Energía y medio ambiente

Modernización de la red para energías renovables

Modernización de la red para energías renovables

La planta de conversión de residuos en energía de Tyseley en Birmingham [Fuente de imagen:Elliott Brown, Flickr]

En muchos países del mundo, incluidos varios estados occidentales, la red eléctrica es anticuada, con tecnología que se remonta a la época de Thomas Edison. Esto significa que el sector eléctrico mundial tiene que encontrar nuevas formas de suministrar energía, particularmente de una manera que evite la emisión de gases de efecto invernadero nocivos que causan el cambio climático o causan contaminación atmosférica nociva u otros impactos ambientales adversos. Otras consideraciones incluyen una mayor eficiencia, reducción de costos y crecimiento del mercado. Cada vez más, las naciones de todo el mundo están favoreciendo las energías renovables, sobre los combustibles fósiles y la nuclear.

Sin embargo, muchas tecnologías renovables, con la excepción del biogás generado a partir de biomasa y la digestión anaeróbica y geotérmica, son intermitentes y dependen de los patrones climáticos. Por esta razón, las tecnologías de energía renovable deberán incorporarse en un paquete general de energía renovable de múltiples tecnologías con el apoyo de sistemas de almacenamiento de energía, estrategias de reducción de la demanda y sistemas de eficiencia energética como las redes inteligentes.

Especialmente las empresas de servicios públicos están comenzando a modernizar la red mediante el desarrollo de redes inteligentes que utilizan tecnologías de la información y la comunicación para hacer que la red sea más manejable y eficiente. Sin embargo, el éxito de tal estrategia requiere que los sistemas y dispositivos sean interoperables entre sí, debido a su complejidad y al número y escala de los dispositivos involucrados.

La creación de una red inteligente implica básicamente la "informatización" de la red eléctrica existente. Esto se puede lograr mediante la instalación de tecnología de comunicación digital bidireccional que se comunique con los diversos dispositivos de energía inteligente que administran la red, cada uno de los cuales puede estar equipado con sensores para recopilar información. Estos sensores incluyen medidores de potencia, sensores de voltaje, detectores de fallas, etc. También habrá comunicación digital bidireccional entre los propios dispositivos y un centro de operaciones de red que permite a la empresa de servicios públicos controlar cada dispositivo o incluso millones de dispositivos desde una ubicación de administración central.

El despliegue de la tecnología de comunicaciones de datos crea un mercado en el que las empresas luchan por desarrollar nuevas aplicaciones y software. Esto genera importantes beneficios como la ciberseguridad y una capacidad mejorada para integrar la tecnología de energía renovable en la red, incluido el transporte con bajas emisiones de carbono, como los vehículos eléctricos (EV).

Estados Unidos ha estado muy involucrado en la modernización de la red luego de la aprobación de la Ley de Seguridad e Independencia Energética (EISA) de 2007. Esto proporciona apoyo legislativo para el programa de redes inteligentes del Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE), creando un Comité Asesor de Redes Inteligentes y Grupo de trabajo de redes inteligentes como parte importante del proceso. EISA también estableció una Iniciativa de demostración regional de redes inteligentes y dirigió al Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), con el DOE y otros, para desarrollar un Marco de Interoperabilidad de Redes Inteligentes. El financiamiento se proporciona a través de un Fondo de contrapartida federal del DOE para costos de inversión en redes inteligentes.

La Oficina de Suministro de Electricidad y Confiabilidad Energética (OE) está asumiendo una responsabilidad de liderazgo en la transformación de la red eléctrica de EE. UU. Con la asistencia de partes interesadas clave de la industria, el mundo académico y los gobiernos estatales. Esto implica considerables prioridades de investigación y desarrollo destinadas a responder a los diversos desafíos y acelerar la transformación del sistema eléctrico en una red inteligente. Esto también implica nuevos modelos comerciales y políticas regulatorias.

[Fuente de imagen:Ian Muttoo, Flickr]

Desafíos

Uno de los principales problemas con la red existente en los EE. UU., Y probablemente también en otros países occidentales, es que ha habido una subinversión crónica, particularmente en transmisión y distribución. Hay cientos de miles de líneas de transmisión de alto voltaje en los EE. UU., Pero solo se han instalado 668 millas adicionales de transmisión desde el año 2000. Esto significa que las limitaciones del sistema continuarán empeorando si no se abordan los problemas. En la actualidad, los cortes y los problemas de calidad de la energía cuestan a las empresas estadounidenses más de $ 100 mil millones por año y ha habido al menos cinco apagones masivos en los últimos 40 años. Sin embargo, si la red se hiciera incluso un 5 por ciento más eficiente, esto representaría un ahorro de energía equivalente al combustible y las emisiones de gases de efecto invernadero de 53 millones de automóviles.

El problema se ve agravado por el hecho de que vivimos en una sociedad digitalizada en rápido movimiento. La necesidad de una transición a una economía renovable moderna para luchar contra el cambio climático agrega demandas adicionales. Actualmente, Estados Unidos produce el 25 por ciento de los gases de efecto invernadero del mundo, a pesar de tener solo el 4 por ciento de la población mundial. La mitad de la energía del país todavía se genera en plantas de carbón. Mientras tanto, naciones como Alemania lideran el mundo en el desarrollo de tecnologías de energía renovable como la solar y la eólica, mientras que Japón avanza rápidamente hacia el desarrollo de tecnología avanzada de almacenamiento de energía y la Unión Europea (UE) ha adoptado una 'agenda de redes inteligentes'. en el que los edificios actuarán como mini centrales eléctricas.

Según un informe de la Agencia Federal de Redes de Alemania en enero de 2015, las redes nacionales europeas enfrentan tres desafíos importantes en particular, relacionados con la generación de energía desigual, la conexión a gran escala y el aumento del comercio de electricidad.

La generación de energía desigual es causada por la naturaleza intermitente de la tecnología de energía renovable que puede causar fluctuaciones que afectan la estabilidad de la red. Esto afecta tanto a las principales líneas de transmisión de larga distancia como a las redes de distribución más regionales.

A medida que la generación de energía se vuelve más descentralizada (generación distribuida), en gran parte a través de sistemas de energía renovable como la energía solar fotovoltaica en los tejados y los parques eólicos, un gran número de instalaciones de generación de energía se conectan a la red.

El comercio de electricidad es un problema particular para Alemania debido a su ubicación central, lo que le otorga la condición de país de tránsito entre los mercados de electricidad de Europa occidental y oriental. Esto significa que tendrá que lidiar cada vez más con más transacciones de electricidad transfronterizas que otros países de la UE.

Requisitos de una red inteligente

Como explica el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) en su libro de 2010 The Smart Grid: An Introduction, las nuevas redes nacionales serán inteligentes, eficientes, complacientes, motivadoras, oportunistas, centradas en la calidad, resilientes y ecológicas. ¿Qué significa todo esto exactamente?

Por inteligente, el DOE significa que el sistema será capaz de detectar sobrecargas y redirigir la energía para evitar cortes. También podrá operar de forma autónoma a un ritmo más rápido que el que puede proporcionar el trabajo manual humano y cooperativamente, sirviendo de enlace entre los servicios públicos, los consumidores y los reguladores.

Será eficiente en el sentido de que podrá satisfacer el aumento de la demanda sin necesidad de instalar infraestructura adicional.

La red inteligente podrá acomodar energía de cualquier fuente de combustible, en particular con respecto a las tecnologías de energía renovable como la solar y la eólica. Podrá hacerlo de manera rápida y eficiente y podrá integrar tecnologías de nueva generación en el sistema a medida que se desarrollen con el apoyo de nuevas tecnologías de almacenamiento de energía.

El sistema ayudará a motivar consumidores hacia una gestión más eficiente de su suministro de electricidad proporcionando una mejor comunicación entre los hogares y las empresas de servicios públicos que suministran su energía. Esto significa que podrán adaptar con precisión su consumo de energía en función de sus requisitos precisos de acuerdo con el precio y / o las preocupaciones medioambientales.

La red inteligente creará nuevas oportunidades y mercados, generando así puestos de trabajo y contribuyendo significativamente a la economía nacional y mundial.

Será centrado en la calidad en el sentido de que será capaz de suministrar energía sin riesgo de caídas, picos u otras perturbaciones. Podrá apoyar plenamente a nuestra sociedad digitalizada con toda su multitud de dispositivos, desde computadoras hasta consolas de juegos, electrodomésticos inteligentes y otros dispositivos electrónicos avanzados.

Las nuevas redes eléctricas serán elástico, capaz de evitar ataques de desastres naturales o ciberdelincuentes mediante el uso de tecnología de seguridad de red inteligente.

Finalmente, el sistema será verde - contrarrestar el cambio climático global y hacer que nuestras vidas sean mucho más sostenibles de lo que son en la actualidad.

El DOE clasifica los componentes de la nueva red inteligente de acuerdo con cinco tecnologías específicas. Estos son: comunicaciones integradas, detección y medición, componentes avanzados, controles avanzados e interfaces mejoradas.

Las empresas de servicios públicos ya utilizan la tecnología de visualización para la supervisión de la carga en tiempo real y la planificación del crecimiento de la carga. Sin embargo, esta tecnología tiende a carecer de la capacidad de integrar información de una multitud de fuentes diferentes o mostrar información a diferentes usuarios. La Infraestructura de medición avanzada (AMI) tiene como objetivo integrar a los consumidores en una red inteligente al brindarles la capacidad de administrar su suministro de electricidad de manera más eficiente. También permite a las empresas de servicios públicos detectar problemas más rápidamente y operar sus sistemas de manera más eficiente. Las señales de precios se transmitirán a electrodomésticos inteligentes y termostatos y controladores domésticos inteligentes. Luego, estos dispositivos procesarán la información según los requisitos del consumidor. Esto seguirá en segundo plano con un requisito mínimo de intervención humana, lo que a su vez generará importantes ahorros de costes. Las unidades de gestión de fasores (PMU) toman muestras de voltaje y corriente en ubicaciones particulares, tomando medidas cada 2 a 4 segundos y, por lo tanto, permiten conocer la situación del sistema y evitar apagones.

Poniéndolo todo en práctica

Numerosos estados en los EE. UU. Han adoptado un Estándar de cartera renovable (RPS) que establece objetivos para la integración de la energía renovable y el reciente acuerdo de París sobre la acción para abordar el cambio climático significará que incluso más países en el mundo comenzarán a aumentar su energía renovable. infraestructura en armonía con un nuevo mercado mundial de energías renovables.

Sin embargo, en el Reino Unido, los recortes recientes en los subsidios para tecnologías de energía renovable han puesto un signo de interrogación sobre la capacidad y / o voluntad del gobierno conservador para invertir o hacer la transición a una nueva red inteligente capaz de integrar completamente la tecnología de energía renovable. En mayo de 2015, el organismo comercial del sector de la energía solar del Reino Unido, la Solar Trade Association (STA), tuvo que pedir al gobierno que hiciera más para invertir en la modernización de la red con el fin de integrar la energía renovable. En la actualidad, el Reino Unido sufre de una infraestructura envejecida que limitará la capacidad del país para cumplir sus diversos objetivos de cambio climático y energía renovable. Hace seis años, Western Power Distribution, el operador de red de distrito (DNO) de Midlands, suroeste de Inglaterra y Gales, tuvo que cerrar la red a nuevos proyectos de energía renovable, en particular los que se están desarrollando en Cornwall, Devon, Somerset y Dorset. Mientras tanto, partes del este y sureste de Inglaterra apenas tienen capacidad de reserva según UK Power Networks.

El Reino Unido está obligado, como miembro de la UE, a producir al menos el 15 por ciento de su energía a partir de fuentes de energía renovables para 2020, pero existe una creciente preocupación por su capacidad para hacerlo. La Oficina de Estadísticas Nacionales (ONS) dijo en febrero de 2015 que el Reino Unido tendrá que duplicar su electricidad renovable al 30 por ciento si quiere lograr sus objetivos generales para 2020.

“La red ahora es esclerótica en algunos lugares e incluso hay techos solares modestos que no pueden obtener conexiones a la red”, dijo Leonie Green, exjefa de asuntos externos de STA. “Estamos tratando de que los operadores de redes digitales operen con un modelo comercial más activo, pero la cantidad de energía solar proyectada para 2023 es menor que la que tenemos hoy. Nos falta información básica porque no tenemos una evaluación de cuánta capacidad real queda y qué se necesita para cumplir con los objetivos de 2020. El nuevo secretario de Estado no tiene tiempo que perder para poner la red en marcha si queremos un sistema de electricidad con bajas emisiones de carbono ”.

Según Energy UK, costará alrededor de £ 30 mil millones modernizar la red del Reino Unido y llevarla a los estándares de redes inteligentes.

[Fuente de imagen:Wikimedia Commons]

Conclusión

Los críticos de la energía renovable le dirán que la intermitencia de las tecnologías de energía renovable nos está llevando gradualmente a todos a una serie de desastres energéticos masivos que se avecinan en el futuro cercano, pero esto es poco más que propaganda. Si la red se moderniza de forma eficaz, como es necesario, entonces estos problemas se pueden abordar de forma eficaz. En resumen, para dar cabida a un futuro de energía renovable, toda la red energética debe transformarse por completo. La buena noticia es que esto es exactamente lo que está sucediendo ahora.

“Los cambios que se avecinan, como los vehículos eléctricos, como la energía renovable, realmente no pueden adaptarse a las redes existentes”, dijo el consultor de energía independiente John Scott, hablando con The Guardian en junio de 2015. El Sr. Scott también es miembro del Foro SmartGridGB, que analiza y promueve el desarrollo de redes inteligentes en el Reino Unido. "Entonces, en lugar de hacer que la red sea cada vez más grande ... las tecnologías inteligentes le permiten obtener mucho más de lo que ya tiene".

Según el Dr. Luis Nando Ochoa, profesor titular de redes de distribución inteligente en la Universidad de Manchester, el Reino Unido tendrá que pagar millones de libras para reforzar su red actual o tendrá que adoptar tecnología inteligente. Con la última opción, las cosas se pueden controlar de manera más efectiva con la misma infraestructura, que se comporta de manera mucho más inteligente.

De hecho, las cosas están cambiando rápidamente, pero de nuevo es necesario. Hemos esperado demasiado y el cambio está atrasado.

Ver el vídeo: Webinar de Integración de Energías Renovables No Convencionales ERNC a los modelos de simulación. (Octubre 2020).