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Microrredes: Fomento de la producción local para el consumo local de energía renovable
La utilización eficaz de energías renovables como la solar y la eólica es un elemento esencial para lograr la neutralidad de carbono. Según el informeStatistical Review of World Energy 2023 publicado por el Instituto de la Energía del Reino Unido, las energías renovables, incluida la hidroeléctrica, ya representan aproximadamente el 30% del suministro eléctrico mundial. La cantidad total de esa energía renovable es de 8.539 TWh. Esto significa que ha crecido más de cuatro veces respecto a los 2.058 TWh de 1985.
Cuando se habla de formas de utilizar plenamente las energías renovables, mucha gente piensa en la generación de energía a gran escala en lugares rebosantes de energía natural. Ejemplos de ello son la generación de energía solar en lugares extensos como desiertos o praderas y la generación de energía eólica en el mar. Sin embargo, existen formas de energía renovable incluso en medio de cualquier gran ciudad. De hecho, se están promoviendo de forma proactiva esfuerzos para introducir la generación de electricidad con energías renovables en las zonas urbanas. En Japón, por ejemplo, se están instalando paneles solares en las azoteas de los edificios y en los tejados de las casas. La cantidad de energía que generan estos paneles solares es pequeña. Esto significa que se están colocando como fuentes de energía auxiliares. Sin embargo, se están utilizando eficazmente. Además, se están desarrollando e introduciendo tecnologías de generación de energía solar en las paredes y ventanas de los edificios y tecnologías que generan energía utilizando las vibraciones que producen las personas al caminar.
Observando la situación desde una perspectiva global, muchas ciudades pequeñas y medianas se esfuerzan por lograr una producción local para el consumo local en la que la energía consumida localmente se suministre utilizando energía eólica, solar, hidroeléctrica y otras formas de energía renovable en esa localidad. Además, cada vez son más las empresas que participan en RE100. RE100 es una iniciativa internacional cuyo objetivo es que las empresas suministren la energía que utilizan en sus negocios con energías 100% renovables. Estas empresas están introduciendo de forma proactiva equipos de generación de energía en sus fábricas y otras instalaciones para generar por sí mismas la mayor cantidad posible de energía (Fig. 1).
Microrredes: Apoyo a la producción local para el consumo local de energía renovable
Podemos decir que los esfuerzos por lograr la producción local para el consumo local convirtiendo la energía renovable en energía son un medio extremadamente eficaz de utilizar la energía. Esto se debe a que es posible minimizar la pérdida de energía que siempre se produce en los sistemas eléctricos durante la transmisión y distribución de dicha energía.
Las grandes centrales eléctricas están situadas lejos de las ciudades, donde se consume una gran cantidad de energía en los sistemas eléctricos actuales. La energía generada en esas centrales se transmite y distribuye a las zonas donde se consume para ser utilizada en la vida cotidiana y las actividades socioeconómicas. Sin embargo, aproximadamente el 30% de la energía generada en las centrales se desperdicia en el proceso hasta su uso a través de la red de transmisión y distribución de energía (también conocida como red). Esto se debe a que una gran cantidad de energía se disipa en forma de calor u ondas electromagnéticas debido a las líneas eléctricas y las cargas de los convertidores de potencia. Cuanto menor sea la distancia de transmisión y distribución de energía, menos veces se convertirá la energía, lo que permite reducir la pérdida de potencia. Por lo tanto, podemos minimizar la pérdida de energía produciendo localmente para el consumo local utilizando la energía natural que nos rodea como fuente de alimentación distribuida.
*Esta página está en japonés.
Una red eléctrica a pequeña escala cuyo objetivo es lograr la producción local para el consumo local de energía se denomina microrred (Fig. 2). Además de utilizar eficazmente las energías renovables, las microrredes tienen otras ventajas, ya que son sistemas de energía distribuida. Por ejemplo, las microrredes son capaces de suministrar energía de forma estable a las comunidades incluso en caso de apagón a gran escala durante una emergencia como una catástrofe. Esto nos permite mantener nuestra vida cotidiana y nuestras actividades empresariales.
Requisito principal del funcionamiento de los sistemas de energía: Principio de equilibrio
El concepto de microrredes es sencillo. Sin embargo, hacer realidad las microrredes no es tan fácil. Esto se debe a que hay un principio fundamental para la construcción y el funcionamiento de los sistemas de energía llamado "principio de equilibrio".
El principio de equilibrio es la regla según la cual la cantidad de energía suministrada por una central eléctrica debe coincidir siempre con la cantidad de energía demandada, sea cual sea el sistema eléctrico. Si el sistema eléctrico no respeta este principio, la tensión de la red se vuelve inestable y los equipos pueden averiarse, provocando un apagón a gran escala.
Sin embargo, la energía derivada de energías renovables como la solar se produce a partir de fenómenos naturales inestables. En consecuencia, no podemos ajustar convenientemente la cantidad de energía generada. Por lo tanto, es difícil suministrar la energía que utilizamos y utilizarla plenamente sólo con la energía generada en la comunidad. Esto significa que es necesario emplear un mecanismo que se adapte a los excedentes y las deficiencias con un funcionamiento y una gestión avanzados, como el ajuste fino del equilibrio entre la oferta y la demanda en la comunidad o la utilización de un gran sistema de almacenamiento de energía (ESS).
Redes inteligentes: Requisito importante para la realización de las microrredes
El medio para resolver este problema es un concepto muy similar al de microrred, denominado "red inteligente", un mecanismo que controla automáticamente la energía necesaria para que pueda suministrarse sin excedentes ni deficiencias utilizando contadores inteligentes y otros dispositivos de telecomunicaciones para visualizar en tiempo real la demanda de energía en cada hogar, establecimiento comercial u otra instalación.
Las microrredes y las redes inteligentes son conceptos diferentes. Sin embargo, es difícil realizar una microrred que logre la producción local para el consumo local de energía de manera eficiente y eficaz sin introducir un mecanismo de red inteligente. Las redes inteligentes captan en tiempo real y en detalle la cantidad de energía generada en las instalaciones de generación de energía renovable distribuida y la cantidad de energía consumida en la vida cotidiana y los negocios para lograr un equilibrio entre ambas mientras gestionan la carga y descarga de múltiples ESS distribuidas. Si hay una deficiencia en la energía generada sólo con los valores permitidos de carga y descarga de las ESS instaladas, las redes inteligentes adquieren y liberan energía de la red más amplia para preservar el equilibrio.
La tecnología que utiliza la tecnología IoT para controlar la cantidad de energía suministrada como si los múltiples equipos de generación de energía y ESS de una microrred fueran una sola central eléctrica se denomina "central eléctrica virtual (VPP)", mientras que los contadores inteligentes se utilizan para captar en tiempo real la situación del consumo eléctrico en hogares y establecimientos comerciales. Si observamos la situación global, los contadores inteligentes se están extendiendo rápidamente. Los contadores inteligentes empezaron a instalarse en los hogares en 2014 en el área metropolitana de Tokio (Japón). La instalación se completó en casi todos los hogares y establecimientos comerciales a finales del año fiscal 2020. Está previsto que la instalación de contadores inteligentes en todo Japón concluya a finales del ejercicio 202024. En otras palabras, podemos decir que se están sentando las bases para promover la construcción de microrredes.
Sistemas de transmisión y distribución de corriente continua para mejorar la eficiencia
También se está intentando aumentar aún más la tasa de utilización de la energía con microrredes. En la actualidad, se está desarrollando la tecnología para introducir una nueva red de transmisión y distribución de energía denominada "microrred de corriente continua", que transmitirá y distribuirá energía de corriente continua en lugar de la de corriente alterna que se utiliza en las fuentes de alimentación comerciales.
Las fuentes de alimentación de CC, como las baterías solares y las baterías de almacenamiento, se utilizan a menudo en el lado de la alimentación de las microrredes. Por otro lado, si nos fijamos en el consumo de energía, los dispositivos de telecomunicaciones fabricados con semiconductores y componentes electrónicos y los productos electrónicos de bajo consumo fabricados con inversores funcionan con corriente continua. Esto significa que ambos lados manejan corriente continua.
En la actualidad, sin embargo, la energía de CA se transmite y distribuye, por lo que es necesario convertir la energía tanto cuando se transmite como cuando se utiliza. En ese momento se produce una pérdida de energía. Las microrredes de CC son una tecnología destinada a minimizar este desperdicio. Se prevé la instalación de buses de CC de unos 400 V en lugar de las líneas eléctricas convencionales de CA de 200 V / 100 V y que las redes comerciales de alta tensión funcionen conectadas mediante un convertidor bidireccional CA/CC. Además de las microrredes, se están utilizando sistemas de transmisión de corriente continua para transmitir energía a largas distancias. Ya hay ejemplos prácticos de esta tecnología en Europa y América.
No cabe duda de que la construcción y el funcionamiento de las microrredes progresarán al mismo tiempo que aumentan las posibilidades de uso de las energías renovables. Se espera que aumente aún más la demanda de microrredes más eficientes y flexibles, capaces de adaptarse a distintas configuraciones de uso, y de componentes electrónicos que apoyen la construcción de esas microrredes.
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