La isla Samish, en Washington, se extiende entre la bahía de Padilla y la bahía de Samish en el estrecho de Puget. Una única línea de distribución, mantenida por Puget Sound Energy, conecta esta aislada comunidad costera con la red eléctrica principal.
En 2017, Bob Pavia, propietario de una vivienda en la isla Samish, envió un correo electrónico a PSE tras encontrar un contacto en su sitio web. Propuso la idea de instalar una microrred solar para proporcionar energía de respaldo a la estación de bomberos de la isla. “Los habitantes [de la isla Samish] ya contaban con paneles solares”, explicó. “Pregunté cómo podríamos usar esa energía solar para ayudar a PSE a mantener en funcionamiento la estación de bomberos”.Pavia ya había hablado del concepto con el jefe de bomberos Michael Collins, quien apoyó la idea. El jefe Collins es residente desde 1981, y había experimentado muchas interrupciones de servicio y, como jefe del cuerpo de bomberos voluntarios, comprendía la necesidad de contar con un suministro eléctrico de respaldo fiable. PSE respondió positivamente.“Estaban abiertos a la idea”, dijo Pavia. “Una de sus primeras preguntas fue si la comunidad de la isla Samish lo apoyaría”. Sin dudarlo, Pavía les dijo que sí.Joe Do, ingeniero principal de PSE y líder técnico del proyecto de la isla Samish, explicó: "Buscábamos una comunidad que demostrara el uso de energía limpia al tiempo que aumentaba la resiliencia de nuestro sistema". Una microrred con sistemas de control avanzados y generación fotovoltaica (FV) podría satisfacer las necesidades tanto de la comunidad como de la empresa eléctrica.Do concibió el proyecto de la isla Samish como una prueba de concepto para futuras microrredes de PSE: un modelo escalable para guiar iniciativas similares. La empresa eléctrica ya había priorizado la integración de recursos energéticos distribuidos y microrredes como parte de su estrategia de modernización de la red, en consonancia con la Ley de Transformación de Energía Limpia del Estado de Washington (CETA).
“Una vez que decidimos tener un controlador de microrred escalable, la siguiente pregunta fue: dado que no tenemos todas las habilidades para implementarlo nosotros mismos, ¿a quién recurrimos?” Dijo Do. “Naturalmente, SEL fue la empresa elegida para sus servicios de ingeniería, así como para la plataforma de control”. PSE llevaba años trabajando con SEL, integrando productos y soluciones en toda su red eléctrica. La microrred de la isla Samish requería automatización y una plataforma segura y fiable; PSE confiaba en que la colaboración con SEL proporcionaría una solución adaptada a las necesidades de la isla.
Mantener la infraestructura crítica en funcionamiento
PSE y SEL comenzaron a trabajar en una solución personalizada. El proyecto de microrred de la isla Samish incluyó sistemas fotovoltaicos en los tejados de tres viviendas, incluida la de Pavia, y un conjunto de 8 kW instalado en tierra detrás de la estación de bomberos.Durante la etapa de desarrollo, Gabe Berbig, un ingeniero de automatización de sistemas de protección especial para Servicios de Ingeniería SEL (ES), se unió al proyecto. Determinó la solución óptima para coordinar la microrred, la batería y el sistema fotovoltaico con la red principal, que incluía un Sistema de control y gestión de energía SEL powerMAX construido alrededor de un Controlador de automatización en tiempo real (RTAC) SEL-3555.SEL powerMAX es una plataforma de gestión de microrredes compuesta por relés de protección, controladores, software, ciberseguridad y procesamiento lógico. La plataforma de automatización RTAC actúa como el cerebro de la solución, proporcionando el procesamiento lógico para coordinar todos los elementos del sistema y monitoreando continuamente la conexión a la red, la carga del sistema y el estado de la batería.
“Nos decidimos por utilizar la solución SEL RTAC como controlador de la microrred porque admite una gran variedad de lenguajes de comunicación y es un dispositivo OT seguro que se integra bien con nuestros requisitos de seguridad.”
Para programar el RTAC, Berbig estudió el sistema de almacenamiento de baterías KORE Power de 50 kW/332 kWh que PSE seleccionó para el proyecto. El sistema de almacenamiento de baterías incluye un inversor y varias baterías de litio. “Los inversores funcionan de forma diferente a los generadores, y hay muchas maneras de aprovechar esa flexibilidad”, afirmó.La solución SEL powerMAX también ofrece flexibilidad para diferentes casos de uso. En condiciones normales de funcionamiento, la red principal de PSE suministra energía a los residentes de la isla Samish. Cualquier excedente de energía fotovoltaica generado por las tres viviendas y la estación de bomberos conectadas a la microrred alimenta la batería para mantener la carga y proporcionar energía de respaldo durante una emergencia. powerMAX también permite que el sistema transmita la generación fotovoltaica a la red principal para complementar el suministro eléctrico durante los periodos de máxima demanda.Cuando ocurre una falla en la línea principal, Control avanzado de restaurador SEL-651R dispara el restaurador PSE en el punto de acoplamiento común (PCC). powerMAX transfiere sin interrupciones las viviendas y la estación de bomberos al modo isla, lo que permite que la microrred funcione de forma independiente y mantenga el equilibrio de carga en tiempo real en menos de un ciclo. powerMAX también garantiza la estabilidad mediante la monitorización continua del sistema, tanto en el lado de la microrred como en el de la empresa eléctrica.
Los equipos de PSE y SEL diseñaron una solución personalizada que incluye varias baterías KORE Power para almacenar energía, un reloj de red sincronizado por satélite SEL-2488 para una sincronización precisa, una puerta de enlace de seguridad Ethernet SEL-3620 y varios RTAC. Un control de reconectador SEL-651R se comunica con un reconectador y con el sistema de control de la microrred para permitir la transición al modo isla y la resincronización con la red.
Durante las interrupciones de servicio, la microrred abastece de energía a las tres viviendas y a la estación de bomberos utilizando la energía almacenada en el sistema de baterías, mientras que el sistema fotovoltaico continúa inyectando el exceso de energía en la microrred para ayudar a mantener la carga de las baterías. El sistema envía alertas por correo electrónico y mensajes de texto a los hogares y a la estación de bomberos con información actualizada sobre el estado del sistema y los niveles de batería.“Mientras persiste la interrupción de servicio, se siguen enviando alertas para informar a los residentes sobre el estado de la batería, de modo que puedan reducir la carga de forma proactiva para prolongar la autonomía de la batería”, dijo Barr. Una vez que PSE restablece el suministro eléctrico, el sistema de control de la microrred sincroniza automáticamente y sin interrupciones las viviendas y la estación de bomberos con la red principal. Mediante el uso de relés SEL y el RTAC, powerMAX ajusta el voltaje, la frecuencia y el ángulo de fase para evitar daños en los equipos y garantizar una reconexión segura. powerMAX inicia el cierre del interruptor en el PCC, lo que restablece de forma segura la conexión a la red eléctrica sin interrumpir el suministro eléctrico a las viviendas ni a la estación de bomberos.
Las pruebas de laboratorio y las realizadas en el lugar ofrecen amplias ventajas
Antes de instalar el sistema en la isla Samish, Berbig y otros miembros del equipo de SEL ES realizaron rigurosas pruebas Hardware-In-The-Loop (HIL) y simulaciones mediante un simulador universal de flujo de potencia (UPF) basado en un RTAC. La biblioteca UPF proporcionó herramientas de programación para modelar el sistema de almacenamiento de baterías de la isla Samish y su función en la monitorización del voltaje, la frecuencia, el restaurador y las cargas en condiciones reales. Las pruebas resultaron exitosas.Una vez en el lugar, PSE y SEL realizaron pruebas adicionales, incluidas las transiciones entre el modo conectado a la red y el modo isla. Para evitar interrupciones en el suministro eléctrico de la comunidad durante las pruebas iniciales, PSE desvió temporalmente las viviendas y la estación de bomberos a una línea alternativa mediante restauradores y simuló la carga con un banco de carga para replicar la demanda de la microrred durante una interrupción de servicio. “Sometimos el sistema a pruebas extremas”, dijo Berbig. “Pusimos en marcha y apagamos el sistema, y ejecutamos todas las secuencias de los controles de la microrred para verificar que el sistema pudiera recuperarse de muchos escenarios diferentes”. Gracias al fuerte apoyo de la comunidad, PSE también pudo realizar una prueba de arranque en negro después de conectar las tres viviendas y la estación de bomberos a la microrred. Esto requirió una desconexión completa de la red eléctrica principal —un apagón total— para confirmar que la microrred podía suministrar energía a los usuarios de forma segura y eficaz utilizando únicamente el sistema de almacenamiento de baterías.
“Me impresionó mucho la cantidad de detalles y las medidas de seguridad que PSE tuvo en cuenta para garantizar que todo funcionara de forma segura y eficiente”, dijo el jefe Collins. “He visto otros proyectos en entornos industriales, así que sé que pueden surgir desafíos. Sin embargo, PSE trabajaba bajo cualquier condición climática —lluvia, a veces incluso bajo carpas— intentando solucionar los pequeños errores de programación que aparecían. Fue excepcional”.
La colaboración demuestra la importancia de la comunidad
Durante la primera temporada de tormentas tras su implementación, el sistema de control de microrredes SEL powerMAX aisló la microrred y mantuvo un voltaje y una frecuencia estables durante cinco eventos de funcionamiento en modo isla, al tiempo que soportaba la carga de la estación de bomberos y las tres casas conectadas. El proyecto de microrred de la isla Samish fortaleció la relación de colaboración entre PSE, SEL y la comunidad local, demostrando cómo los proyectos a pequeña escala ofrecen oportunidades únicas que los proyectos de mayor envergadura quizás no ofrezcan. Por ejemplo, las empresas eléctricas rara vez realizan pruebas de arranque en negro debido a las interrupciones que estas pruebas ocasionan a los clientes. Dada su confianza en PSE y SEL, el jefe Collins, Pavia y los otros dos propietarios acordaron realizar no solo una prueba de arranque en negro, sino tres.“Muchas personas participaron en este proyecto a lo largo del tiempo”, recalcó Do. “Mucha gente trabajaba entre bastidores”.Las colaboraciones que fomentan el intercambio de conocimientos y el crecimiento son esenciales a medida que los recursos basados en inversores y la integración de energías renovables se vuelven más comunes. Barr suele referirse a la microrred de la isla Samish como un laboratorio en funcionamiento: un entorno para profundizar en la comprensión de las capacidades de las microrredes y aplicar ese conocimiento a proyectos futuros.
“Existe la oportunidad de identificar y cuantificar toda la información diversa que proporciona Samish. Es un sitio a pequeña escala que genera una gran cantidad de datos.”
Berbig coincidió en que ambos equipos adquirieron conocimientos importantes sobre los sistemas de microrredes. “Todos los técnicos e ingenieros de relés de [PSE] me transmitieron una gran confianza en que, si tenía alguna pregunta o si teníamos algún problema que resolver, contábamos con las personas adecuadas para encontrar las soluciones”.PSE continúa mejorando la microrred utilizando datos en tiempo real de powerMAX y los comentarios de los usuarios de la isla Samish. La inversión de PSE para proporcionar energía de respaldo, especialmente durante la temporada de tormentas, brinda a los residentes una sensación de seguridad y fortalece la resiliencia de la comunidad. El proyecto refleja el compromiso de PSE de proporcionar energía segura y fiable e implementar cambios significativos.“Contar con un sistema de energía de respaldo ha sido uno de nuestros objetivos desde hace mucho tiempo”, reflexionó el jefe Collins. “Ahora contamos con un suministro eléctrico fiable y lo suficientemente amplio como para seguir funcionando, mantener las luces encendidas y poder salir a servir a nuestra comunidad de la manera que esperan”.