Por David Santiago Pacheco-Cherrez
Imagina un mundo donde cada hogar no solo consume energía, sino que también la produce y la comparte con su comunidad. Esta es la evolución de uno de los sistemas más grandes creados por la humanidad: la red eléctrica.
Tradicionalmente, era un sistema “pasivo”. Es decir, se utilizaba como un camino unidireccional para distribuir energía desde las centrales de generación hasta los consumidores finales[1], quienes sólo tenían la capacidad de recibirla, no podían interactuar o comunicarse con la red de manera activa.
En las redes eléctricas modernas, la integración de energías renovables como la solar fotovoltaica y la eólica —además de la proliferación de autos eléctricos— establecen nuevos desafíos y oportunidades de flujo de potencia bidireccional [2].
Prosumidores: qué son
Hoy en día, los consumidores se han convertido en “prosumidores” [2]. Esto significa que consumen energía pero también pueden producirla y venderla en la red.
Por ejemplo, consideremos una casa equipada con paneles solares en el techo. Durante el mediodía, y en condiciones de sol, estos paneles pueden generar más energía de la que el hogar consume. Entonces, el excedente se inyecta en la Red Eléctrica, transformando a ese domicilio en un mini-generador.
Esta nueva generación de «redes inteligentes» o «Smart Grids» permite una comunicación bidireccional entre los usuarios y la red. Esto facilita la integración de fuentes renovables, la gestión eficiente de energía y la respuesta a la demanda en tiempo real [3].
Por lo tanto, la definición tradicional de la red eléctrica como «pasiva» es reemplazada por una visión más dinámica y adaptable, bajo una perspectiva de red “activa” [4].
Ventajas vs. obstáculos
Entre las ventajas de incorporar energías renovables en la red de distribución, es decir de fuentes más sostenibles que ofrecen mayor diversificación en la matriz energética, se reduce la dependencia de combustibles fósiles y sus fluctuaciones de precios.
Además, al aprovechar recursos naturales como la luz solar o el viento, las energías renovables son naturalmente recursos inagotables y contribuyen a la mitigación del cambio climático [5].
¿Pero acaso el sol brilla siempre? ¿O el viento sopla sin cesar? Uno de los principales obstáculos de las energías renovables radica en su intermitencia y variabilidad estocástica [6], es decir, la influencia de factores aleatorios.
La producción de energía solar depende del ciclo diurno y de las condiciones climáticas, mientras que la energía eólica está sujeta a la fuerza/velocidad del viento. Esto plantea desafíos en la gestión de la oferta y la demanda energética, así como en la necesidad de desarrollar sistemas de almacenamiento más eficientes y menos costosos.
Para mantener un suministro de energía estable, es crucial controlar el voltaje en la red dentro de los estándares admisibles [7]. Sin embargo, la variabilidad de la energía solar y eólica puede causar fluctuaciones que afecten la entrega de electricidad [6].
Para resolver esto, es necesario usar dispositivos como reguladores de voltaje y sistemas de baterías.
Por ejemplo, imagina que tu hogar se alimenta de energía solar captada por paneles en el techo. Normalmente, todo funciona bien mientras esté soleado, pero si de repente una nube bloquea el sol, entonces un regulador de voltaje entra en acción para dar soporte y garantizar la correcta operación de los equipos.
De manera inversa, si hay más producción de la que tu casa necesita, un sistema de baterías puede absorber y almacenar el exceso de energía para su uso futuro. Así, tanto en casos de escasez como de exceso, se asegura un suministro continuo y estable.
Control del voltaje en la red
Inspirados por el sencillo ejemplo del hogar, se desarrolló un sistema de control a gran escala para mantener un voltaje óptimo en toda la red de distribución eléctrica.
Así, se puede distinguir entre el “uso no coordinado” de energías renovables con voltajes fuera del rango permitido o implementar la “coordinación inteligente” con un algoritmo que mantiene la estabilidad de la Red Eléctrica.
La estrategia propuesta coordina las fuentes de energía renovable y los reguladores de voltaje controlando la potencia.
Para lograr esto se propuso un “índice de rendimiento del voltaje” (VPI), que cuantifica qué tan bien está funcionando en términos del voltaje. Se compara la magnitud de la energía en varios puntos de la red respecto a los valores ideales. El resultado es un número que indica la desviación.
Si el VPI es cercano a cero, significa que el voltaje está muy cerca de lo óptimo, pero si es mayor, indica que hay una diferencia significativa y que los reguladores de voltaje necesitan ajustarse. Esto garantiza un funcionamiento estable y eficiente.
Además, la estrategia de control coordinando es rápida por lo que se adapta a las fluctuaciones de la energía renovable.
La metodología desarrollada resalta cómo el uso de algoritmos modernos permite la integración de energías renovables en nuestra red eléctrica, manteniendo al mismo tiempo su estabilidad.
Estas innovaciones fortalecen nuestras redes eléctricas, haciéndolas más eficientes y estableciendo el camino hacia una red sostenible con energías limpias.
Referencias
- Delboni, L. F., Marujo, D., Balestrassi, P. P., & Oliveira, D. Q. (2019). Electrical power systems: Evolution from traditional configuration to distributed generation and microgrids. Microgrids Design and Implementation, 1-25.
- Zafar, R., Mahmood, A., Razzaq, S., Ali, W., Naeem, U., & Shehzad, K. (2018). Prosumer-based energy management and sharing in smart grid. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 82, 1675–1684.
- IEEE. (2013). IEEE Smart Grid Vision for Computing: 2030 and Beyond (pp. 1-133).
- Hidalgo, R., Abbey, C., & Joós, G. (2010). A review of active distribution networks enabling technologies. In IEEE PES General Meeting (pp. 1-9).
- ONU. (2006). Energías renovables: energías para un futuro más seguro. Naciones Unidas.
- Wang, S., Dong, Z. Y., Chen, C., Fan, H., & Luo, F. (2020). Expansion planning of active distribution networks with multiple distributed energy resources and EV sharing system. IEEE Transactions on Smart Grid, 11(1), 602–611.
- Antoniadou-Plytaria, K. E., Kouveliotis-Lysikatos, I. N., Georgilakis, P. S., & Hatziargyriou, N. D. (2017). Distributed and decentralized voltage control of smart distribution networks: Models, methods, and future research. IEEE Transactions on Smart Grid, 8(6), 2999–3008.
Nota: Para más información sobre la metodología propuesta por el autor, consulta su investigación en:
D. S. Pacheco-Cherrez, D. Guillen, J. C. Mayo-Maldonado and G. Escobar, «Data-Driven Optimal Voltage Performance Index Tracking in Active Distribution Networks,» in IEEE Transactions on Smart Grid.
Autor
David Santiago Pacheco-Cherrez. Ingeniero Eléctrico en la Universidad de Cuenca, Ecuador (2019) y maestro en Ciencias en Ingeniería Eléctrica del Tecnológico de Monterrey (2021), obteniendo Mención Honorífica de Excelencia. Actualmente, está cursando su doctorado en la Escuela de Ingeniería y Ciencias del Tecnológico de Monterrey. Su investigación se enfoca en la integración de energías renovables en la Red Eléctrica, así como en la operación y control de sistemas eléctricos integrados y el desarrollo de tecnologías para redes inteligentes.
