Los sistemas de distribución de energía eléctrica, a menudo denominados redes eléctricas, han sido la principal fuente de electricidad en el mundo desde finales del siglo XIX. Cuando se crearon estas redes eléctricas, sus principios operativos eran bastante simples: generar electricidad y enviar esa electricidad a hogares, edificios y cualquier lugar donde hubiera demanda.
Pero con el aumento de la demanda de electricidad, surge la necesidad de contar con redes eléctricas de mayor eficiencia. Los sistemas de distribución de “redes inteligentes” modernos que ahora se utilizan en todo el mundo se basan en tecnologías de vanguardia para optimizar la eficiencia. Este artículo ofrece una definición de redes inteligentes y analiza la tecnología clave que las hace inteligentes.
¿En qué consiste la tecnología de redes inteligentes?
Una red inteligente es una infraestructura de distribución de energía eléctrica que proporciona una comunicación bidireccional entre el proveedor de servicios públicos y los clientes. Las tecnologías digitales que contribuyen a la tecnología de redes inteligentes incluyen sensores de corriente o energía, controles, centros de datos y medidores inteligentes.
Algunas redes inteligentes son más inteligentes que otras. En muchos países, existen importantes iniciativas enfocadas en transformar las redes de distribución eléctrica anticuadas en redes inteligentes, pero esta adopción es compleja y llevará varios años, si no décadas.
Ejemplos de tecnología de redes inteligentes y sus componentes
Medidores inteligentes: Son el primer paso hacia la construcción de una red inteligente. Los medidores inteligentes proporcionan datos de consumo de energía en el punto de uso, tanto al consumidor como al que produce el servicio. La información de consumo y costo que suministran estos medidores alertan al consumidor para reducir el consumo de energía desperdiciada y ayudan a los proveedores a optimizar las cargas de distribución en la red.
Por lo general, los medidores inteligentes constan de tres subsistemas principales: el sistema de energía que mide el consumo, un microcontrolador para administrar la tecnología dentro del medidor inteligente y el sistema de comunicación que transmite y recibe datos de consumo y las instrucciones. Además, algunos medidores inteligentes pueden incluir energía de respaldo (en caso de un corte de energía en la línea de distribución principal) y módulos GSM para identificar la ubicación del medidor por motivos de seguridad.
Hemos visto que la inversión global en medidores inteligentes se ha duplicado en la última década. En 2014, la inversión anual global en medidores inteligentes fue de 11 millones de dólares estadounidenses. Dadas las ganancias en la eficiencia del sistema a partir de las implementaciones de medidores inteligentes, para 2019 la inversión global en medidores inteligentes alcanzó los 21 millones de dólares, según Statista.
Interruptores de control de carga y tableros de distribución inteligentes: Si bien los medidores inteligentes pueden proporcionar datos en tiempo real a los proveedores de servicios públicos, no controlan la distribución de energía de manera automática. Para optimizar la distribución durante los picos de uso o en regiones específicas, las empresas eléctricas utilizan dispositivos de administración de potencia, como interruptores de control de carga inteligentes y tableros de distribución. Esta tecnología ahorra cantidades significativas de energía al reducir la distribución innecesaria o al administrar de forma automática las cargas que han excedido sus límites de tiempo de uso permitidos. En pocas palabras, los interruptores de control de carga inteligentes pueden activar y desactivar de manera inteligente la distribución de energía en el punto de uso a fin de optimizar la distribución general del sistema y la eficiencia del consumo.
Por ejemplo, la ciudad de Wadsworth (Ohio) utiliza un sistema de distribución eléctrica construido en 1916. En colaboración con Itron, un fabricante de interruptores de control de carga inteligente (SLCS), Wadsworth pudo reducir el consumo de su sistema en 5300 megavatios hora mediante la instalación de SLCS en hogares residenciales para establecer ciclos en el uso del compresor de aire acondicionado durante los picos de demanda.
Automatización de sistemas de energía: La automatización de los sistemas de energía es posible gracias a las tecnologías de redes inteligentes que utilizan infraestructuras de TI de última generación para controlar cada paso de la cadena de distribución de energía. Por ejemplo, un sistema de energía automatizado utiliza sistemas de adquisición de datos inteligentes (similares a los de los medidores inteligentes), sistemas de control de energía (como interruptores de control de carga inteligentes), herramientas analíticas, sistemas computacionales y algoritmos de sistemas de energía. La combinación de estos componentes críticos permite que una red (o múltiples redes) realice ajustes y optimizaciones de forma autónoma y con interacción limitada por parte de los humanos.
La habilitación de una red inteligente
Cuando se implementa tecnología de automatización y comunicación bidireccional digital dentro de una red inteligente, es posible maximizar la eficiencia de la red a través de algunos cambios en la infraestructura. La implementación de redes inteligentes permite realizar los siguientes cambios de infraestructura:
Atribución de imagen: Wikipedia
1. Producción de energía descentralizada
Debido a que las redes inteligentes pueden monitorear y controlar de manera continua la distribución de energía, ya no es necesario generar energía desde una única y enorme central. Más bien, la energía puede generarse a través de muchos sitios de producción de energía descentralizados, como turbinas eólicas, granjas solares, paneles solares fotovoltaicos residenciales, pequeñas represas hidroeléctricas, entre otros.
2. Mercados descentralizados
La infraestructura de redes inteligentes también permite las conexiones de múltiples redes como un medio para compartir energía de manera inteligente entre los tradicionales sistemas centralizados. Por ejemplo, históricamente los municipios han tenido instalaciones de producción independientes que no están conectadas a los municipios adyacentes. Con la implementación de infraestructura de redes inteligentes, los municipios pueden contribuir a los programas de producción compartida para eliminar las dependencias de generación en caso de un apagón.
3. Transmisión a pequeña escala
Uno de los mayores desperdicios de energía en las redes eléctricas se produce en la distribución a grandes distancias. Dado que la red inteligente permite la descentralización del mercado y la producción, las distancias netas de distribución dentro de una red inteligente se reducen drásticamente, lo que a su vez disminuye la energía de distribución desperdiciada.
Por ejemplo, imagine una granja solar en un vecindario pequeño que pueda generar el 100 % de la demanda eléctrica diurna del vecindario y que se encuentre a 1 km del lugar. Si la granja solar local no existiera, ese vecindario podría necesitar recibir su electricidad desde una gran central a 100 km de distancia. La pérdida de energía observada durante la transmisión de electricidad desde la central distante puede ser cien veces mayor que la pérdida de transmisión observada desde la granja solar local.
4. Distribución bidireccional
En el ejemplo de la granja solar local, puede darse una situación en la que la granja solar genere más energía de la que consume el vecindario. Por lo tanto, se crearía un excedente de energía. Este exceso de energía puede distribuirse en la red inteligente y ayudar a reducir la demanda de la central distante.
En este escenario, la energía se transportaría desde la granja solar hacia la red principal que no pertenece al vecindario durante el día, pero cuando la granja solar no esté activa, la energía fluiría desde la red principal hasta el vecindario. Este flujo bidireccional se puede monitorear y optimizar mediante algoritmos de distribución de energía para garantizar que se desperdicie una cantidad mínima de energía en cualquier punto durante el consumo.
5. Participación en los consumidores
En una infraestructura de redes inteligentes con distribución bidireccional y límites de red descentralizados, los consumidores pueden actuar como microgeneradores. Por ejemplo, los hogares individuales pueden contar con sistemas solares fotovoltaicos independientes que generen energía en el punto de uso. Si hay un exceso de energía generada por el sistema fotovoltaico residencial, esta energía puede transferirse a la red más grande, lo que reduce aún más la demanda de las plantas de energía centralizadas más importantes.
La importancia de las redes inteligentes
Las redes inteligentes son imprescindibles para la reducción del consumo de energía a nivel macroeconómico. Muchos gobiernos y proveedores de servicios públicos locales ofrecen generosos incentivos para participar en la adopción de redes inteligentes, ya que resulta beneficioso tanto a nivel financiero como ambiental. Al adoptar redes inteligentes, la producción de energía se puede democratizar, lo que permitiría eliminar los riesgos de cortes, reducir los costos operativos de los sistemas de energía y erradicar el desperdicio de energía innecesario.
