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Microrredes de energía eléctrica…
Un punto de partida

Mucho se habla en estos días de las microrredes de energía eléctrica; incluso se afirma con frecuencia que se trata del sector con mayor potencial de crecimiento en la industria de la electricidad. Muy probablemente un gran número de lectores habrá escuchado ya de ellas y se preguntará ¿en qué consisten?, ¿qué tienen de especial o innovador?, ¿qué necesidades vienen a satisfacer?, ¿en verdad constituyen una promesa de cambio sustancial en el futuro para proveedores y consumidores de energía?

Este artículo es el primero de una serie que persigue aclarar los conceptos más relevantes de esta propuesta tecnológica de nuestros tiempos, resaltando las innegables ventajas de su uso y planteando abiertamente los desafíos de su implementación.

Empecemos por el principio. El término microrredes se ha venido utilizando a lo largo de los últimos años para definir sistemas que, en general, poseen particularidades técnicas y operativas comunes, pero que asimismo pueden tener características y propósitos muy diferentes entre sí; por ello, la aplicación del término resulta eventualmente un tanto confusa. Sistemas denominados de distintas maneras, utilizados desde hace ya algún tiempo (ciertamente con menor sofisticación y, por lo tanto, prestaciones limitadas), hoy en día entran dentro de la definición de microrredes y pueden denominarse como tales. Sistemas totalmente innovadores, solamente posibles con la tecnología de los últimos tiempos, son igualmente considerados como microrredes.

Una definición ampliamente aceptada, inclusiva en cuanto a las diversas variaciones de topologías y funcionalidades, es la que describe a las microrredes como “sistemas autónomos, controlados de forma independiente, que incluyen múltiples recursos de suministro y generación de energía eléctrica (y con frecuencia también de almacenamiento), coordinados inteligentemente para alimentar cargas dentro de un entorno eléctrico claramente delimitado”.

Aunque se trata de sistemas ampliamente utilizados en lugares donde la red eléctrica es inexistente y estas aplicaciones siguen siendo a la fecha las más frecuentes, las microrredes se hacen cada vez más populares en lugares donde existe disponibilidad de servicio de energía provisto por la empresa de suministro local, independientemente de la calidad de éste.

En el primer caso, para aplicaciones en las que no se dispone del suministro eléctrico de la red pública, las microrredes operan permanentemente en modo “isla”; el término “off-grid” es también comúnmente utilizado en el argot técnico para caracterizar estos sistemas. Microrredes con este propósito se vienen instalando desde hace un buen tiempo, satisfaciendo un amplio rango de necesidades energéticas. A la fecha se cuenta con numerosísimos casos de éxito que incluyen, entre otros, estaciones militares remotas, instalaciones hoteleras ecoturísticas, ciertas operaciones industriales, poblaciones en geografías de difícil acceso y asentamientos en países en vías de desarrollo.

En el segundo caso, con red eléctrica disponible, las microrredes incorporan en su funcionamiento el aporte energético de ésta. Para ello, las microrredes deben operar tanto en modo “conectado a red” (la red es considerada como un recurso energético más), como en modo “isla” (cuando por alguna razón no se dispone circunstancialmente del suministro de la red o se decide desconectarse de ella deliberadamente y dar prioridad a otras fuentes de energía distribuida). Estas nuevas aplicaciones empiezan a replicarse para consumidores de todo tipo que persiguen alcanzar, con las microrredes, objetivos tan relevantes como el incremento de la confiabilidad y resiliencia del suministro de energía eléctrica, la reducción de sus costos de energía y/o la disminución del impacto ambiental que ocasiona su consumo de energía por el uso de fuentes tradicionales.

En próximos artículos analizaremos en detalle cómo el uso de microrredes, independientemente de que éstas se instalen “por necesidad” (en lugares donde no se dispone de red eléctrica) o “por decisión” (como complemento o reemplazo de la red eléctrica) puede contribuir sustancialmente al logro de objetivos de confiabilidad, rentabilidad y sostenibilidad.

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Sistemas de Energía Esencial

Baterías y almacenamiento de energía en aplicaciones de misión crítica

Por más de cien años las baterías de celdas electroquímicas han sido los dispositivos encargados de suministrar la energía requerida por equipos y sistemas críticos cuando el suministro primario de energía ha fallado y se requiere proveer, sin interrupción alguna, un “respaldo” o “autonomía” a dichos equipos o sistemas, aquéllos cuya operación no puede detenerse.

Las baterías actúan como fuente de emergencia y su rol se centra en garantizar la continuidad del servicio, ya sea hasta tanto se restituya el suministro principal de energía, o mientras se activa una fuente de respaldo aguas arriba (por ejemplo, un grupo electrógeno o planta eléctrica). En consecuencia, las baterías se dimensionan para autonomías que van desde los pocos segundos de transición hasta las muchas horas de respaldo, dependiendo de las características de la aplicación.

Las baterías utilizadas en estas aplicaciones son denominadas “estacionarias”, pues las celdas permanecen fijas, sin movimiento, en racks, bastidores o gabinetes destinados a su montaje, e históricamente se han construido haciendo uso de dos electroquímicas diferentes. Se utilizan celdas de “plomo-ácido” y de “níquel-cadmio”, ambas tecnologías muy maduras que no han dejado de evolucionar a lo largo del tiempo, disponibles en la actualidad en múltiples variantes según sean sus prestaciones y características en cuanto a gasificación, requerimientos de adición de agua, diseño constructivo de las placas que conforman los electrodos, aleaciones en las rejillas de las placas, características del electrolito, capacidad de respuesta instantánea capacidad de ciclado,etc.

Ciertas variantes tecnológicas han encontrado nichos naturales en los que se maximizan sus beneficios dadas sus prestaciones particulares y el costo asociado. El análisis del costo del ciclo de vida (LCC) es una herramienta muy valiosa para tomar la decisión tecnológica más acertada. En aplicaciones de telecomunicaciones y sistemas UPS en general, las celdas de plomo-ácido de recombinación de gases (tipo VRLA, reguladas por válvulas) son las más populares. En aplicaciones de la industria eléctrica, para el manejo de protecciones, maniobras y servicios auxiliares, las de plomo-ácido tradicionales o ventiladas (como las OPzS) son ampliamente utilizadas. En sistemas industriales operando bajo severas condiciones de temperatura, la opción preferida sigue siendo la de celdas de níquel-cadmio.

El gran cambio de estos tiempos viene dado por la relativamente reciente llegada de las baterías de litio-ion al mundo estacionario, en aplicaciones de “respaldo”. Sin embargo esta tecnología, aunque mucho más joven que las dos antes mencionadas, ya ha sido empleada masivamente con otros fines por unos veinte años. Inicialmente desarrolladas para aplicaciones portátiles, las baterías de litio-ion hoy en día son estándar de este segmento (teléfonos inteligentes, tabletas y computadores portátiles, por mencionar tres aplicaciones). Adicionalmente, su adopción por parte de los principales fabricantes de vehículos eléctricos e híbridos ha supuesto un impulso gigantesco a la tecnología. Un tercer gran mercado aparece en aplicaciones de almacenamiento de energía en redes eléctricas, para cubrir múltiples necesidades que se derivan de las tendencias de descentralización y descarbonización de los sistemas de generación.

El aumento de la demanda de litio-ion ha impactado favorablemente las economías de escala y pareciera que hemos entrado en un círculo virtuoso en el que los costos disminuyen y esto incrementa las oportunidades de uso, lo cual a su vez impacta la demanda y estimula la masificación de la tecnología.

En aplicaciones estacionarias, hace pocos años el costo por Watt-hora de litio-ion era superior al costo por Watt-hora de níquel-cadmio. La justificación de uso venía dada principalmente por las ventajas inherentes a la tecnología de litio-ion, principalmente sus extraordinarias características en cuanto a ciclado y densidad de energía (mucho menor peso y volumen que las tecnologías tradicionales). Hoy en día los números son distintos y el litio-ion compite cómodamente en esa categoría. Los más optimistas opinan que la tendencia de reducción de costo continuará con la misma fuerza de los últimos tiempos y eventualmente podrá acercarse al de plomo-ácido.

Lo que es una realidad es que las aplicaciones para respaldo de sistemas de telecomunicaciones con baterías de litio-ion han crecido notablemente, y muchos fabricantes de UPS las ofrecen como opción estándar para una gama ampliada de capacidades. En los próximos años sabremos con precisión qué porcentaje de mercado asumirá esta tecnología en una condición de costos estabilizados y cuando se hayan dirimido por completo otros temas inherentes a la seguridad de uso y su impacto ambiental.

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Parque-Solar-Eolico

Las tres tendencias irreversibles que están dando forma a la “transición energética”

Creo que es justo confesar que todos aquéllos que hemos dedicado nuestras vidas a este mundo espectacular e imprescindible de la energía eléctrica ansiábamos, quizás ya con algo de resignación por la larga espera, que algo verdaderamente relevante y transformacional ocurriera en nuestra industria.

Particularmente todos los que hemos estado conectados con los Sistemas de Energía Esencial y las aplicaciones de misión crítica, nos hemos sentido en algún momento protagonistas de lujo de algunos de los grandes cambios de nuestra era: la automatización industrial de alto nivel, la masificación de la telefonía móvil, el fenómeno de Internet, la convergencia de los servicios de telecomunicaciones en un ambiente de movilidad, la multiplicación de los centros de datos, la disponibilidad de capacidad cuasi infinita de almacenamiento y procesamiento de información en la nube… por mencionar algunos de los más significativos. Sin embargo, ese protagonismo indispensable quedó históricamente relegado a garantizar que los sistemas alimentados funcionaran con elevados niveles de disponibilidad de energía, mientras la transformación tecnológica profunda se producía en las cargas críticas y los servicios asociados a ellas. Los Sistemas de Energía sin duda evolucionaban y se hacían cada día más confiables, eficientes e inteligentes, mas no cambiaban tecnológicamente a la misma velocidad que los equipos que estaban alimentando.

Finalmente, esto ha cambiado. La transición energética es una realidad y tanto los Sistemas de Energía Esencial como la industria eléctrica en su totalidad están viviendo el inicio de un proceso de cambios dramáticos de alto contenido tecnológico que viene determinado por tres grandes tendencias que se aprecian como irreversibles hoy en día.

La primera es la descentralización, con la creciente adopción de la generación distribuida que marca un camino de democratización en la industria. Este fenómeno ya en pleno desarrollo se seguirá apreciando en distintas escalas y con diferentes alcances, que van desde nuevos e innovadores modelos del negocio de generación hasta la búsqueda de mayor independencia energética por parte de grandes y medianos usuarios industriales y comerciales, llegando a los pequeños consumidores domésticos que persiguen un objetivo similar. Se supone que la descentralización debe asegurar viabilidad económica por un lado, y mejoras en la calidad del servicio, por el otro.

La segunda es la descarbonización. Ciertamente la respuesta global al tema del cambio climático y la puesta en práctica de medidas concretas para reducir las emisiones de dióxido de carbono no han tenido el nivel de contundencia que un problema de tal magnitud reclama. Sin embargo, se han dado grandes avances. La incorporación de fuentes renovables de energía para la generación de electricidad es la medida más concreta para reducir el consumo de combustibles fósiles, y este proceso se ha dado en prácticamente todos los países del mundo, en mayor o menor escala. Hay países en los que los avances son extraordinarios … hay muchos otros en los que todavía queda muchísimo por hacer. Es interesante comentar cómo esta apremiante tendencia de descarbonización potencia asimismo la tendencia descentralizadora, estimulándose una suerte de círculo virtuoso en este sentido.

También es importante comentar que el incremento en el uso de fuentes renovables ha sido factor fundamental para activar otra tendencia tecnológica cuyo crecimiento actual se sitúa fuera de toda predicción apenas un par de años atrás:  el uso de sistemas de almacenamiento a gran escala que permitan optimizar el uso de las energías renovables y, al mismo tiempo, aseguren que los sistemas eléctricos funcionen con los niveles esperados de confiabilidad, independientemente de la incertidumbre asociada a la generación proveniente de fuentes de energía limpia, como el sol y el viento.

Finalmente, la digitalización. La tecnología informática es el elemento habilitador para que la generación distribuida incorporando fuentes renovables sea una realidad con viabilidad económica y garantía de confiabilidad. La inteligencia en el control de las redes (tanto las de gran escala como las de tamaño reducido o micro-redes) permite optimizar el despacho de energía proveniente de los recursos distribuidos disponibles, maximizando los flujos financieros y la resiliencia de los sistemas eléctricos, mientras se reduce la huella de carbono. Internet de las cosas, el acceso a la gran data en la nube, las técnicas de procesamiento y análisis de esa data para lograr predictibilidad, la inteligencia artificial, el aprendizaje automatizado o “machine learning”  y la tecnología de cadenas de bloques o “blockchain” son las herramientas tecnológicas más importantes que definen esta tendencia.

La industria eléctrica está cambiando, y los Sistemas de Energía Esencial con ella. Cada día veremos con mayor claridad cómo las tres tendencias irreversibles van modelando lo macro y lo micro de estos mundos.

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