Cómo brindar "inteligencia" a la red eléctrica de una ciudad

Pasos para trasnformar una red eléctrica de pasiva en "activa" (que cuente con habilidades para poder comunicarse con dispositivos y efectuar acciones). Nuevo rol del usuario como productor: el prosumidor.

Es indudable que en los últimos años se ha potenciado el uso masivo y popular de las redes de comunicación, y particularmente de la Internet. Hoy escuchamos casi a diario terminología que, en un pasado no tan lejano, se interpretaba como futurística: inteligencia artificial, dispositivos inteligentes, o Internet de las Cosas (IoT), por mencionar sólo algunos ejemplos. En este contexto, nos podemos también preguntar si es posible brindar “inteligencia” a la red eléctrica de una ciudad. ¿Es posible pensar en una red eléctrica inteligente (REI) -o smart grid-? ¿Cuáles deberían ser sus atributos y/o aspectos innovadores? ¿Qué ventajas podría aportar una REI a nuestra sociedad en general, y a cada uno de los usuarios en particular?

Para focalizar el problema, pensemos en la red eléctrica de distribución de nuestra ciudad. En general, convivimos con una red eléctrica pasiva, en el sentido que no está dotada de una capacidad inherente como para tomar grandes decisiones en cuanto a su operación o funcionamiento; a lo sumo, posee una habilidad mínima como para desconectar alguno de sus sectores ante una falla o sobrecarga puntual, mientras deja sin suministro eléctrico a un importante número de usuarios durante un tiempo bastante incierto. Es interesante pensar en poder revertir algunas de estas dificultades a través de una red eléctrica activa, que cuente con habilidades para poder comunicarse con dispositivos conectados a esa red, y efectuar -con cierta inteligencia- acciones diversas, como el comando a distancia de interruptores, la conexión o desconexión de determinados tipos de cargas, el ingreso de potencia desde fuentes variadas de generación renovable, la gestión del almacenamiento de energía, la supervisión del funcionamiento de la red, la minimización de las pérdidas debidas al transporte de la energía, el mantenimiento de niveles de calidad aceptables para el funcionamiento de procesos industriales, etc. En definitiva, este tipo de REI debería proveer a los usuarios un suministro eléctrico de mayor calidad, más confiable, menos oneroso, y de menor impacto sobre el medio ambiente. La evolución de la red eléctrica actual hacia una REI demanda el desarrollo de al menos tres ejes tecnológicos: 1) las comunicaciones (para poder vincular los dispositivos), 2) la electrónica de potencia (para poder accionar esos dispositivos), y 3) las estrategias de gestión (para poder supervisar, operar y controlar la red).

¿Qué caracteriza a una REI?

Una REI debe efectuar la gestión óptima de todo dispositivo potencialmente conectable a la misma: generadores (renovables o no renovables), almacenadores (bancos de baterías y/o ultracapacitores, volantes de inercia), cargas diversas (industriales, comerciales, domésticas, vehículos eléctricos). Una REI puede particularmente efectuar una gestión activa de la demanda, limitando para ello la potencia demandada por cada usuario a través de una intervención externa de sus equipos, desconectando equipos no críticos en situaciones de riesgo operativo de la red, o aplicando una política tarifaria segmentada que fomente el desplazamiento programado de la operación de electrodomésticos a rangos horarios de menor demanda. Una REI puede tener, también, inteligencia para predecir con suficiente anticipación la ocurrencia de eventos particularmente relevantes (una falla en una línea o en un equipo, o la proximidad de una tormenta y sus efectos). Por ejemplo, un análisis de la evolución histórica de consumos o niveles de tensión, podría permitir anticipar la ocurrencia de una falla, o la necesidad de recurrir a la utilización de energía almacenada. Anticiparse a un evento permite gestionar los recursos de la red y predisponerlos adecuadamente con el objetivo de evitar inconvenientes técnicos futuros, repercutiendo positivamente en la calidad del suministro eléctrico. Para logar tal gestión eficiente de la REI, es esencial que todos los dispositivos estén comunicados a través de un leguaje común, y que existan técnicas de inteligencia computacional capaces de procesar grandes volúmenes de datos en tiempos extremadamente breves.

Otro aspecto adicional de una REI, heredado de su concepción como red eléctrica activa, involucra a la participación de cualquier usuario -en principio, consumidor de energía eléctrica- con un nuevo rol como productor; es decir, un prosumidor. En efecto, usuarios industriales, comerciales o residenciales pueden colaborar aportando energía a la red. Típicamente, esta generación es a baja escala, de una inversión inicial relativamente pequeña y de escaso mantenimiento, por lo que está principalmente orientada a la generación a partir de equipos basados en energías renovables (pequeñas turbinas eólicas o unos pocos módulos fotovoltaicos). En este rol, un prosumidor puede reducir su compra de energía a la red, o bien almacenarla para un consumo futuro. Ocasionalmente, podría aportar (vender) un sobrante de la energía generada.

cuadro ilustrativo de una composición de una red eléctrica inteligente
Composición de una red eléctrica inteligente

El futuro del vehículo eléctrico como componente esencial de la REI

Beneficios conocidos del vehículo eléctrico son la reducción de las emisiones contaminantes a la atmósfera y de la contaminación acústica en las ciudades. Pero además, el vehículo eléctrico cuenta con una gran potencialidad como unidad de almacenamiento de energía eléctrica, lo cual lo torna un complemento ideal de las energías renovables, optimizando su uso y permitiendo mayores niveles de participación. La tecnología V2G (Vehicle-to-Grid o vehículo a red) permite que la energía almacenada inicialmente en el vehículo “enchufable”, pueda ser luego vendida a partir de su vertido a la red. Esta tecnología aprovecha la premisa de que la mayor parte de los vehículos permanecen estacionados alrededor de un 95% del tiempo, cuando sus baterías podrían ser utilizadas para interactuar con la red. La transferencia de energía entre la batería del vehículo y la red eléctrica puede responder a condiciones atractivas de venta de electricidad a la red en horas de elevado consumo, y de compra a la red en horas de baja demanda, consiguiéndose así un beneficio económico. Pero también podría utilizarse la energía almacenada para mejorar la operación de la red, por ejemplo en escenarios de rápida variación de la demanda o ante la presencia de una falla, para mantener condiciones de estabilidad que eviten interrupciones del servicio. Por último, la función dual de carga-vertido con la red, conlleva la integración de energías renovables, dado que gracias a la tecnología V2G es factible cargar las baterías de los vehículos eléctricos cuando hay exceso de energía obtenida con fuentes renovables, para luego descargarlas desplazando generación tradicional, más costosa y contaminante.

Avances hacia una REI en el ámbito local

paneles solares La provincia de Santa Fe, a través de la Secretaría de Estado de la Energía, fue pionera en Argentina al impulsar el Programa Prosumidores con el objetivo de fomentar la generación residencial, rural y comercial, a partir de la instalación de generadores basados en fuentes de energía renovable. En Santa Fe, el prosumidor recibe un incentivo económico por la energía eléctrica generada por su instalación. En la ciudad de Santa Fe, la UTN Santa Fe es un prosumidor de referencia, desde 2018. Dispone de un generador fotovoltaico con una capacidad nominal de 2,88 kW pico en paneles, que además es utilizado para experimentar en prácticas curriculares y proyectos de investigación, en el marco de diversas carreras.

La Empresa Provincial de la Energía de Santa Fe (EPE-SF) ha iniciado sus primeras políticas de promoción de movilidad eléctrica, novedosas a nivel nacional, y que constituyen una pieza clave en la gestión de las futuras REI. Para ello, adquirió cuatro unidades Renault Kangoo modelo ZE, con una batería de ión-litio de 33 kWh de capacidad, un sistema de carga lenta de 6 a 8 hs, y una autonomía que oscila entre 150 y 270 km, según la velocidad de conducción. Además, instaló las primeras cuatro electrolineras o “surtidores” de energía eléctrica-: una en la ciudad de Rosario, otra en la ciudad de Santa Fe y las dos restantes en la autopista Santa Fe-Rosario, primera “autopista eléctrica” del país. Asimismo, la EPE-SF ha proyectado para el corto plazo la incorporación, en puntos estratégicos de sus redes de media y baja tensión, de equipos de medición remota y dispositivos modernos de maniobra y protección. A partir de un sistema de telecomando y comunicaciones, estos aparatos permitirán, en condiciones de falla y en forma automática, modificar la configuración de la red hacia una más segura, aislando la falla y reduciendo el número de usuarios afectados.

Existen otros muchos aspectos que necesariamente estarán involucrados en la concepción de una REI, y que implicarán inversiones a efectuar desde los pasos iniciales tendientes a su implementación (como por ejemplo, la necesidad de incorporar medidores de energía inteligentes, o de disponer módulos de comunicación en los diversos dispositivos componentes de la REI). De todas maneras, la tendencia a lograr una REI en una ciudad es un paso ineludible cuando se piensa, como horizonte final y más ambicioso, en la proyección de una ciudad inteligente