Las Redes Inteligentes dan Forma al Futuro

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La red eléctrica ha evolucionado para ajustar mejor la oferta y la demanda, mejorar la estabilidad y la confiabilidad, y respaldar la transición a una energía más limpia y sostenible. Hoy en día, las redes inteligentes aprovechan la monitorización y la automatización en tiempo real para mejorar la eficiencia y dirigir mejor el flujo de energía.

En comparación con una red eléctrica tradicional, una red inteligente incorpora varios componentes nuevos:

• Recursos energéticos distribuidos (DER): con el auge de la energía renovable, los operadores de la red están buscando formas de equilibrar la generación y la demanda a nivel local. Los sistemas a pequeña escala que generan o almacenan energía han surgido como una 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 toda la red sobre el uso de energía permite una previsión de demanda más precisa 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 un importante punto de preocupación. La tecnología V2G ayuda a mitigar este impacto al permitir que los VE entreguen energía no utilizada de sus baterías a la red.[3]Los conductores también pueden asegurarse de que sus vehículos se carguen solo durante alta generación y baja demanda, o pueden programarlos para que comiencen un ciclo de carga justo antes de su uso.

Estas innovaciones son solo el comienzo. Las 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 dan forma al sector energético.

Internet de la energía

A medida que la red inteligente continúa evolucionando, los operadores adoptan cada vez más tecnologías de Internet de las cosas (IdC), como sensores conectados y medidores inteligentes. Conocida como Internet de la Energía (IdE),[4]  esta red de dispositivos interconectados requiere conectividad de gran ancho de banda a gran escala. Esto se debe a la expansión geográfica de la red y al abrumador volumen de datos generados por sus sensores.

Al igual que la tecnología 5G ha permitido casos de uso avanzados de IoT y edge, es la clave para habilitar la IdE.[5] El estándar 5G se diseñó desde cero para respaldar la IoT, ofreciendo velocidad, confiabilidad y seguridad excepcionales, ya sea en entornos urbanos congestionados o ubicaciones remotas.[6] La infraestructura conectada que hace posible la 5G representa un avance considerable para la gestión de la red, ya que respalda la automatización casi en tiempo real.[7] 

Pero la conectividad es solo una parte del rompecabezas. Una red inteligente es un sistema extremadamente complejo que produce cantidades masivas de datos que requieren un análisis profundo y respuestas rápidas.[8] Para cumplir estos objetivos, los operadores están explorando nuevas formas de alimentar la red con IA.

Hacer que las Redes Inteligentes Sean Aún Más Inteligentes

La IA ofrece un inmenso potencial para revolucionar las operaciones de las redes inteligentes. Según un artículo publicado por SAP Insights, la tecnología es fundamental para integrar la tecnología de energía renovable, estabilizar la red y reducir la inestabilidad de la infraestructura.[9] La adaptabilidad de autoaprendizaje de la IA es particularmente valiosa para respaldar la energía renovable y equilibrar la generación de energía durante los picos y valles de demanda.

Otros posibles beneficios de integrar la IA y el aprendizaje automático en las operaciones de la red inteligente incluyen:

•  generación de energía más eficiente, pronósticos más precisos y mejor gestión de la energía a través de análisis predictivos;{1 toma de decisiones rápida basada en datos;
•  uso de energía y carga optimizados y personalizados para dispositivos, puntos finales y vehículos eléctricos;
•   alertas de cortes más oportunas y sofisticadas junto con conmutación automática para abordar desequilibrios de la red;
•  mantenimiento y gestión proactivos de la infraestructura;
• visibilidad y transparencia mejoradas para todas las operaciones de la red; y6}• detección y remediación inteligente de amenazas.

Las redes inteligentes impulsadas por IA también ofrecen a los consumidores una variedad de beneficios, incluidos costos de energía reducidos, orientación sobre sostenibilidad, mejor transparencia de precios y cortes de energía menos frecuentes. La IA y el aprendizaje automático también pueden respaldar tecnologías emergentes como las microrredes.

Islas de Energía Interconectadas: Microrredes

Imagínese un barrio en el que cada casa tiene un techo revestido de paneles solares (Figura 1). Aunque el barrio está conectado a la red eléctrica principal de su ciudad, cada casa también puede generar suficiente energía para satisfacer sus necesidades diarias.

Figura 1: Un bloque lleno de casas que funcionan con energía solar. (Fuente: slavun/stock.adobe.com)

Este barrio de ejemplo es una microrred, una red localizada y autosuficiente que consta de múltiples cargas conectadas y DER.[10]  Otros ejemplos incluyen hospitales, campus universitarios y edificios comerciales. Una microrred puede funcionar de forma independiente o ser administrada por una empresa de servicios públicos.

Las microrredes se definen generalmente por tres características principales:
•   Pueden generar y distribuir energía localmente
•   Pueden desconectarse de la red central para operar de manera independiente (un proceso conocido como funcionamiento en isla) 
•  Son administradas por un controlador de microrredes que puede monitorear y ajustar dinámicamente los precios de la energía y la generación de energía[11] 

Las microrredes han adquirido cada vez mayor importancia para mejorar la resiliencia de la red, especialmente en áreas propensas a desastres naturales o en ubicaciones remotas. Pueden integrar varias 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.

Una de las debilidades más importantes de una red de distribución tradicional es su falta de redundancia. Si una central eléctrica se desconecta o la red se sobrecarga debido a la alta demanda, regiones enteras pueden quedar sin energía. Las microrredes mitigan este problema, ya que un área que pierde el acceso a la red principal simplemente cambia a la microrred hasta que se restablece la energía. Las microrredes también representan un paso importante en la transición a la generación de energía sostenible, reduciendo la carga de energía en la red principal.

Un Impulso Global a Favor de La Energía Sostenible

Desde que la Unión Europea anunció sus planes de alcanzar la neutralidad climática para 2050,[12]   los gobiernos de todo el mundo han invertido en sus propias iniciativas de sostenibilidad. Aunque los detalles difieren, el enfoque central de casi todas las iniciativas implica una red eléctrica actualizada y una transición a la energía renovable:

•  Tailandia aspira a generar un tercio de su energía a partir de fuentes renovables para 2037 y se enfrenta a un floreciente mercado de vehículos eléctricos que requiere una amplia modernización de la red eléctrica del país.[13]   
•    Suecia pretende estar completamente libre de combustibles fósiles para 2040, aprovechando una combinación de energía eólica, bioenergía, energía solar y calor corporal. El país alcanzó el hito del 50 por ciento 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 medidores inteligentes para 2030.[15]  
• Japón se ha comprometido a alcanzar la neutralidad de carbono para 2050 y, en consecuencia, se comprometió a crear un fondo de descarbonización de 155 mil millones de dólares.[16]  

Las tecnologías de redes inteligentes serán fundamentales en la transición hacia fuentes de energía sostenibles como la solar, la eólica y la hidroeléctrica. Además de regular de manera inteligente las fluctuaciones de la demanda, las redes inteligentes respaldarán el mantenimiento predictivo y proactivo y permitirán una mejor gestión y visibilidad del sistema. Tal vez la tecnología de apoyo más crítica sea el almacenamiento de energía.

Cerrar la Brecha entre la Oferta y la Demanda

A excepción de la energía nuclear y la hidroeléctrica, las soluciones energéticas sostenibles sufren una debilidad importante: pueden generar energía solo en ventanas de tiempo limitadas, sin medios para aumentar la escala durante períodos de alta demanda. Mientras que una planta 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. Por lo tanto, las soluciones sostenibles no pueden escalar 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 de energía a nivel de celda de hasta 500 watts-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 la confiabilidad de la red.

Impulsar un transporte más inteligente

Además de las iniciativas de modernización de la red, la transición a los vehículos eléctricos tiene el potencial de reducir enormemente las emisiones. La mayoría de las naciones comprometidas con la neutralidad climática también se han comprometido a reemplazar los vehículos de combustión por automóviles 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 vehículos eléctricos mediante una programación inteligente. Esto podría significar iniciar ciclos de carga solo durante períodos de alta generación de energía o baja demanda. También podría implicar 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 a. m., el vehículo podría programar un ciclo de carga lento para garantizar que el automóvil esté listo para conducir a tiempo y, al mismo tiempo, minimizar el impacto en la red.

Las redes inteligentes también pueden rastrear la reducción de emisiones en los vehículos eléctricos para obtener créditos de gases de efecto invernadero. Si bien el impacto de esta innovación puede ser mínimo a nivel del consumidor, podría resultar en ahorros de costos significativos para las empresas que operan flotas de transporte terrestre de gran tamaño.

Por último, la red inteligente podría actuar como un puente entre los vehículos eléctricos y las ciudades inteligentes. Si bien en un principio facilitará la comunicación y la coordinación para tareas como el control y la supervisión del tráfico, la infraestructura energética inteligente podría, con el tiempo, ayudar a posibilitar la conducción totalmente autónoma.[18]

Apoyo a la Ciberseguridad Inteligente

A medida que las redes eléctricas se interconectan más y dependen más de las tecnologías digitales, también se vuelven más La red eléctrica es un objetivo para los actores de amenazas. Garantizar la seguridad y la resiliencia de la infraestructura crítica frente a amenazas cibernéticas cada vez más sofisticadas es esencial.

Para combatir estas amenazas, los operadores están utilizando el cifrado para proteger la transmisión de datos a través de la red. Los protocolos de comunicación seguros también son vitales, ya que garantizan que la comunicación entre las diferentes partes de la red se realice de forma segura, lo que minimiza el riesgo de intercepciones y manipulaciones.

También se necesitan características de resiliencia para sostener las operaciones 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 abordar los puntos de falla sin apagar toda la red.

Impulsando un Futuro Más Inteligente

El mundo ha recorrido un largo camino desde que se puso en funcionamiento la primera red eléctrica. Las redes eléctricas modernas enfrentan una variedad de demandas y dificultades que habrían sido inconcebibles hace todos esos años. Afortunadamente, las redes inteligentes han evolucionado para enfrentar y superar esos desafíos.

Desde 5G e IA hasta vehículos eléctricos y microrredes, estamos revolucionando lenta pero seguramente la forma en que producimos, almacenamos e incluso usamos electricidad. Y todo parece indicar que lo que hemos visto hasta ahora es solo el comienzo.

[1] https://www.next-kraftwerke.com/knowledge/derms