Redes eléctricas inteligentes (REI) O Smart Grid (página 2)

• 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.

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.smartgridnews.com/

http://www.nist.gov/smartgrid/

http://news.cnet.com/8301-11128_3-10286278-54.html

http://www.smartgrids.eu/

Autor:

Nelson Hernández

Blog: Gerencia y
Energía