Visión General de las Grid-Enhancing Technologies
El panorama energético global atraviesa una profunda transformación, impulsada en gran parte por el imperativo de descarbonizar e integrar una participación creciente de fuentes de energía renovable como la eólica y la solar. Sin embargo, estos cambios introducen desafíos significativos, particularmente en lo que respecta a la flexibilidad y robustez de las redes de transmisión para acomodar la naturaleza intermitente de estas fuentes.
En este contexto, la necesidad de operaciones eficientes, seguras y flexibles en las redes eléctricas se vuelve crítica. El lema norteamericano «no transition without transmission» enfatiza el papel esencial de los sistemas de transmisión modernizados y adaptables en la transición energética.
Muchas de las tecnologías utilizadas en las redes de transmisión fueron desarrolladas hace más de 100 años. Fueron efectivas durante mucho tiempo, pero no fueron diseñadas para manejar la realidad actual, con fuentes de energía renovable que dependen de condiciones inciertas y cuya producción varía con el clima, la hora del día y la estación del año.
Sin una red capaz de adaptarse rápidamente, enfrentamos desperdicio, sobrecargas e inestabilidad. Es por eso que las Grid Enhancing Technologies (GETs) están emergiendo como una alternativa.
Las GETs son soluciones modernas de hardware y software que hacen la red más flexible, eficiente y resiliente, haciendo un mejor uso de la infraestructura existente y reduciendo la necesidad de construir nuevas líneas.
En la edición de febrero de 2025 del Energy Report, se presentó una visión general de los avances de las GETs, incluyendo FACTs, Dynamic Line Rating, baterías, etc., y se propusieron lineamientos para incorporarlas a la planificación del sistema de transmisión, con el fin de hacerlo más confiable, flexible y económico.
Este artículo profundiza en un estudio de caso fundamental que ilustra cómo estas soluciones innovadoras pueden reconfigurar la infraestructura energética en Colombia. El estudio demuestra cómo los avances tecnológicos y la planificación estratégica son cruciales para construir una infraestructura energética más resiliente y adaptable.
La metodología aplicada en este estudio de caso aprovechó herramientas analíticas avanzadas y técnicas de modelado para abordar las complejidades de integrar nuevas tecnologías en la planificación y operación del sistema eléctrico.
Incorporando GETs en modelos de planificación y operación
Las GETs pueden desempeñar un papel importante en la modernización del sector eléctrico. Por lo tanto, es esencial incluir tanto los equipos tradicionales como las GETs en el mismo portafolio de análisis de planificación y decidir qué equipo (o combinación de equipos) aporta la mejor relación costo-beneficio al sistema.
A su vez, estas mejoras en el proceso de planificación requieren invertir en nuevas metodologías y métodos de análisis más sofisticados. Sobre este tema, PSR ha estado trabajando en tres frentes en sus modelos y estudios de planificación de la transmisión.
1. Modelado Operativo
El modelo de operación estocástica SDDP incluye una representación detallada de las redes de transmisión, incorporando pérdidas y despacho óptimo con restricciones de seguridad.
Adicionalmente, equipos avanzados como baterías, Dynamic Line Rating (DLR) y FACTS se integran al modelo para simular su impacto y optimizar la operación del sistema considerando las restricciones de transmisión.
Para el DLR, mediante la integración con el Time Series Lab (TSL), se generan escenarios de capacidad para líneas de transmisión basados en el trayecto geográfico real de cada circuito.
2. Selección de Candidatos
Se desarrollaron metodologías para estimar el beneficio marginal de cada tecnología y filtrar los mejores candidatos.
Esto evita analizar un número inmanejable de combinaciones de equipo-ubicación, seleccionando solo aquellas con relaciones beneficio-costo favorables.
3. Modelo de Planificación
Un modelo de planificación basado en la descomposición de Benders se utiliza para elegir el conjunto óptimo de inversiones, equilibrando los ahorros operativos con los costos de capital.
El esquema de descomposición permite el uso de algoritmos de optimización separados para el módulo de inversión y el módulo de operación, y aprovecha las características operativas del SDDP.
Este proceso compara las GETs con otras soluciones tradicionales para identificar el plan de expansión de la transmisión más costo-efectivo.
Estos métodos y metodologías han sido aplicados en estudios de países con fuerte crecimiento y penetración de renovables, como Colombia, México, Ecuador, América Central, Bolivia y Brasil. Los resultados de un estudio de caso con el sistema colombiano se presentan a continuación.
Estudio de Caso: Expansión Flexible de la Transmisión en Colombia
El objetivo principal de este estudio de caso fue determinar un plan de expansión de la transmisión para la red de transmisión colombiana considerando equipos convencionales y GETs (baterías y FACTs).
El enfoque involucró un análisis detallado del sistema, utilizando:
- SDDP
- selección de candidatos para FACTs y Baterías
- y el modelo de planificación por descomposición de Benders
para evaluar las necesidades de infraestructura de transmisión del país hasta 2035.
En este estudio, la planificación óptima consideró un equipo FACTS de tipo SSSC, además de equipos convencionales (líneas y subestaciones), para resolver los problemas de restricción de red en este horizonte.
Al final de la expansión, se logró una reducción de aproximadamente el 8% en términos de costos operativos y de inversiones.
Las imágenes siguientes ilustran la operación de uno de los SSSCs seleccionados en este estudio de planificación.
La primera imagen representa el flujo de potencia en una determinada región de la red de transmisión de 230 kV sin el SSSC. En este caso, el flujo sigue las flechas rojas desde la subestación La Mesa hacia la subestación San Mateo para abastecer las cargas industriales del área.
Sin embargo, existe un problema de congestión a lo largo de esta sección de la red de 230 kV que podría resultar en corte de carga.
La segunda imagen muestra la operación del SSSC seleccionado por el modelo de planificación para abordar este problema.
Un SSSC fue instalado en la línea de transmisión La Mesa – Balsilla y opera de tal manera que, durante los períodos de congestión (como se vio en la imagen anterior), el flujo de potencia se redirige hacia líneas de transmisión de 230 kV con menor carga, como se indica mediante las flechas rojas en la segunda imagen.
Esto garantiza el suministro confiable de energía a la región de San Mateo y permite la continuidad del servicio a los consumidores locales.
Por lo tanto, la instalación del equipo FACTS en el anillo superior de la línea San Mateo–Nueva Esperanza redirigió con éxito el flujo de potencia y postergó la necesidad de duplicación convencional de la línea de transmisión.
Este estudio de caso demostró cómo las intervenciones tecnológicas dirigidas pueden generar beneficios operativos y financieros sustanciales, ofreciendo una solución inteligente para gestionar las restricciones de red mientras se postergan costosas inversiones en infraestructura.
Conclusiones
El éxito de la transición energética está intrínsecamente ligado a la modernización de la planificación y la operación de la transmisión.
Las Grid-Enhancing Technologies (GETs) ofrecen una oportunidad única para desbloquear todo el potencial de la infraestructura existente, habilitando un sistema eléctrico más inteligente, confiable y flexible.
Para realizar plenamente estos beneficios, es esencial adoptar metodologías y herramientas de planificación avanzadas capaces de capturar el valor de estas tecnologías.
A medida que el sector eléctrico evoluciona, la integración de las GETs en los procesos de planificación será clave para construir una red resiliente, costo-efectiva y sostenible que atienda tanto las necesidades actuales como los desafíos futuros.
Los estudios de caso de las GETs en Colombia subrayan el papel crítico que las tecnologías innovadoras desempeñan en la habilitación de la transición energética y cómo estos equipos pueden formar parte de un análisis de planificación de la transmisión.
En este caso, la integración estratégica de los Sistemas Flexibles de Transmisión en Corriente Alterna (FACTS) ha demostrado los beneficios tangibles de mejorar la flexibilidad de la red, optimizar la utilización de los recursos y mejorar la confiabilidad general del sistema.
En conclusión, la integración de las GETs y el desarrollo de redes flexibles, resilientes e interconectadas serán esenciales para habilitar un futuro energético sostenible y confiable.
El estudio de caso colombiano sirve como un valioso ejemplo de cómo estas GETs pueden incorporarse a las metodologías de planificación de la transmisión para abordar los desafíos de la transición energética, garantizando que los sistemas sean capaces de acomodar una demanda creciente y mayores participaciones de energía renovable en los próximos años.
Estas iniciativas no solo ofrecen beneficios operativos inmediatos, sino que también preparan el terreno para un sistema energético más seguro, eficiente y descarbonizado en el futuro.
