Artículo sobre el gran desafío del “lugar equivocado en el momento equivocado” para la energía eléctrica escrito por el Departamento Técnico de AVNET Abacus
Introducción
Uno de los principales retos en la generación de energía eléctrica se encuentra en el efecto “mismatch” (desajuste) entre la propia generación y la demanda en términos de lugar y tiempo. Las redes nacionales abordan el aspecto de la ubicación y ya está en marcha la transición a estrategias de redes inteligentes para dar cabida a la generación distribuida.
Sin embargo, el problema de la sincronización plantea una mayor dificultad, especialmente con las fuentes de energías renovables.
La generación de energía a partir de renovables depende de las condiciones meteorológicas, mientras que los patrones de demanda se mantienen constantes. Una posible solución a este desafío es la implementación de sistemas de almacenamiento de energía distribuida (SAED – DESS), que pueden capturar la energía generada y suministrarla posteriormente cuando sea necesaria.
Una solución multiescala
El almacenamiento de energía distribuida se produce en varios niveles, desde proyectos a gran escala como montañas ahuecadas hasta aplicaciones a menor escala en electrodomésticos o dispositivos alimentados por batería, como vehículos de guiado automático (AGV) o nodos de Internet de las Cosas (IoT).
A gran escala, los sistemas de bombeo de energía hidroeléctrica, también conocidos como centrales hidroeléctricas reversibles, utilizan electricidad en horas valle (off–peak) a la hora de almacenar la energía potencial gravitacional del agua, que puede liberarse en poco tiempo para impulsar generadores de turbinas.
También se pueden emplear sistemas de almacenamiento de baterías muy grandes, como el Megapack de Tesla, a menudo del tamaño de varios contenedores de envío, para estabilizar la frecuencia y la tensión operativas de las redes eléctricas, ofrecer capacidad adicional durante períodos de alta demanda, mitigar el impacto de los “apagones” de la red y desviar el consumo de energía de las horas pico para reducir costes.
Además, se están instalando conjuntos de baterías más localizados para respaldar las estaciones de carga masiva de vehículos eléctricos (VE), proporcionando así energía durante los períodos de máxima demanda.
Los paneles solares fotovoltaico (FV – PV) comerciales y residenciales pueden emplear sistemas de almacenamiento de batería para guardar cualquier excedente de energía que generen, permitiendo la modulación temporal (time shifting) mediante la compra de energía de la red durante períodos de baja demanda.
Energía para los vehículos eléctricos
Los operadores de redes de distribución (DNO) están poniendo en marcha esquemas de carga de vehículos eléctricos para animar a los clientes a evitar la carga durante los periodos de máxima demanda.
Los DNO y los fabricantes de automóviles también están implementando sistemas de carga de vehículo a carga (vehicle–to–load – V2L), donde la batería de un VE se utiliza para almacenar energía eléctrica y posteriormente se descarga para alimentar hogares (V2H) o alimentar la red eléctrica (V2G).
Mientras, los fabricantes de VE están actualizando sus arquitecturas de cargadores a bordo (OBC) y sistemas de gestión de baterías (SGB – BMS) para permitir este flujo de energía bidireccional.
Los esquemas de análisis y optimización necesitan datos
La puesta en marcha de un sistema SAED – DESS ayuda a crear grandes oportunidades. Según un informe de la Agencia Internacional de la Energía (IEA), entre 2019 y 2021 se instalaron 167 GW de sistemas fotovoltaicos distribuidos en todo el mundo, con un pico de producción que superó el consumo máximo tanto del Reino Unido como de Francia.
Un desafío al que se enfrentan muchos operadores DNO y reguladores es la falta de conocimiento sobre el funcionamiento de los recursos energéticos distribuidos, como la energía fotovoltaica y sus propias redes, lo que dificulta una gestión eficaz de las interacciones.
Esto pone de manifiesto la importancia de la oportunidad para desarrollar dispositivos de monitorización de red y contadores más inteligentes que proporcionen a los DNO la visibilidad y los datos de alta calidad demandados para aprovechar las técnicas de aprendizaje automático (ML) e inteligencia artificial (IA) al optimizar las operaciones.
Una oportunidad similar surge al actualizar los inversores domésticos y los centros (hubs) de energía/hogar inteligente. Como consecuencia, los usuarios pueden programar, supervisar y controlar remotamente la generación, el almacenamiento, el consumo, la importación y la exportación de energía. Estos sistemas de gestión y hubs domésticos permitirán a las DNO y a los reguladores ajustar los esquemas de precios y las regulaciones para fomentar comportamientos e inversiones que faciliten una transición más fluida hacia una mayor confianza en la energía eléctrica.
Estrategias adicionales
El informe de la IEA también aborda dos estrategias adicionales que dependen de las instalaciones SAED – DESS. La primera es el desarrollo de sistemas de gestión de edificios más inteligentes que interactúen estrechamente con la red eléctrica.
Por ejemplo, podemos imaginar un edificio de oficinas con un aparcamiento protegido por paneles solares y un gran almacén de baterías en el sótano. Por la mañana, el edificio funciona con la energía solar almacenada para evitar el acceso a la red durante las horas punta. A lo largo del día, las células fotoeléctricas cargan los coches estacionados en el garaje y el almacén de baterías del sótano. Y, por la noche, el edificio vuelve a utilizar la energía solar almacenada hasta que pasa el pico de la red.
La segunda tecnología destacada por la IEA se basa en las estrategias antes mencionadas, creando «centrales eléctricas virtuales» (VPP) que combinan múltiples generadores de energía distribuida, instalaciones SAED – DESS y fuentes de demanda flexibles para formar un nuevo recurso para el suministro de energía y la gestión de la demanda.
Tesla ha estado experimentando con VPP en Australia Meridional desde 2017, equipando miles de hogares con Powerwalls. Estas Powerwalls integran energía solar fotovoltaica, desplazan la demanda para ahorrar dinero a los propietarios y proporcionan tensión, soporte de frecuencia rápida e inercia sistémica para ayudar a estabilizar la red del DNO.
