La grilla necesita cambiar.Para electrificar todo, desde vehículos hasta sistemas de calefacción y estufas, elLa red estadounidense debe expandirse aproximadamente un 57%y ser más flexible también.La energía solar y la eólica son las renovablesEs más probable que dominen una futura red de energía limpia..Pero se encuentran principalmente en áreas remotas, lejos de los centros que necesitan su energía.

Y eso es un problema.El sistema de transmisión actual simplemente no está diseñado para absorber toda esa energía remota.Las ráfagas de energía en un día especialmente soleado en el desierto podrían causar fallas en la red (pequeños fallos que pueden propagarse y causar cortes) o sobrecargar las líneas eléctricas.

Pero ¿y si pudiéramos controlar mejor dónde y cómo?energía solar¿O toda nuestra energía fluye dentro del sistema de distribución para que podamos equilibrar toda esa energía?En eso está trabajando un equipo de expertos del Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL), la Universidad Estatal de Florida y la Universidad Estatal de Ohio.

Durante los últimos cuatro años, el equipo construyó un banco de pruebas para estudiar y perfeccionar un tipo de tecnología de red completamente nuevo, que podría ayudar a los operadores de red a regular mejor cómo y dónde fluye la electricidad.El dispositivo, llamado convertidor de media tensión espalda con espalda, podría hacer eso con una fracción del peso y costo de la tecnología que podría reemplazar.

"Este es un tipo de equipo completamente nuevo que abre una forma completamente nueva para que una empresa de servicios públicos administre 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".

Mather lidera este proyecto, que fue financiado en parte por el Departamento de Energía de EE. UU. y se conoce como proyecto de desarrollo, banco de pruebas y análisis de aplicaciones de red para carburo de silicio de media tensión, o GADTAMS.GADTAMS concluyó en diciembre de 2023. Pero los éxitos del proyecto, que incluyen un prototipo único en su tipo y un banco de pruebas completamente funcional para estudiar y mejorar estas novedosas tecnologías de red, podrían ayudar a que la red estadounidense evolucione.

Los beneficios de los convertidores de potencia de media tensión.

La electricidad de media tensión es la que bombea a través de las líneas eléctricas fuera de tu ventana, a menos que vivas en Europa.

"La red de Estados Unidos es... Bueno, es un poco única", dijo Mather."Tenemos lo que se llama distribución de media tensión que llega bastante cerca de nuestros clientes".

Hoy en día, los dispositivos de la red llamados transformadores convierten esa electricidad de voltaje medio en un voltaje más alto, para que pueda atravesar líneas eléctricas de alta velocidad, o en un voltaje más bajo, para que pueda ingresar de manera segura a nuestros hogares.

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 retiran el árbol.

Genial.Pero podemos hacerlo mejor.

Reemplace un transformador con un convertidor consecutivo y la energía se puede redirigir automáticamente, lo que reduce los tiempos de apagón.Además, los transformadores son engorrosos, un poco costosos y, debido a las inestables cadenas de suministro, algunos pueden tardar hasta dos años en llegar.Los convertidores consecutivos tienen aproximadamente una quinta parte del tamaño y una décima parte del peso de los sistemas de bajo voltaje basados ​​en transformadores.

"Si podemos realizar una conversión directa de media tensión", dijo Mather, "entonces podremos deshacernos de ese transformador por completo".

Compartir el poder no sólo es beneficioso en las emergencias.Muchos de los paneles solares actuales para 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.

El primer banco de pruebas para estudiar de forma segura la tecnología de media tensión

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 construir ni estudiar dispositivos de media tensión.

"La lista de verificación para los procedimientos de arranque, operación y apagado tuvo que escribirse y reescribirse", dijo Ramanathan Thiagarajan, ingeniero de investigación del NREL (que se hace llamar "Ram").

En el Centro de Integración de Sistemas Energéticos del NREL, el equipo construyó minuciosamente una réplica del tipo de sistema eléctrico que podría beneficiarse de sus convertidores de media tensión.La seguridad, tanto para la tripulación como 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 encerrado por una valla negra aproximadamente tan alta como un hombre promedio (pero más baja que LeBron James).En el interior, los cables aislados serpentean desde los convertidores, que se parecen un poco a las estanterías, hasta los gabinetes de metal gris o se encuentran en ordenadas bobinas a lo largo de los estantes.

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 espalda con espalda 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 oleada de electricidad demasiado potente.

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

Y funcionó.Luego, el equipo pudo ver qué tan bien controlaba el flujo de electricidad su sistema y si era necesario realizar algún cambio.A continuación, planean abrir su banco de pruebas a más investigaciones sobre cómo los dispositivos de media tensión podrían ayudar alredadaptarse 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 dedicada a la electrónica de potencia de media tensión.

"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.

"Estamos muy contentos de tener este banco de pruebas ahora, no sólo para este proyecto GADTAMS sino también para el futuro", continuó Mather."Es básicamente un lugar para el desarrollo de la electrónica de potencia de media tensión".