Sensores y tecnologías de medición para apoyar una respuesta más rápida y más exacta que el control remoto, permitiendo gerenciar en tiempo real la facturación y la demanda de energía
Componentes de tecnología de punta (la ultima) que de cabida a la incorporación de los resultados de la investigación en superconductividad, almacenaje de energía, energía electrónica y de diagnostico.
Componentes avanzados se supervisión que permitan un diagnostico rápido y soluciones adecuadas de cualquier evento en la red
Mejores interfases y soportes que ayuden en la decisión humana, y transformar a los operadores en gerentes de su propia red.
Resumiendo, estas tecnologías controlan, informan, comunican, integran tecnologías y optimizan el uso de la energía, y por ende reducen los costos a nivel de toda la REI.
Otra de las grandes transformaciones que permite una REI es la reducción de los picos de consumo, ya que cambia el concepto actual de "mantener disponible" la potencia (unidades de generación) a cada usuario aun cuando no la este utilizando. Por existir en la REI información bidireccional consumo-generación, solo estarán en operación las unidades generadoras requeridas en tiempo real. Esto hace a la red más eficiente energéticamente y minimiza la inversión en los sistemas de generación, transporte y distribución de electricidad.
Debido a la tendencia mundial de que cada inmueble genere energía (eólica o solar), la REI permite que esta energía sea incorporada a la red cuando el inmueble no la este utilizando. Esto conduce a que el usuario se transforme también en generador de electricidad, es decir, en un productor descentralizado. Esta forma de manejar la energía eléctrica pone a disposición de los grandes generadores centralizados potencia instalada en la cual no han realizado ninguna o poca inversión. Además por ser descentralizada la generación se minimizan las perdidas por transmisión y distribución de electricidad.
La REI reducirá el consumo de energía global por permitir la bi direccionalidad y la automatización de cada enchufe (toma corriente) en cada hogar y negocio, es decir, el inmueble inteligente donde se puede reducir la factura energética automáticamente, ya que se puede desconectar o conectar, sin la intervención humana, aquellos espacios que necesiten o no del servicio eléctrico. Esta filosofía es ideal para hoteles y oficinas, y para el manejo de equipos acondicionadores de ambientes (frío o calor).
Los niveles de una REI
La interrelación de la REI esta dada por: a nivel de usuario, a nivel local o regional y a nivel global. Cada uno de estos niveles tiene características intrínsecas y su funcionamiento debe ser armónico para que la red sea óptima.
Nivel usuario: se refiere a la integración del usuario (prosumer) en la red y su gestión.
El usuario es una de las piezas clave en la configuración de REI, ya que pasa de ser un actor pasivo a un actor activo. Constituye el punto final de consumo y punto de entrada de la generación distribuida, fundamentalmente, por fuentes de energías alternativas o renovables.
El usuario se convierte en una "micro empresa eléctrica", ya que gestiona su consumo y la producción y almacenamiento de energía mediante el contador o medidor inteligente.
Muchas propuestas van encaminadas a que el contador inteligente, no sólo contabilice la energía consumida, sino que permita la monitorización de los consumos por equipos (o áreas) y que, de acuerdo con unos criterios pre establecidos, permita controlarlos o regularlos (por ejemplo, desconectando toda o una parte de la iluminación de unas oficinas a partir de un hora, o modificar la potencia del aire acondicionado).
En lo atinente al almacenamiento hay muchas ideas pero quizás las más fáciles de intuir y las primeras que podrían implantarse son la integración en la red de vehículos híbridos enchufables (plug in) o eléctricos y el almacenamiento por frío/calor.
Mientras se desarrollen dispositivos de almacenamiento más eficaces y eficientes, las baterías de los vehículos harían la función de almacenamiento y podrían regresar (lógicamente si no esta en uso) a la REI esa energía, especialmente en las horas picos. Por otra parte, estos vehículos se recargarían en las horas de menor demanda o valles de la curva de demanda eléctrica.
Otra de las posibilidades es usar los sistemas de refrigeración/calefacción como sistema de almacenamiento de energía, ya que todos ellos funcionan con un rango de temperaturas. La idea sería que sobre-enfríen/calienten (hasta un máximo marcado dentro de sus posibilidades y funciones) en las horas valle (hay energía "sobrante) de forma que sirva para sobrellevar las horas pico con la menor necesidad posible de energía.
Nivel local/regional: Se refiere a la gestión de una parte de la red, de la integración en ella de los elementos (consumidores y productores) y su interrelación con el resto de la red.
El concepto de Redes Eléctricas Inteligentes (REI), en una escala local/regional, viene ineludiblemente asociado a la gestión de microrredes.
Partiendo de la idea de que la gestión de una red es más compleja cuanto más grande, la gestión de microrredes surge de simplificar ese problema dividiendo la red en redes más pequeñas. Estas pequeñas redes se conectan a la red general a través de una "central virtual" de forma que la red global se simplifica debido a que la microrred queda representada por un único elemento.
Cada microrred podrá tener cualquier elemento típico de una red eléctrica: consumidores distribuidos (particulares), grandes consumidores (industrias), centrales energéticas, generación distribuida e, incluso, almacenamientos energéticos.
La gestión de la microrred estará enfocada a optimizar los recursos y necesidades en la región y, a través de la central virtual, gestionar los excesos y déficits de energía con la red global.
Algunas de las ventajas de la gestión por microrredes:
Mayor robustez de la red global, al simplificar su gestión y tratar zonas de red como elementos individuales. Se trabaja, no sólo en la estabilidad global de la red sino en la estabilidad de cada una de las microrredes.
Optimización de la red y mayor eficiencia en el transporte de la electricidad, al favorecer la proximidad entre consumo y producción.
Favorece y fomenta las fuentes de energías autóctonas y la independencia energética regional, siendo la conexión con la red global la fuente de energía de último recurso.
Algunos de los inconvenientes:
Si bien puede fomentar el mallado de la red dentro de la propia microrred, el concepto de "central virtual" favorece la existencia de un único punto de conexión con el resto de las redes y por lo tanto, supone un punto de vulnerabilidad en caso de fallo: la microrred operaría en isla. Definir, para una microrred, más puntos de interconexión supone más centrales virtuales que están interrelacionadas entre sí y por lo tanto se pierde la ventaja de simplificación.
Nivel global: Se refiere a las estrategias, políticas y acciones con enfoque de red total, ya no sólo nacional, sino supranacional
Con una REI se aprovecharía los recursos en energéticos alternativos autóctonos de cada región o cada país. Es decir, que cualquier fuente de energía pueda ser utilizada en cualquier otra parte, mas aun si buscamos una mayor participación de las energías renovables en el mix energético.
Economías
Confiabilidad
Uno de los parámetros para medir la eficiencia de un sistema eléctrico es su confiabilidad, que no es más que las horas de falla dividida entre las horas de operación. Este indicador generalmente se referencia a una operación anual, por lo que el divisor es igual 8760 (horas de un año). Se dice que un sistema eléctrico es confiable cuando el índice es superior a 99.95 %.
De acuerdo con "Galvin Electricity Initiative", el sistema eléctrico de Estados Unidos esta diseñado para operar con una confiabilidad de los "tres 9". La confiabilidad del sistema americano es de 99.97 %. Teóricamente suena bonito…pero cuando a las fallas se les asocia el aspecto económico tenemos que el costo al consumidor se estima, hoy en día, en 150 millardos de dólares al año.
La tabla a continuación muestra el costo de la interrupción de una hora del servicio eléctrico en varios sectores industriales y de servicios en Estados Unidos.
Industria | Costo promedio (dólares) | |
Telefonía Móvil (celular) | 41000 | |
Venta de boletos por teléfono | 72000 | |
Sistema de reservación líneas aéreas | 90000 | |
Manufactura de conductores (cables) | 2000000 | |
Operaciones tarjetas de crédito | 2580000 | |
Operaciones bursátiles | 6480000 | |
La REI incrementa la confiabilidad del sistema eléctrico por lo que beneficia a productores y consumidores de electricidad. Debemos estar conscientes que en un mundo cada vez más digital, incluso los disturbios más leves de la calidad y confiabilidad de la energía eléctrica causaría pérdida de información, de procesos y de productividad. Las interrupciones y los disturbios de menos de un ciclo (menos que 1/60 de un segundo) son suficientes para afectar a los servidores, las computadoras, las máquinas de los cuidados intensivos y cualquier otro equipo o dispositivo que contenga un microprocesador.
Gastos de capital diferidos para la generación, la transmisión, y las inversiones en la distribución de electricidad
Una REI puede reducir la demanda máxima, lo cual conlleva a una reducción de líneas de transmisión y de centrales eléctricas adicionales que serían de otra manera necesarias para cubrir esa demanda.
Un buen ejemplo de esto es el sistema independiente de California que para el año 2005 – 2006 poseía una potencia instalada de 50.085 megavatios (MW). Sin embargo, el uso excede los 45.000 MW solamente el 0.65% del tiempo al año. A nivel de Venezuela, el sistema nacional eléctrico (OPSIS junio 2009) posee 23367 MW de capacidad instalada y la demanda máxima en este primer semestre del año alcanzo lo 17243 MW, es decir, 74 % de la capacidad.
La factibilidad de reducir demanda máxima vía REI permite diferir inversiones de capitales, prolongar la vida de los activos y reducir costos de mantenimiento y operación.
Reducción de costos de operación y mantenimiento
Las REI permiten, a control remoto y en forma automatizada, la conexión y desconexión de líneas de transmisión y equipos generadores reduciéndose así el tiempo de falla y los gastos asociados a la puesta en operación de los interruptores de protección de los mismos. Igualmente reduce las llamadas que realizan los consumidores a las empresas eléctricas al existir una falla de suministro. La reducción de costos puede también resultar de la supervisión a distancia del activo en tiempo real, lo que permite una mejor programación de mantenimiento preventivo.
Por otra parte, los operadores pueden reducir el riesgo de sobrecargar los transformadores de potencia equipos claves en la transmisión de electricidad, permitiendo un servicio continuo y mayor vida útil de los mismos.
Incremento de la eficiencia en la energía transmitida
REI permite hasta un 30% de reducción en las pérdidas ocurridas en la distribución de electricidad mediante el funcionamiento óptimo del factor de energía en un sistema balanceado. Hoy, este problema es manejado hasta cierto punto por los bancos controlados o automatizados de condensadores en los circuitos de distribución y en subestaciones. El control de estos dispositivos se puede mejorar grandemente con una mejor información en tiempo real. Por otra parte, casi todos los artefactos eléctricos tienen una mayor eficiencia, tales como los de calefacción, los sistemas (HVAC) de ventilación, y de enfriamiento, los productos electrónicos de consumo, la iluminación, etc. reduciendo así la carga de la red.
Integración de energía alternas y de generación distribuida
La REI permite una mejor adaptación y aprovechamiento de las energías alternas y de la generación distribuida, lo cual incorpora a los consumidores al uso de estas energías y de las ventajas que esto ofrece. Recordemos que las redes eléctricas existentes fueron diseñadas para transmitir desde fuentes centralizadas de generación hasta una carga fija (consumidor), mientras que en la REI se permite la entrada de diversas fuentes de generación. También elimina la problemática de la intermitencia de la electricidad a partir del sol o del viento, ya que estas son monitoreadas en tiempo real y se permite el flujo bidireccional. Todo esto conlleva a una mejor economía tanto para quien genera como para quien consume la electricidad.
Optimización del sistema de seguridad
Para garantizar la confiabilidad del sistema eléctrico cada día se utilizan más dispositivos digitales para proteger líneas y sub estaciones. El tiempo real en que se opera la red proporciona mayor seguridad de la misma. Es de aclarar que el colocar este tipo de dispositivos no indica que se tiene una REI, ya que esta debe cumplir con las características indicadas anteriormente.
Analicemos ahora las economías directas del consumidor en una REI.
En una encuesta realizada por IBM a 1900 consumidores estado unidenses de electricidad en el 2007, arrojo que los mismos desean tener más control de su consumo motivado a: las fallas más frecuentes, el alto costo de la factura y el impacto ambiental asociado a la electricidad. En tal sentido, la solución a lo planteado es la REI.
Gerencia del consumo
La REI ofrece al consumidor la capacidad para manejar o modificar sus hábitos en el consumo de electricidad mediante la automatización de su inmueble.
Los medidores inteligentes permiten conocer como se utiliza la energía dentro del hogar o negocio, cuanto cuesta esa energía y cual es el impacto ambiental de su consumo, por lo que el usuario puede hacer los ajustes que desee en tiempo real.
Los consumidores pueden crear redes internas en sus hogares en función del uso de sus artefactos y equipos eléctricos. Estos inmuebles inteligentes son convenientes y eficientes y ayudan al usuario a tomar decisiones para un mejor uso de la energía, lo cual lleva implícito un ahorro económico y menor impacto ambiental.
Ahorro por reducción de carga máxima
Dentro de la factura eléctrica esta incluida el costo por carga o demanda máxima (potencia), la cual pagan los usuarios para garantizarse el suministro de esa potencia cuando la necesiten. Para quien genera la electricidad, la demanda máxima le acarrea inversiones y costos altos y cuya recuperación viene de los usuarios.
REI permite una optimización de esa carga máxima, ya que los usuarios pueden conocer cuando es el momento más adecuado para utilizar un equipo en particular y el tiempo de uso. En otras palabras, es el diferimiento del uso del sistema eléctrico para una hora posterior. Como por ejemplo: utilización de la lavadora o secadora de ropa en horas nocturnas (después de las 9PM). Este simple cambio de hábito impacta en la disponibilidad de potencia a nivel del generador de electricidad. Si el usuario contribuye a reducir la carga máxima del sistema, esta contribuyendo a una menor tarifa en el sistema eléctrico.
Conveniencia de la generación distribuida
En la medida que las energías tradicionales, especialmente las fósiles, se hagan mas costosas y la concientización de menor agresividad al ambiente sea mas evidente, las energías alternativas tendrán mayor cabida dentro del sistema energético mundial.
Lo anterior permitirá la autogeneración a nivel de inmuebles, tal como lo refleja una ley española que establece que a partir del año 2007, todos los inmuebles que se construyan tendrán que generar el 20 % de su demanda a partir de energías alternativas. Este hecho cambia el paradigma de la oferta y demanda de electricidad, ya que un simple inmueble es considerado como una generación distribuida.
Cabe destacar que los productores mayores de electricidad (léase plantas eléctricas tradicionales), mediante una REI, incorporan una capacidad de generación con ninguna o poca inversión. Este enfoque crea oportunidades de costo – ahorro para los consumidores ya que pueden generar electricidad y vender el exceso a una REI. Por ejemplo, la empresa Hydro Quebec (Canadá) acredita la cantidad de energía que el suscriptor coloco en la red y después la descuenta de su factura mensual. Es decir, si el suscriptor consumió en el mes 1000 KW/h, pero a la vez aporto 150 KW/h durante el mes, la factura le será cobrada por 850 KW/h.
Conveniencia de medidores inteligentes
Con comunicaciones de dos vías entre el medidor del consumidor y la REI, la gerencia del sistema eléctrico es mas optimo. Por otra parte, los medidores inteligentes son mas exactos y reducirían la facturación por consumo estimados en los hoy medidores de acceso difícil. Las REI también permitirían la conexión y desconexión de equipos y artefactos eléctricos a distancia, optimizando así la curva oferta-demanda de electricidad.
PRINCIPALES DESARROLLOS
Estados Unidos es uno de los países más interesados en las redes eléctricas inteligentes. El gobierno de Obama ha incluido entre sus medidas de estímulo para la economía un presupuesto de unos 12000 millones de dólares para desarrollarlas.
Algunos estados ya están trabajando en varias redes piloto. La principal compañía eléctrica de Colorado, Xcel Energy, construye en Boulder "la primera red eléctrica inteligente del mundo para una ciudad entera", según sus responsables. Su objetivo es conectar a 35.000 hogares y empresas con sistemas automatizados y de comunicación bidireccional y aprovechar todo tipo de energías renovables. Asimismo, los dos proveedores de electricidad de Massachusetts trabajan en varios programas piloto en la altamente poblada región del este. El Estado de Florida también es testigo de varias pruebas: la compañía Progress Energy y la Universidad de Florida Sur colaboran en un proyecto para equipar a unos 5.000 hogares con diversos sistemas inteligentes, mientras que la compañía Florida Power también planea crear una red inteligente.
Además de los Estados Unidos, otros países también desarrollan iniciativas de este tipo. La empresa Energy Australia, con la colaboración de IBM, despliega desde 2006 una red inteligente con una inversión inicial de unos 180 millones de dólares.
En la Unión Europea (UE) están en marcha diversos proyectos internacionales, como Der-Lab, en el que participan nueve centros tecnológicos, entre ellos el español Tecnalia. Por su parte, algunas ciudades también cuentan con proyectos de implantación de estas redes. Por ejemplo, el Ayuntamiento de Amsterdam, en colaboración con varias empresas, lleva a cabo un plan de transformación ecológica para los próximos años, en la que incluye coches eléctricos, paneles solares o una red eléctrica inteligente.
El futuro
Hoy en día, alrededor de 1600 millones de personas no utilizan electricidad para su modo de vida. Los pronósticos indican que para el año 2030, el consumo de energía en forma eléctrica totalizara 124 millones de barriles diarios de petróleo equivalente (31.8 tera vatios horas), es decir, el 40 % de la energía consumida para ese año, que totaliza 310 millones de barriles diarios de petróleo equivalente.
Si las REI pueden ahorrar hasta un 30 % de la energía que se consume con una red normal, de más esta decir, que la vía a seguir es instalar las Redes Eléctricas Inteligentes. En un escenario como el indicado para el 2030 el ahorro seria de 37 millones de barriles diarios de petróleo equivalentes.
Por otra parte, la potenciación de las energías alternativas dentro del sistema energético mundial como consecuencia de la REI, permitiría una reducción significativa de la emisión de gases de efecto invernadero, aspecto este que es de vital importancia resolver en los próximos 20 años.
Conclusiones
Las REI es una de las formas de aumentar la eficiencia energética de los sistemas eléctricos, desde la generación hasta el consumidor final.
Las REI permiten la potenciación del uso de las energías alternativas, y de un menor impacto ambiental
Los beneficios económicos de la REI se distribuyen entre los usuarios y los generadores de electricidad
Netgrafía
http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm
http://www.oe.energy.gov/DocumentsandMedia/DOE_SG_Book_Single_Pages (1).pdf
http://www.nist.gov/smartgrid/
http://news.cnet.com/8301-11128_3-10286278-54.html
Autor:
Nelson Hernández
Blog: Gerencia y Energía
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