COMPASS MAGAZINE #15

REDES ELÉCTRICAS INTELIGENTES El control por Internet hace más eficiente la gestión energética, desde la generación hasta el consumo

Las redes eléctricas inteligentes, que combinan distintas fuentes de electricidad con las nuevas tecnologías de control por Internet, no solo contribuyen a aumentar la eficiencia energética y a reducir la contaminación, sino que también proporcionan a los usuarios más información y control sobre su consumo.

En los soleados días de verano de la costa mediterránea, la gente sale de casa para ir a trabajar o a disfrutar del aire libre mientras los paneles solares instalados en las azoteas generan electricidad que nadie usa. Esta situación puede provocar una sobrecarga de voltaje, pero también ayuda a ilustrar lo que es una «red eléctrica inteligente». 

Se trata de repensar la electricidad, es decir, cómo generar, medir, monetizar, consumir, controlar, almacenar, comercializar, transmitir y transferir la energía eléctrica. Una red eléctrica pasa a ser «inteligente» cuando utiliza software, sensores, contadores electrónicos e Internet para gestionar la información, de modo que el suministro eléctrico y la demanda se controlen de una forma más eficiente.

En el antiguo municipio de Carros (Francia), en la costa mediterránea cerca de Niza, unos 200 residentes y una decena de empresas han ayudado a los planificadores a crear la primera ciudad conectada de forma digital a una red eléctrica inteligente, que integra sistemas solares fotovoltaicos y de almacenamiento energético en la red eléctrica nacional.

El «cerebro» que está detrás del proyecto es el sistema Network Energy Management (NEM). Lo explica Laurent Schmitt, vicepresidente de soluciones de redes eléctricas inteligentes de Alstom Grid, una multinacional de la energía que está realizando pruebas de redes eléctricas inteligentes en unas treinta localidades de todo el mundo, entre las que se incluye la red de Niza.

«Nos centramos en integrar el almacenamiento de energía, la generación descentralizada y el transporte. Los vehículos eléctricos también forman parte de la solución de almacenamiento, porque pueden alimentar la red en situaciones de emergencia.»

El sistema NEM es potente porque recopila los datos de producción y capacidad de los paneles solares, hace pronósticos, tiene en cuenta las solicitudes de reducción de la capacidad en la región, calcula las limitaciones de la red y los riesgos de sobretensión, notifica a los proveedores los ajustes de potencia necesarios, calcula la respuesta óptima a la demanda y la flexibilidad del almacenamiento de energía, comunica los horarios y activa ciclos.

Estos proyectos de prueba son fundamentales para ayudar a los países a alcanzar sus objetivos de generación de energía renovable. Aunque la electricidad que generan las energías solar y eólica no contamina, sí puede provocar determinadas anomalías, como picos de voltaje que pueden estropear los electrodomésticos. La red eléctrica inteligente debe gestionar las subidas, bajadas y cambios estacionales de estas fuentes de energía tan variables.

El desarrollo de las redes eléctricas inteligentes varía en función de la región. En Europa, por ejemplo, Schmitt explica que se tienen que desarrollar por ley. En EE. UU., el factor que las impulsa es una infraestructura de redes eléctricas obsoleta. En el sudeste asiático, los planificadores quieren hacer llegar la electricidad hasta localidades remotas. 

GRID4EU

El proyecto Nice Grid es uno de los seis programas de prueba de la iniciativa Grid4EU, que se está llevando a cabo para evaluar los problemas técnicos y sociales a los que se enfrentan las redes eléctricas inteligentes para poder ser fiables y resistentes.

«Estamos probando la viabilidad de un ordenador central que pueda supervisar los cálculos de la red y prever la demanda, anticipar las limitaciones de tensión y enviar esa información a los distribuidores cuando sea necesario transferir energía», explica Christophe Arnoult, director de proyecto de la compañía eléctrica francesa Électricité Réseau Distribution France (ERDF). «Tenemos que confiar en los clientes, en su comportamiento, y les damos iPads para que controlen su consumo», añade Arnoult.

En Niza, los residentes y los planificadores están probando tres modos de funcionamiento destinados a mejorar la fiabilidad de la red mediante la gestión de la demanda, la reducción de los picos de tensión con planes de cambio de suministro energético, y la experimentación con «microrredes eléctricas aisladas», que se basan en tecnologías de almacenamiento energético para almacenar el excedente hasta que sea necesario.

Para lograr la máxima flexibilidad, se han integrado en la red eléctrica solar local tres niveles de almacenamiento de energía. Entre la línea de alta tensión de la región y las líneas de distribución de la ciudad se encuentra una batería centralizada de 1 MW que almacena 560 kWh por unos 30 minutos de energía. Un segundo nivel de almacenamiento se encuentra en las casas equipadas con sistemas fotovoltaicos de 3 kW y baterías de 4 kW / 4 kWh, que absorben el exceso de energía en situaciones de sobretensión. El tercer nivel utiliza baterías de 33 kW/100 kWh, más 250 kWh en tres instalaciones industriales que cuentan con sistemas solares fotovoltaicos. 

30 000 M$

Según Navigant Research, se prevé que las inversiones acumuladas en microrredes eléctricas en toda la región de Asia Pacífico alcancen los 30 mil millones de dólares en 2023.

Las baterías se combinarán para poder cortar el suministro a determinados usuarios cuando la demanda exceda la oferta y «aislar» toda la red eléctrica de Niza para desconectarla de la línea de alta tensión.

«Toda la información de hogares y empresas se envía a un ordenador central a través de los contadores inteligentes», explica Arnoult. El proyecto, que concluye a finales de 2015, confía en la cooperación de los residentes.

«En invierno se ruega a los usuarios que ajusten la demanda», añade Arnoult. «En verano, se genera demasiada energía solar con los paneles fotovoltaicos de las azoteas y no hay suficiente consumo, por lo que la tensión es demasiado alta. Por ello, tenemos que prever modelos de capacidad, y el ordenador central debe enviar la información a los distribuidores para redistribuir la energía. Esto es solo el primer paso, pero funciona como un reloj.»

Se están realizando pruebas similares del proyecto Grid4EU en Alemania, Suecia, España, Italia y la República Checa para encontrar soluciones a otros problemas relativos a la monitorización inteligente, controles avanzados, energías renovables y métodos para incluir los vehículos eléctricos en la red eléctrica. 

MICRORREDES PARA REGIONES REMOTAS EN ASIA PACÍFICO

A ocho kilómetros de la costa de Singapur se encuentra la isla de Semakau, que se utiliza principalmente como vertedero para almacenar las cenizas de los cuatro incineradores de esta ciudad-estado. En este enclave bajo el sol ecuatorial se está construyendo la primera fase de la microrred híbrida más grande de la región.

El proyecto Renewable Energy Integration Demonstrator-Singapore (REIDS) es un banco de pruebas para la integración de las tecnologías solar, eólica, de mareas, diésel, de almacenamiento y P2G (conversión de electricidad en gas), que se ha diseñado teniendo en cuenta las particularidades del clima de la región. El objetivo es desarrollar tecnologías distribuidas que puedan satisfacer las necesidades de las poblaciones remotas situadas fuera del alcance de los sistemas de distribución eléctrica tradicionales.

«Singapur tiene más de 600 millones de habitantes, y una tercera parte de su población vive en lugares a los que no llega la electricidad», explica Chee Kiong Goh, director ejecutivo de la Junta de Desarrollo Económico de Singapur (SEDB). «Las microrredes eléctricas ofrecen una oportunidad excepcional.»

Según un informe de 2014 de Navigant Research, empresa de estudios de mercado y consultoría con sede en Boulder (Colorado, EE. UU.), se prevé que las inversiones acumuladas en microrredes eléctricas en toda la región de Asia Pacífico alcancen los 30 mil millones de dólares en 2023. Además de liderar el desarrollo de microrredes eléctricas para las poblaciones rurales de la región, Singapur también está realizando importantes inversiones en la infraestructura urbana de redes eléctricas inteligentes. Gracias a estas inversiones, los analistas calculan que Singapur comparte con China el liderazgo mundial en este campo.

«TODA LA INFORMACIÓN DE HOGARES Y EMPRESAS SE ENVÍA A UN ORDENADOR CENTRAL A TRAVÉS DE LOS CONTADORES INTELIGENTES.»

CHRISTOPHE ARNOULT DIRECTOR DE PROYECTO, ÉLECTRICITÉ RÉSEAU DISTRIBUTION France

Según la consultora Northeast Group de Washington, DC (EE. UU.), en 2013 China superó a Estados Unidos por primera vez en el ámbito de la inversión en redes eléctricas inteligentes. La empresa prevé que en la próxima década el crecimiento de las inversiones en tecnología de redes eléctricas inteligentes se desplazará de las regiones que tradicionalmente han liderado este sector (Estados Unidos y Europa) a las economías emergentes del sudeste asiático, con Tailandia, Indonesia, Malasia, Filipinas y Singapur al frente.

Lo curioso del caso, explica Goh, es que Singapur no se interesó por la energía solar hasta hace poco, cuando los precios de los equipos solares cayeron al nivel de los precios de los combustibles convencionales. «La gran pregunta es cómo aprovechar la tecnología para controlar la red eléctrica», plantea Goh. «Singapur es el trampolín desde el que probar la tecnología y demostrar su viabilidad para toda esta área geográfica. Es un laboratorio viviente.» 

SEGURIDAD CIBERNÉTICA

Muchos expertos en seguridad consideran que las redes eléctricas inteligentes controladas por Internet serán muy fáciles de piratear y muy difíciles de proteger. De hecho, los contadores inteligentes no son más que ordenadores conectados a Internet.

Según Goh, «existe una amenaza de enormes proporciones que es real. La seguridad cibernética será un factor primordial a la hora de diseñar la red eléctrica.»

En el Instituto Max Planck de Dinámica y Autoorganización de Gotinga (Alemania), el físico Benjamin Schafer está trabajando en la arquitectura de las redes eléctricas inteligentes y en cómo protegerlas. Se parte de la idea de que todos los datos que produzcan los generadores y utilicen los consumidores se deberían recopilar en un ordenador central (al igual que sucede en el proyecto Nice Grid). Si bien la centralización facilita la gestión, puede ser demasiado tentadora para los piratas informáticos. 

«LA SEGURIDAD CIBERNÉTICA SERÁ UN FACTOR PRIMORDIAL A LA HORA DE DISEÑAR LA RED ELÉCTRICA.»

CHEE KIONG GOH DIRECTOR EJECUTIVO, LA JUNTA DE DESARROLLO ECONÓMICO DE SINGAPUR

Pero ¿y si resulta que no es necesario disponer de un control central? Schafer y su equipo están investigando si un sistema de control distribuido (combinado con la generación distribuida de la energía) sería menos vulnerable a los ataques. ¿Podría funcionar de forma eficiente una red eléctrica de este tipo si el control se realizara desde cada uno de los contadores inteligentes? ¿Sería estable sin un sistema de control centralizado? El equipo de Schafer está intentando probar la teoría, mientras diseñadores de sistemas de todo el mundo trabajan en otras ideas para aumentar la seguridad.

«La seguridad cibernética es precisamente el motivo por el que el sistema NEM que gestiona el proyecto de prueba Nice Grid se ha diseñado como un sistema de control por fases», afirma Schmitt. 

CONTROL Y CONCIENCIACIÓN

A pesar de las dudas que plantean los críticos, Lynn Yanyo, científica especializada en polímeros y amante de las nuevas tecnologías que ayuda a impulsar nuevas empresas, cree en las redes eléctricas inteligentes. El sistema de placas solares que tiene instalado en su casa, en Carolina del Norte (EE. UU.), genera entre el 70 % y el 80 % de la electricidad que consume durante todo el año.

«Tengo una herramienta que funciona por Internet donde puedo ver la energía que generan las placas en cualquier momento y el historial de energía generada», explica. «También puedo ver qué electrodomésticos están funcionando y qué aparatos son los que más electricidad consumen. Es interesante consultarla, y ahora me fijo más en no dejar ningún aparato encendido, pero no hago un seguimiento diario.»

En un frío y nublado día de febrero, Eric Larson, padre de tres hijos, está sentado en la mesa de la cocina observando en su portátil un informe sobre la electricidad generada. Cuando decidió instalar paneles solares en la azotea de su casa de una urbanización de Raleigh (Carolina del Norte, EE. UU.), a poca distancia del barrio de Yanyo, no pretendía ser más ecológico. Pero al hacerlo, y al controlar lo que genera, ha cambiado su forma de ver la electricidad.

«Al tener esos paneles ahora soy más consciente de lo que consumimos», afirma Larson. En un día gris como hoy, por ejemplo, sus 18 paneles solares solo han producido 3 kilovatios de potencia. De promedio, sus placas solares producen entre 18 y 20 kilovatios al día, lo que equivale aproximadamente a su consumo eléctrico diario. «No solo ahorro dinero en electricidad, sino que también aumenta el valor de mi casa. Y además está bien visto. Soy el único del barrio que ha instalado placas solares, y todavía caben nueve más.»

La concienciación es fundamental. «Control y concienciación es lo que queremos transmitir a nuestros clientes», apunta Karl Stupkay, director de operaciones de NC Solar Now, empresa que instala paneles solares en hogares y negocios. «Te obliga a prestar atención. Es un campo en constante transformación y muy gratificante. Me gusta trabajar en este sector y quiero seguir formando parte de él en el futuro.»

por Dan Headrick Ir arriba