Grid Forming: qué es y por qué está transformando los sistemas eléctricos modernos
Grid Forming es una tecnología de control aplicada a inversores de potencia que permite a una fuente de generación o a un sistema de almacenamiento establecer y mantener de forma autónoma la tensión y la frecuencia de una red eléctrica. A diferencia de los inversores convencionales, que necesitan sincronizarse con una red existente para poder operar, un sistema Grid Forming es capaz de crear una referencia eléctrica propia, actuando como si se tratara de un generador síncrono tradicional.
El desarrollo de la tecnología Grid Forming responde a uno de los mayores retos de la transición energética: la progresiva sustitución de centrales térmicas y grandes grupos síncronos por instalaciones basadas en electrónica de potencia, como plantas fotovoltaicas, parques eólicos y sistemas BESS. A medida que aumenta la penetración de estas tecnologías, disminuye la inercia natural del sistema eléctrico y se hace necesario incorporar nuevos mecanismos capaces de garantizar la estabilidad de la red.
En este contexto, Grid Forming representa una evolución fundamental en el diseño de los sistemas eléctricos modernos. Los inversores con esta capacidad no solo convierten energía en corriente alterna, sino que también pueden regular la tensión, estabilizar la frecuencia, compartir potencia con otros equipos y mantener el funcionamiento de una red incluso cuando desaparece la referencia eléctrica externa.
La importancia de Grid Forming ha crecido de forma notable en los últimos años debido al incremento de proyectos de almacenamiento energético, microredes, sistemas aislados y plantas renovables de gran escala. Organismos internacionales, operadores de sistemas eléctricos y fabricantes de equipos consideran esta tecnología como uno de los pilares que permitirá operar redes con una elevada penetración de energías renovables sin comprometer la seguridad del suministro.
¿Qué significa Grid Forming?
El término Grid Forming puede traducirse como formación de red o creación de red, aunque en el sector energético es habitual utilizar la expresión inglesa debido a su amplia aceptación internacional. Su significado hace referencia a la capacidad de determinados inversores para generar una referencia estable de tensión y frecuencia sobre la que pueden sincronizarse otros equipos conectados a la misma red. En otras palabras, un inversor Grid Forming no necesita que exista previamente una red eléctrica estable para comenzar a funcionar, sino que puede crearla por sí mismo.
Esta diferencia resulta especialmente importante en sistemas eléctricos donde predominan las fuentes renovables basadas en electrónica de potencia. Mientras que las centrales convencionales generan de forma natural una referencia de frecuencia gracias a la masa giratoria de sus alternadores, un sistema Grid Forming reproduce este comportamiento mediante algoritmos avanzados de control implementados en el inversor. Como consecuencia, la tecnología Grid Forming permite que instalaciones renovables y sistemas de almacenamiento desempeñen funciones que hasta hace pocos años solo podían realizar los generadores síncronos convencionales.
¿Cómo funciona un sistema Grid Forming?
El funcionamiento de un sistema Grid Forming se basa en algoritmos de control que permiten al inversor regular directamente la tensión y la frecuencia de salida. En lugar de esperar una referencia procedente de la red eléctrica, el equipo establece sus propios parámetros de funcionamiento y adapta continuamente su respuesta en función de las condiciones del sistema.
Para conseguirlo, el inversor mide de forma permanente variables como la potencia activa, la potencia reactiva, la tensión, la frecuencia y el estado del sistema eléctrico. A partir de esta información, ajusta automáticamente su comportamiento para mantener el equilibrio entre generación y demanda, proporcionando estabilidad incluso durante perturbaciones importantes. Uno de los aspectos más relevantes de Grid Forming es su capacidad para responder de manera prácticamente instantánea a cambios bruscos en la carga o en la generación renovable. Esta velocidad de respuesta permite reducir las desviaciones de frecuencia y mejorar considerablemente la estabilidad dinámica de la red.
En aplicaciones con BESS, el sistema de almacenamiento suministra o absorbe energía según las órdenes del controlador Grid Forming, compensando las variaciones de potencia que puedan producirse en la red. Esta combinación convierte a los sistemas de almacenamiento en uno de los principales impulsores del desarrollo de esta tecnología.
Los algoritmos utilizados por los inversores Grid Forming evolucionan constantemente. Muchos fabricantes incorporan modelos inspirados en el comportamiento de los generadores síncronos, conocidos como Virtual Synchronous Machine (VSM), Virtual Synchronous Generator (VSG) o controles basados en la ecuación de oscilación (Swing Equation), cuyo objetivo es reproducir de forma virtual la inercia electromecánica que tradicionalmente aportaban las grandes centrales eléctricas.
¿Por qué es importante Grid Forming para la transición energética?
La transición hacia un sistema eléctrico basado principalmente en energías renovables está modificando profundamente la forma en la que operan las redes eléctricas.
Durante décadas, la estabilidad del sistema dependió de grandes centrales térmicas, hidroeléctricas y nucleares equipadas con generadores síncronos. Estas máquinas aportaban de manera natural inercia, regulación de frecuencia, potencia de cortocircuito y estabilidad de tensión gracias a su elevada masa rotatoria. Sin embargo, las plantas solares fotovoltaicas, los parques eólicos modernos y los sistemas BESS utilizan inversores electrónicos para conectarse a la red. Estos equipos, conocidos tradicionalmente como Grid Following, necesitan una referencia externa para sincronizarse y, por sí solos, no aportan las mismas características dinámicas que un generador convencional. La tecnología Grid Forming surge precisamente para cubrir esta necesidad. Gracias a ella, las instalaciones renovables pueden asumir funciones esenciales para el funcionamiento del sistema eléctrico, reduciendo la dependencia de centrales convencionales y facilitando una penetración mucho mayor de generación libre de emisiones.
Este cambio resulta especialmente relevante en países donde la participación de la energía solar y la energía eólica continúa creciendo de forma acelerada. En estos sistemas, Grid Forming permitirá mantener la estabilidad de la red incluso cuando una parte muy importante de la generación proceda de fuentes renovables conectadas mediante electrónica de potencia.
Principales aplicaciones de Grid Forming
La tecnología Grid Forming está adquiriendo un papel protagonista en la modernización de los sistemas eléctricos. Su capacidad para formar una red eléctrica estable y proporcionar servicios tradicionalmente asociados a los generadores síncronos hace que su aplicación se extienda a numerosos ámbitos del sector energético.
Las principales aplicaciones de Grid Forming son las siguientes:
- Sistemas BESS (Battery Energy Storage System): Los sistemas de almacenamiento con baterías son actualmente una de las aplicaciones más importantes de la tecnología Grid Forming. Gracias a esta capacidad, un BESS puede regular la frecuencia, controlar la tensión, aportar inercia sintética y responder de forma casi instantánea a perturbaciones en la red, mejorando la estabilidad del sistema eléctrico.
- Plantas solares fotovoltaicas: Cada vez más plantas fotovoltaicas incorporan inversores Grid Forming para cumplir con los nuevos códigos de red y ofrecer servicios avanzados de soporte eléctrico. Estos sistemas permiten que las instalaciones fotovoltaicas contribuyan activamente a la estabilidad de la red, especialmente en sistemas con una elevada penetración de energías renovables.
- Parques eólicos: Los aerogeneradores equipados con convertidores de potencia compatibles con Grid Forming pueden participar en el control de frecuencia y tensión, mejorando el comportamiento dinámico del parque eólico y facilitando su integración en redes eléctricas con baja inercia.
- Microredes (Microgrids): En redes aisladas o capaces de funcionar de forma independiente, un inversor Grid Forming establece la referencia de tensión y frecuencia necesaria para alimentar las cargas sin depender de una red principal. Esta aplicación resulta especialmente útil en islas, explotaciones mineras, instalaciones industriales, hospitales y comunidades remotas.
- Sistemas eléctricos aislados (Island Mode): La tecnología Grid Forming permite mantener el suministro eléctrico cuando una instalación opera de forma aislada debido a una desconexión de la red principal. Durante este modo de funcionamiento, el inversor crea y estabiliza la red local, garantizando la continuidad del servicio.
- Black Start: Una de las aplicaciones con mayor proyección consiste en la capacidad de realizar un Black Start, es decir, restablecer progresivamente el suministro eléctrico tras un apagón total. Los sistemas Grid Forming pueden crear una referencia eléctrica estable desde cero, permitiendo energizar líneas, subestaciones y otros equipos antes de sincronizar nuevamente la red.
- Redes eléctricas con alta penetración renovable: A medida que aumenta la generación procedente de energía solar y eólica, disminuye la presencia de generadores síncronos convencionales. La tecnología Grid Forming permite compensar esta pérdida de inercia natural y mantener la estabilidad del sistema eléctrico, convirtiéndose en un elemento clave para la transición energética.
