A continuación, planean abrir su banco de pruebas a más investigaciones sobre cómo los 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 energía 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 personas interesadas en esto.

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