Redes eléctricas inteligentes
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Redes eléctricas inteligentes La utilización de la energía eléctrica como vector energético se efectuó siguiendo una rigurosa cadena que se llevó a cabo en el orden siguiente: generación, distribución, transporte y consumo (Fig. 1). Hasta la crisis del petróleo de la década del 70 no se tomó conciencia del enorme desperdicio de energía en cada uno de estos eslabones.
Sumario
Inicios
Dicha crisis puso de manifiesto la necesidad de buscar otras fuentes alternativas de energía, y simultáneamente mejorar la eficiencia. Un prolijo estudio del estado de situación mostró que el camino de la eficiencia era el que proporcionaba respuestas más rápidas y económicas, sobre todo si el esfuerzo se volcaba sobre los usuarios finales. También algunas medidas comenzaron a tomarse con el sector de generación, dando lugar a equipos más eficientes.
Pasó mucho tiempo para que se pensara en una solución global que incluyera cada uno de los sectores que conformaban la cadena de suministro eléctrico. En ese período las energías renovables comenzaron a presentar desarrollos tecnológicos que mejoraron su competitividad con respecto a las fuentes convencionales. Surge así la posibilidad de romper el esquema clásico que se muestra en la figura 1, pasando a un modelo que incluya la generación producida en la propia área de distribución, denominado «generación distribuida», en el que el uso de las fuentes renovables de energía (FRE) puede jugar un importante papel (Fig. 2).
Pero la mejora de la eficiencia en todo el sistema eléctrico exige que se piense en algo más que en la generación distribuida. La tendencia es lograr redes inteligentes que incorporen nuevas tecnologías de medición, mejoras en las comunicaciones entre todos los equipamientos y una mayor participación de los usuarios.
Resulta obvio que una red con estas características debe estar sustentada en un fuerte esquema regulatorio muy diferente al que se utiliza en la actualidad, que tenga en cuenta la posibilidad de venta de energía a la red por parte de los usuarios, que permita establecer precios spot o bandas horarias con precios diferenciados, y que posibilite el control de algunos usos finales por parte de las distribuidoras durante pequeños períodos que no afecten a los usuarios.
Es así que el concepto de red inteligente comenzó a tomar forma durante las últimas dos décadas del siglo XX, debido al creciente aumento de la electricidad como forma de energía principal, especialmente en los países desarrollados, lo que hizo aparecer carencias subyacentes en la estructura eléctrica tradicional.
Se puede decir, entonces, que una red inteligente es la conjunción de la red eléctrica tradicional con tecnologías modernas de información y comunicación, que permite integrar datos provenientes de los distintos puntos de la cadena de suministro eléctrico, desde el generador hasta el usuario final; y transformarlos en información y acciones que lleven a una mejora en su gestión. Su objetivo es elevar la eficiencia, confiabilidad, sustentabilidad, calidad del servicio y el producto, para hacer frente a los nuevos desafíos de múltiples generadores diversos y estilos de consumo.
En su estadio final, una red inteligente debiera estar constituida como un Sistema Integrado de Gestión que responda a un esquema, como el que se muestra en la figura 3.
Desafíos para establecer una red inteligente
- Período de transición sin pérdida de confiabilidad: no es posible transformar la red eléctrica actual en una red inteligente mediante un único paso. Cualquier incorporación de equipamiento es gradual y requiere la convivencia de la nueva tecnología con las anteriores. Muchas de las experiencias se han iniciado comenzando por el cambio de los medidores de energía, o incorporando módulos de fuentes renovables como resultado de un plan piloto.
- Sistemas de comunicación: se deberán tener en cuenta los protocolos de comunicación que permitan la convivencia de equipos de las más variadas procedencias. Se deberán adoptar equipos con protocolos maduros que respeten la normativa internacional.
- Seguridad informática: deberán aplicarse todos los medios de seguridad que aseguren la inviolabilidad de la red. La información que fluye por la misma deberá ser protegida contra la acción de posibles hackers. Asimismo, deberán instrumentarse elementos de redundancia y resguardo que permitan evitar posibles fallas y pérdidas de información.
- Generación distribuida: deberá especificarse si el sistema admitirá el funcionamiento en isla. En caso contrario, se deberán proveer elementos que contemplen la desconexión de todas las fuentes cuando cese la alimentación principal.
- Coordinación de protecciones con generación distribuida: se deberá tener especial cuidado con la coordinación de las protecciones, teniendo en cuenta que la incorporación de la generación distribuida modifica las potencias de cortocircuito y puede provocar inversiones en los flujos de potencia.
- Almacenamiento de energía: las tecnologías de generación no convencionales más difundidas (solar y eólica) son intrínsecamente discontinuas y de carácter aleatorio. Si se dispone de un sistema con alto grado de penetración, será conveniente contar con medios de acumulación que permitan compensar diferencias entre generación y demanda. Con estos fines se piensa en la incorporación del auto eléctrico.
Red inteligente vs. Red actual
El proyecto de una red eléctrica inteligente deberá tener en cuenta las intervenciones a realizar en cada uno de los tramos de la cadena de abastecimiento eléctrico. Una interpretación gráfica de una red inteligente se observa en la figura 4. En la tabla 1 se muestra una comparación entre las principales características de una red inteligente, con las de las redes que se utilizan en la actualidad.
Ejemplos internacionales
Actualmente existen proyectos concretos y avances reconocidos en diversos países, e iniciativas regionales e internacionales que tienen como finalidad la promoción y el fomento de la tecnología aplicada a las redes inteligentes, desde la I+D hasta su comercialización, y que apuntan a la consecución de importantes logros en la aplicación de esta tecnología. Uno de los más significativos es el conocido proyecto SmartCity, que se convertirá en un referente mundial en el desarrollo de tecnologías energéticas de vanguardia, compartiendo protagonismo con otras iniciativas ya operativas en Estocolmo (Suecia), Dubai, Malta, Ohioy Colorado (USA), y que se enmarca dentro del PLAN 20-20-20, diseñado por la Unión Europea.
SmartCity es un proyecto impulsado por un grupo de once empresas y liderado por la empresa española ENDESA, que se desarrollará en Málaga, España, con el que se beneficiarán 300 clientes industriales, 900 de servicios y 11 000 clientes domésticos durante cuatro años. Las fuentes renovables de energía se integrarán de forma óptima en la red, acercando la generación al consumo mediante la instalación de paneles fotovoltaicos en edificios públicos, y el uso de microgeneración eléctrica en algunos hoteles instalación de sistemas microeólicos en la zona. Existirán sistemas de almacenamiento energético en baterías, de manera que parte de la energía podrá ser consumida después en la climatización de edificios, el alumbrado público y el transporte eléctrico, por lo que el usuario final se hace partícipe en todo el proceso.
Todos los clientes que participarán en el proyecto dispondrán de contadores inteligentes y se instalarán sistemas inteligentes y sistemas avanzados de telecomunicaciones y telecontrol para actuar en tiempo real y de forma automática sobre la red de distribución, haciendo posible una nueva gestión de la energía y potenciando la calidad del servicio. En América Latina también se trabaja en esta dirección. Países como Brasil, Argentina,Chile y Colombia tienen grupos de trabajo para el desarrollo y asimilación de tecnologíaSmart Grid.
En el caso de Cuba, aunque todavía no existen proyectos específicos para el desarrollo de una red eléctrica inteligente, se han llevado a cabo inversiones encaminadas a actualizar tecnológicamente la infraestructura existente, incrementando la eficiencia de las redes. Esto puede ser la base para el desarrollo futuro de la tecnología de redes inteligentes. Estas inversiones han tenido diferentes factores impulsores, entre los que se encuentran fundamentalmente los económicos, medioambientales y sociales.
Entre los factores económicos, cabe mencionar la disminución de pérdidas y la disminución de la vulnerabilidad frente a eventos climatológicos, como los ciclones.Dentro de los aspectos medioambientales, se contemplan la reducción de las emisiones de carbono, el incremento e integración de las fuentes renovables a la red existente y la mejora de la eficiencia energética. Los factores sociales contemplan la política gubernamental para mejorar las condiciones de vida y la entrega a la población de módulos de cocción eléctricos y equipamiento más eficiente, o sea, dar cobertura al incremento de la demanda de energía. La situación actual puede resumirse en las acciones siguientes:
- Rehabilitación de las redes existentes: Aunque desde hace algún tiempo en Cuba no se producen cortes eléctricos por problemas de generación, lo cierto es que la existencia de cables en mal estado o con calibres inadecuados, transformadores sobrecargados, así como postes y crucetas deteriorados, estaban ocasionando frecuentes averías en los sistemas eléctricos, con las consecuentes afectaciones y molestias.
- Incremento de las fuentes renovables de energía: El Estado cubano, a partir de la Revolución Energética, comenzada en 1996, acomete la producción más limpia y descentralizada de electricidad, baja en carbono. En tal sentido, ha venido incrementándose el desarrollo y producción de recursos energéticos renovables, incluidos la biomasa, el biogás, las pequeñas hidroeléctricas en zonas montañosas y el uso de las energías solar y eólica.
- Remodelación y automatización de subestaciones: Se desarrolla un amplio programa inversionista, que incluye la construcción de modernas subestaciones eléctricas para elevar
el servicio a clientes estatales y residenciales. Esto forma parte de la estrategia de la Unión Nacional Eléctrica (UNE) para lograr una alta disponibilidad y reducir las pérdidas técnicas. Las subestaciones modernizadas permiten identificar las interrupciones en breve tiempo, disminuyen la vulnerabilidad ante contingencias climatológicas extremas, soportan fuertes vientos y emiten poco ruido; además, están diseñadas acorde con las normas establecidas para el cuidado del medio ambiente.
- Generación distribuida: Desde 2005 se ha llevado a cabo un fuerte proceso inversionista encaminado a poner en marcha centrales eléctricas de generación distribuida. En la figura 5 puede verse el incremento de la participación de estas centrales y grupos electrógenos en general, en la estructura de generación del país. En el 2011 se generaron con esta tecnología 3 594,8 GWh, lo que representó 20,2% de la generación total.
Integración de FRE y diferentes tipos de generación
La tecnología de redes inteligentes permitirá adaptarse mejor a las dinámicas propias de las energías renovables y de la generación distribuida, facilitando a las redes y a los consumidores un acceso más directo a los beneficios vinculados con dichos recursos. Las habilidades de una red inteligente permitirán el control de manera fácil y directa del flujo bidireccional de energía eléctrica, además de facilitar las acciones de monitoreo, controly respaldo de los recursos a nivel de distribución.
En la moderna red eléctrica deben tener cabida no solamente la generación centralizada de las grandes plantas, cualquiera que sea la fuente utilizada, sino también el creciente abanico de recursos energéticos distribuidos.
Para poder gestionar eficientemente este abanico de nuevas oportunidades (micro-generación renovable, generación distribuida, almacenamiento de energía y generación centralizada con fuentes renovables), es necesario entregar a la red una nueva funcionalidad. Mejoras en la medición del consumo, instalación de sensores y mecanismos de control inteligente en todos los puntos clave de la red, utilización de nuevos software de gestión y previsión de la demanda, y definición de nuevos estándares que favorezcan la medición y las interconexiones entre las diferentes partes de un mismo sistema, son expedientes requeridos a la hora de modernizar la red hacia un mayor nivel de inteligencia.
El objetivo principal es la flexibilización del sistema para que pueda albergar tanto la generación renovable centralizada, como todas las opciones de generación y almacenamiento vinculadas con el sistema de distribución.
Los beneficios de esta operación involucran numerosos aspectos. Desde el punto de vista de la fiabilidad del sistema, la combinación de diferentes tipos de generación con las oportunidades ofrecidas por el almacenamiento reducirá la dependencia del segmento de transmisión, incrementando a su vez la flexibilidad operacional. Desde el punto de vista de la seguridad del sistema, aportará un cambio radical, tanto en el ámbito de abastecimiento como ante la ocurrencia de desastres, dado que la descentralización de la generación reducirá el número de objetivos sensibles, como las grandes centrales eléctricas. También económicamente las ventajas son relevantes, y transitan desde la reducción de las pérdidas técnicas, derivada del acercamiento entre los sitios de generación y de carga, hasta la reducción y reorientación de las inversiones, originariamente destinadas a la construcciónde grandes centrales, subestaciones y nuevas líneas de transmisión y distribución.
Finalmente, desde el punto de vista medioambiental, la modernización del sistema aportará mucho a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero, mediante el fomento aún mayor de la generación distribuida (sobre todo por lo que concierne a la micro-generación a través de tecnologías limpias), así como por el surgimiento de sólidos emplazamientos de fuentes renovables, en particular la hidráulica y la solar, al evitar los problemas vinculados con la intermitencia del suministro y la reducción de la necesidad de invertir en generación centralizada de fuente fósil.
Por todo lo anterior, es importante que el esfuerzo que se realiza en Cuba para aumentar la participación de fuentes renovables en la matriz energética nacional, se realice de cara al futuro, con la visión de una red eléctrica más inteligente. Para ello es imprescindible que las actividades necesarias para desarrollar acciones en el ámbito nacional, se realicen en estrecha coordinación con otros avances mundiales, a fin de limitar duplicaciones, tener en cuenta las peculiaridades nacionales, disminuir las brechas y optimizar los gastos.
