La red eléctrica ha evolucionado para adaptarse mejor a la oferta y la demanda, mejorar la estabilidad y la fiabilidad, y apoyar la transición a una energía más limpia y sostenible. Hoy en día, las redes inteligentes aprovechan la supervisión en tiempo real y la automatización para mejorar la eficiencia y dirigir mejor el flujo de energía.
Comparada con una red eléctrica tradicional, una red inteligente incorpora varios componentes nuevos:
– Recursos energéticos distribuidos (DER): Con el aumento de las energías renovables, los operadores de red buscan formas de equilibrar la generación y la demanda a nivel local. Los sistemas a pequeña escala que generan o almacenan energía han surgido como solución, pero la gestión eficaz de estos sistemas requiere la creación de microrredes[1].
– Infraestructura de medición avanzada (AMI): Las comunicaciones bidireccionales en tiempo real permiten un control más preciso de los flujos de energía. La visibilidad de la utilización de la energía en toda la red permite una previsión más precisa de la demanda y ajustes automáticos de la distribución de energía en respuesta a los cambios en la demanda[2].
– Tecnología de vehículo a red (V2G): El impacto de los vehículos eléctricos (VE) en las redes eléctricas ha sido uno de los principales motivos de preocupación. La tecnología V2G ayuda a mitigar este impacto al permitir que los VE entreguen a la red la energía no utilizada de sus baterías[3]. Los conductores también pueden asegurarse de que sus vehículos se carguen sólo durante los periodos de alta generación y baja demanda, o pueden programarlos para que inicien un ciclo de carga justo antes de su uso.
Estas innovaciones son sólo el principio. Tecnologías emergentes como la inteligencia artificial y la conectividad 5G amplían aún más las capacidades y el potencial de la red inteligente. Este artículo examinará algunas de esas tecnologías y su impacto, junto con las tendencias que actualmente configuran el sector energético.
Internet de la Energía
A medida que la red inteligente sigue evolucionando, los operadores adoptan cada vez más tecnologías del Internet de las Cosas (IoT), como sensores conectados y contadores inteligentes. Conocida como la Internet de la Energía (IoE),[4] esta red de dispositivos interconectados requiere una conectividad de gran ancho de banda a escala masiva. Esto se debe a la dispersión geográfica de la red y al abrumador volumen de datos que generan sus sensores.
Al igual que la tecnología 5G ha hecho posible casos de uso avanzados del IoT y de los bordes, es la clave para hacer posible el IoE[5]. El estándar 5G se diseñó desde cero para dar soporte al IoT, ofreciendo una velocidad, fiabilidad y seguridad excepcionales, ya sea en entornos urbanos congestionados o en ubicaciones remotas[6]. La infraestructura conectada que hace posible el 5G representa un avance considerable para la gestión de la red, ya que da soporte a la automatización casi en tiempo real[7].
Pero la conectividad es sólo una parte del rompecabezas. Una red inteligente es un sistema extremadamente complejo que produce cantidades ingentes de datos que requieren un análisis profundo y respuestas rápidas[8]. Para alcanzar estos objetivos, los operadores están explorando nuevas formas de alimentar la red con IA.
Redes inteligentes aún más inteligentes
La IA ofrece un inmenso potencial para revolucionar las operaciones de las redes inteligentes. Según un artículo publicado por SAP Insights, esta tecnología es fundamental para integrar la tecnología de las energías renovables, estabilizar la red y reducir la inestabilidad de las infraestructuras[9]. La capacidad de adaptación de la IA mediante el autoaprendizaje es especialmente valiosa para apoyar las energías renovables y equilibrar la generación de energía durante los picos y valles de la demanda.
Otras posibles ventajas de integrar la IA y el aprendizaje automático en las operaciones de la red inteligente son:
– una generación de energía más eficiente, una previsión más precisa y una mejor gestión de la energía mediante análisis predictivos;
– una toma de decisiones rápida y basada en datos;
– un uso de la energía y una carga optimizados y adaptados a dispositivos, puntos finales y vehículos eléctricos;
– alertas de cortes de suministro más sofisticadas y oportunas, junto con una conmutación automatizada para hacer frente a los desequilibrios de la red;
– un mantenimiento y una gestión proactivos de la infraestructura;
– una mejora de la visibilidad y la transparencia de todas las operaciones de la red; y
– una detección y corrección inteligentes de las amenazas.
Las redes inteligentes impulsadas por la IA también ofrecen a los consumidores una serie de ventajas, como la reducción de los costes energéticos, orientación sobre sostenibilidad, mayor transparencia en los precios y cortes menos frecuentes. La IA y el aprendizaje automático también pueden apoyar tecnologías emergentes como las microrredes.
Islas energéticas interconectadas: Microrredes
Imagina un barrio en el que cada casa tiene un tejado revestido de paneles solares (Figura 1). Aunque el barrio está conectado a la red eléctrica principal de su ciudad, cada casa puede generar energía suficiente para cubrir sus necesidades diarias.
Este vecindario de ejemplo es una microrred, una red localizada autosuficiente formada por múltiples cargas conectadas y DER.[10] Otros ejemplos son hospitales, campus universitarios y edificios comerciales. Una microrred puede funcionar de forma independiente o estar gestionada por una empresa de servicios públicos.
Las microrredes se definen generalmente por tres características fundamentales:
– Pueden generar y distribuir energía localmente
– Pueden desconectarse de la red central para funcionar de forma independiente (un proceso conocido como funcionamiento en isla)
– Están gestionadas por un controlador de microrred que puede supervisar y ajustar dinámicamente los precios de la energía y la generación de energía.[11]
Las microrredes son cada vez más importantes para aumentar la resistencia de la red, sobre todo en zonas propensas a catástrofes naturales o en lugares remotos. Pueden integrar diversas fuentes de energía, incluidas las renovables y los generadores convencionales, y están controladas por tecnologías inteligentes para garantizar una gestión y distribución eficientes de la energía.
Uno de los puntos débiles más importantes de la red de distribución tradicional es su falta de redundancia. Si una central eléctrica se desconecta o la red se sobrecarga debido a una gran demanda, regiones enteras pueden quedarse sin energía. Las microrredes mitigan este problema, ya que una zona que pierde el acceso a la red principal simplemente pasa a la microrred hasta que se restablece el suministro. Las microrredes también representan un paso importante en la transición a la generación de energía sostenible, al reducir la carga energética de la red principal.
Un impulso global hacia la energía sostenible
Desde que la Unión Europea anunció sus planes para ser neutral con respecto al clima en 2050, los gobiernos de[12] de todo el mundo han invertido en sus propias iniciativas de sostenibilidad. Aunque los detalles difieren, el eje central de casi todas las iniciativas implica una red eléctrica actualizada y una transición a las energías renovables:
– Tailandia pretende generar un tercio de su energía a partir de fuentes renovables para 2037 y se enfrenta a un floreciente mercado de vehículos eléctricos que exige una amplia modernización de la red eléctrica del país.[13]
– Suecia pretende prescindir por completo de los combustibles fósiles en 2040, aprovechando una combinación de energía eólica, bioenergía, energía solar y calor corporal. El país alcanzó el hito del 50% en 2012, ocho años antes de lo previsto. [14]
– El gobierno colombiano planea que aproximadamente el 75 por ciento de los hogares estén equipados con contadores inteligentes para 2030.[15]
– Japón se ha comprometido a ser neutro en carbono para 2050 y, en consecuencia, se ha comprometido con un fondo de descarbonización de 155.000 millones de dólares.[16]
Las tecnologías de redes inteligentes serán decisivas en la transición a fuentes de energía sostenibles como la solar, la eólica y la hidroeléctrica. Además de regular de forma inteligente las fluctuaciones de la demanda, las redes inteligentes apoyarán el mantenimiento predictivo y proactivo y permitirán una mejor gestión y visibilidad del sistema. Quizá la tecnología de apoyo más crítica sea el almacenamiento de energía.
Colmar la brecha entre la oferta y la demanda
A excepción de la energía nuclear y la hidroeléctrica, las soluciones energéticas sostenibles adolecen de una gran debilidad: sólo pueden generar energía dentro de ventanas temporales limitadas, sin medios para aumentar su escala durante periodos de gran demanda. Mientras que una central de gas natural puede crear más energía quemando más recursos, no se puede hacer que el sol brille más o aumentar la fuerza del viento. Así pues, las soluciones sostenibles no pueden ampliarse sin sistemas de almacenamiento de energía.
Afortunadamente, hay varias soluciones prometedoras en el horizonte. La más notable es la evolución de las baterías de estado sólido, que prometen densidades energéticas a nivel celular de hasta 500 vatios-hora por kilogramo. [17] Las redes inteligentes también desempeñarán un papel esencial al identificar dinámicamente cuándo almacenar y liberar el exceso de energía, mejorando la flexibilidad y fiabilidad de la red.
Impulsar un transporte más inteligente
Además de las iniciativas de modernización de la red, la transición a los VE tiene el potencial de reducir masivamente las emisiones. La mayoría de las naciones comprometidas con la neutralidad climática también se han comprometido a sustituir los vehículos de combustión por coches eléctricos en las próximas décadas. Junto con la tecnología V2G, la red inteligente será fundamental en esta transición por varias razones.
En primer lugar, ayudará a mitigar la carga de carga de los VE mediante una programación inteligente. Esto podría significar iniciar ciclos de carga sólo durante periodos de alta generación de energía o de baja demanda. También podría suponer ajustar los ciclos de carga en función de las necesidades del conductor. Por ejemplo, si un conductor sale regularmente de casa para ir a trabajar a las 8 de la mañana, el vehículo podría programar un ciclo de carga lento para garantizar que el coche esté listo para conducir a tiempo, minimizando al mismo tiempo el impacto en la red.
Las redes inteligentes también pueden hacer un seguimiento de la reducción de emisiones de los VE para obtener créditos de gases de efecto invernadero. Aunque el impacto de esta innovación puede ser mínimo a nivel del consumidor, podría suponer un importante ahorro de costes para las empresas que operan con flotas de transporte terrestre considerables.
Por último, la red eléctrica inteligente podría servir de puente entre los vehículos eléctricos y las ciudades inteligentes. Aunque en un principio facilitaría la comunicación y la coordinación para tareas como la supervisión y el control del tráfico, la infraestructura eléctrica inteligente podría contribuir con el tiempo a hacer posible la conducción totalmente autónoma. [18]
Apoyo a la ciberseguridad inteligente
A medida que las redes eléctricas están más interconectadas y dependen más de las tecnologías digitales, también se convierten más en un objetivo para los actores de amenazas. Es esencial garantizar la seguridad y resistencia de las infraestructuras críticas frente a ciberamenazas cada vez más sofisticadas.
Para combatir estas amenazas, los operadores están utilizando la encriptación para salvaguardar la transmisión de datos a través de la red. También son vitales los protocolos de comunicación seguros, que garantizan que la comunicación entre las distintas partes de la red se realice de forma segura, minimizando así el riesgo de interceptaciones y manipulaciones.
También se necesitan características de resistencia para mantener el funcionamiento de la red en condiciones adversas y facilitar una recuperación rápida. Las técnicas clave incluyen vías redundantes para el flujo de energía y sistemas de control robustos capaces de aislar y solucionar los puntos de fallo sin apagar toda la red.
Impulsar un futuro más inteligente
El mundo ha avanzado mucho desde que se puso en marcha la primera red eléctrica. Las redes eléctricas modernas se enfrentan a una serie de exigencias y dificultades que habrían sido inconcebibles hace tantos años. Afortunadamente, las redes inteligentes han evolucionado para afrontar y superar esos retos.
Desde la 5G y la IA hasta los VE y las microrredes, estamos revolucionando lenta pero inexorablemente la forma en que producimos, almacenamos e incluso utilizamos la electricidad. Y todo indica que lo que hemos visto hasta ahora es sólo el principio.
[1] https://www.next-kraftwerke.com/knowledge/derms [2] https://www.eaton.com/us/en-us/products/utility-grid-solutions/advanced-metering-infrastructure/fundamentals-of-ami.html [3] https://news.mit.edu/2023/minimizing-electric-vehicles-impact-grid-0315 [4] https://www.investopedia.com/terms/i/internet-energy-ioe.asp [5] https://www.csiro.au/en/news/all/articles/2023/november/introducing-the-internet-of-energy [6] https://iot.telenor.com/technologies/connectivity/5g [7] https://biztechmagazine.com/article/2023/07/5g-technology-key-modernizing-energy-and-utilities-industry [8] https://www.osti.gov/servlets/purl/1639296 [9] https://www.sap.com/insights/smart-grid-ai-in-energy-technologies.html [10] https://www.microgridknowledge.com/about-microgrids/article/11429017/what-is-a-microgrid [11] https://www.energy.gov/eere/solar/solar-integration-distributed-energy-resources-and-microgrids [12] https://climate.ec.europa.eu/eu-action/climate-strategies-targets/2050-long-term-strategy_en [13]The Smart Grid and Renewable Energy[14] https://www.climatecouncil.org.au/11-countries-leading-the-charge-on-renewableenergy/ [15]
National smart meter rollout planned in Colombia[16] https://asia.nikkei.com/Spotlight/Environment/Climate-Change/Japan-plans-155bn-decarbonization-fund-for-grid-factory-investments [17] https://about.bnef.com/blog/top-10-energy-storage-trends-in-2023 [18] https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-031-25840-4_7 Tecnología V2G para la Red Inteligente
