La red eléctrica es uno de los logros más importantes de la historia reciente. Aquí, “red” se refiere a toda la red, desde la central eléctrica donde se genera la energía hasta nuestros hogares donde se utiliza, y todo lo que hay entre medias. Sin embargo, el aumento de la producción de energía renovable y el crecimiento de los recursos energéticos distribuidos han generado problemas técnicos para la red actual, lo que ha hecho necesaria una red inteligente que pueda tomar decisiones por sí misma para mantener la seguridad y la estabilidad de todo el sistema.
En este artículo, aprenderemos todo sobre la red inteligente (Smart Grid). También hablaremos de por qué la transición a las Smart Grids es tan importante y cómo podemos implementarla en la vida de la civilización moderna. Brevemente, discutiremos el estado de las redes inteligentes en diferentes países y los problemas que surgen en su implementación.
Tabla de Contenido
¿Qué es una red inteligente o Smart Grid?
Smart Grid es la integración de nuestra red eléctrica actual con comunicación bidireccional y tecnología de sondeo digital para ampliar las capacidades de la red actual y mejorar su seguridad, confiabilidad, eficiencia y autosuficiencia. Smart Grid permite controlar diversos parámetros y tomar medidas de precaución para prevenir fallos y cortes de energía. La tecnología Smart Grid también permite al consumidor controlar sus dispositivos de forma remota y medir el consumo de energía, lo que puede reducir significativamente el consumo. La imagen de abajo muestra la diferencia entre la conexión y el nivel de comunicación entre una red convencional (izquierda) y una red inteligente (derecha).
¿Por qué es necesaria la transición a Smart Grid?
La transición a la red inteligente es crucial para mejorar la fiabilidad de nuestro sistema energético debido a la expansión de las tecnologías de energía renovable. La implementación de la generación renovable, gracias al desarrollo tecnológico y para frenar la contaminación, ha incrementado la producción a través de recursos energéticos distribuidos. Esto, aunque extremadamente beneficioso para el medio ambiente por su menor huella de carbono, puede tener un impacto negativo en la red actual. También puede aumentar la eficiencia de la red, reducir las pérdidas y minimizar el coste de la energía para los consumidores.
Todos los países desarrollados y muchos países en desarrollo están invirtiendo grandes cantidades de dinero en aumentar la proporción de energía renovable de acuerdo con el Acuerdo de París. La rápida adopción de energías renovables puede generar muchos problemas para la red existente. A continuación, se muestra un ejemplo de cómo el exceso de generación de energía a través de recursos energéticos distribuidos, como los paneles solares personales en los tejados, puede causar un gran problema en la red existente.
Los objetivos principales de la red inteligente son:
- Aumentar la fiabilidad de la red.
- Mejorar la eficiencia mediante la detección de pérdidas y robos de energía.
- Proporcionar control tanto al productor como al consumidor de energía.
- Mejorar la calidad de la energía.
- Minimizar los costes de la energía.
- Autocontrol y autocuración.
¿Qué tecnologías son necesarias para implementar la red inteligente?
Como su nombre indica, la red inteligente es una versión más inteligente y avanzada de la red actual. Combina la red eléctrica con la automatización y, por lo tanto, requiere tecnología de comunicación digital. Es capaz de mantener la seguridad de la red y utilizar energía de fuentes distribuidas. Los componentes para construir una red inteligente son los siguientes:
- Comunicación integrada bidireccional: La tecnología de red inteligente solo es posible mediante la integración de la comunicación en la red existente. La comunicación bidireccional es necesaria para el seguimiento y el análisis de diversos parámetros, como la generación y el uso, así como las pérdidas en la red de transmisión. El protocolo de comunicación debe ser rápido, seguro y fiable; y, dependiendo de los requisitos para lograr la comunicación bidireccional, se pueden utilizar diversas tecnologías. Las tecnologías de comunicación más comunes son SCADA, PLC, comunicación celular inalámbrica, etc. Los parámetros más importantes a la hora de elegir la tecnología de comunicación son:
- Costes.
- Capacidad de cobertura de la red.
- Alto ancho de banda de datos con baja latencia.
- Facilidad de implementación.
- Seguridad de los datos.
- Fiabilidad.
- Dispositivos inteligentes: Los dispositivos inteligentes hacen posibles las redes inteligentes. Estos dispositivos son cruciales para la detección y el control de diversos parámetros de la red. Un dispositivo inteligente puede utilizar el IoT para controlar el proceso basándose en instrucciones predefinidas por el usuario. Esto puede mejorar la eficiencia y la seguridad del sistema. Por ejemplo, una bomba de agua para regar plantas puede funcionar solo cuando el coste de la energía es bajo, lo que proporciona una ventaja financiera al propietario y reduce la carga energética en las horas punta.
- Medidores inteligentes de energía: Este es el dispositivo más importante para cualquier consumidor, ya que puede facilitar la comunicación bidireccional entre el consumidor y la empresa de gestión. Permite la recopilación de datos del usuario final, lo que permite funciones como la facturación automática, la detección de fallos del dispositivo, lo que conduce a reparaciones más rápidas y a la resolución de cualquier problema.
- Subestaciones inteligentes: La subestación inteligente es el componente más importante del sistema de red inteligente. Permite la monitorización y hace que la subestación sea más flexible, dando al operador de la subestación más control para ajustar más rápidamente las condiciones que pueden prevenir fallos o cortes de energía. Garantiza la seguridad de toda la red y, en caso de problemas técnicos, las subestaciones inteligentes pueden ayudar a restaurar el sistema más rápidamente. La subestación inteligente también puede proporcionar un control automático de la ruta del flujo de energía para gestionar la demanda.
- Unidad de medición de fasores (PMU): La unidad de medición de fasores, también conocida como PMU o sincrofasor. La PMU proporciona información detallada sobre la calidad de la energía en la red a gran escala. Se utiliza para analizar el vector, que puede proporcionar información sobre la magnitud y el ángulo de fase en un punto del cable de transmisión. Los datos se pueden utilizar para determinar si la tensión, la corriente y la frecuencia están dentro de las tolerancias especificadas. Los datos se sincronizan en el tiempo mediante GPS o el protocolo de tiempo preciso IEEE 1588. Las principales aplicaciones de la PMU son:
- Automatización del sistema de energía en la red inteligente.
- Gestión de la carga dirigiendo la energía donde se necesita.
- Mejora de la fiabilidad de la red mediante la detección temprana de fallos.
- Mejora de la calidad de la energía mediante la corrección automatizada.
- Mejora de la seguridad mediante la marca de tiempo sincronizada.
Las aplicaciones de microrredes se utilizan para aislar o decidir dónde desconectarse de la red, igualar la carga y la generación, y resincronizar con la red principal.
Lo que algunos países quieren lograr al cambiar a redes inteligentes
La red inteligente tiene muchas ventajas, pero modernizar nuestra red actual a una red inteligente es una solución que requiere mucho tiempo, recursos y es muy costosa. Cada país tiene su propia visión y razones específicas para instalar una red inteligente. A continuación, se describen algunos países y su visión de la implementación de la red inteligente.
- India: India está aumentando rápidamente la producción de energía renovable para satisfacer sus necesidades energéticas y reducir la contaminación. La gran población del país y los planes para implementar vehículos eléctricos requieren una rápida implementación de la red inteligente. Pero la razón más importante es la gran cantidad de pérdidas. En India, las pérdidas de transmisión superan el 20%, y una gran parte se debe al robo de energía. Según la Misión Nacional de Redes Inteligentes, el objetivo de la implementación de la red inteligente es proporcionar una red adaptable y sostenible que garantice un suministro seguro y fiable de energía a todas las partes interesadas.
- China: China se considera el centro de producción del mundo, y el aumento de la demanda de energía es un problema grave en el país. Por lo tanto, la adopción de la red inteligente por parte de China se centra en ampliar las capacidades de generación mediante recursos renovables, mejorar los sistemas de transmisión y distribución de energía en China con el objetivo de reducir las pérdidas, pero su principal objetivo es limitar la contaminación, que durante mucho tiempo ha sido un grave problema para China.
- Sudáfrica: El objetivo principal para Sudáfrica es mejorar la fiabilidad de las redes, ampliar la implementación de fuentes de energía renovables con el objetivo de descarbonizar la producción de energía.
- Reino Unido: La idea principal del Foro británico de Smart Grid, que defiende la instalación de la red inteligente, es mejorar el control de la red eléctrica y dar a los consumidores más control sobre su consumo de energía. Según el Foro Smart Grid, el proyecto creará más de 9000 puestos de trabajo y ahorrará más de 12 000 millones de libras esterlinas para 2050.
Principales problemas que surgen en la implementación de Smart Grid
Como cualquier otra tecnología revolucionaria, la red inteligente también se enfrenta a muchas resistencias y preocupaciones debido a factores como el alto coste inicial, el control remoto y la falta de concienciación entre el público en general. Las principales preocupaciones sobre la implementación de la tecnología de red inteligente están relacionadas con el temor a la violación de la privacidad de los datos. El contador inteligente tiene interruptores que se pueden controlar de forma remota para cortar la alimentación a un hogar específico. Existe la idea errónea de que la comunicación de radiofrecuencia utilizada por los contadores inteligentes causa cáncer y otros problemas de salud al consumidor. Gran parte de la población también cree que el aparato gubernamental puede utilizar mal la tecnología para molestar a sus oponentes y activistas. Los principales problemas en la implementación de la red inteligente son:
- Coste inicial muy elevado de la instalación.
- Falta de marco normativo.
- Baja demanda y falta de conocimientos entre el público en general.
- Problemas de seguridad debido al intercambio de datos.
- Temor al abuso del control de la energía por parte del Estado.
Ventajas de la red inteligente sobre la red convencional
La red inteligente tiene muchas ventajas potenciales sobre la energía convencional. La seguridad, la fiabilidad y la posibilidad de control remoto la hacen extremadamente deseable. Ventajas de la red inteligente sobre la red convencional:
- La red inteligente hace que toda la red eléctrica sea más segura.
- La red inteligente proporciona una mejor gestión de la energía.
- Reduce las pérdidas en la transmisión y distribución de energía, así como su robo.
- Permite el diagnóstico y la resolución de problemas remotos.
- Mejora la integración de los recursos energéticos distribuidos.
- Ofrece a los usuarios más control sobre el consumo de energía.
Conclusión
La red eléctrica se considera un logro importante del siglo XIX. Pero debido al crecimiento de los recursos energéticos distribuidos y la implementación de paneles solares en los tejados de los edificios, la red actual se enfrenta constantemente al riesgo de sobrecarga e interferencias.
Por lo tanto, para aumentar la generación de energía renovable mediante un sistema energético distribuido, se necesita una red más inteligente que pueda gestionar diversos parámetros con la participación humana; por lo tanto, se necesita una red inteligente.
A pesar del coste inicial muy elevado de la instalación, se espera que la red inteligente ahorre miles de millones de dólares en pérdidas de energía y pueda mejorar la calidad de la energía suministrada a los hogares. La existencia de una comunicación bidireccional entre el consumidor y la empresa distribuidora de energía y el uso de dispositivos inteligentes hacen que la red inteligente sea autosuficiente, mejorando así la fiabilidad, aumentando al mismo tiempo la eficiencia y reduciendo los costes de mano de obra, como la lectura manual de los contadores.
A pesar de tener tantas ventajas, el elevado coste inicial y la preocupación por la seguridad de los datos hacen que la difusión de las redes inteligentes sea un proceso más lento de lo esperado.