Cuando el huracán María azotó a Puerto Rico en 2017, los vientos rompieron árboles y destruyeron casas, mientras que las fuertes lluvias transformaron las calles en ríos. Pero después de que pasó la tormenta, el número de víctimas siguió creciendo mientras los residentes luchaban sin electricidad durante meses. Cinco años después, los cortes de energía siguen siendo prolongados y frecuentes.

Para proporcionar electricidad más asequible, confiable y sostenible a comunidades desatendidas como estas, los científicos del Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía se están asociando con organizaciones locales, organizaciones sin fines de lucro y universidades para generar resiliencia en microrredes independientes alimentadas por energía renovable. ORNL está desarrollando una tecnología que gestionará grupos de pequeñas microrredes como un clúster, mejorando su fiabilidad incluso cuando estén dañadas.

Las microrredes son redes pequeñas que generalmente tienen su propio suministro de energía de fuentes renovables cercanas como la eólica y la solar. Si se agrega almacenamiento de batería, las microrredes se pueden aislar y funcionar de forma independiente en "modo isla" cuando falla la red de servicios públicos más amplia.

Los ingenieros de ORNL, Ben Ollis y Max Ferrari, lideran un equipo para desarrollar un orquestador de microrredes para implementar en la ciudad puertorriqueña de Adjuntas. Ya se está instalando allí un proyecto de microrred comunitaria, a través de una asociación entre la organización local sin fines de lucro Casa Pueblo y la Fundación Honnold.

Honnold, que financia proyectos solares para reducir la pobreza energética mundial, está invirtiendo $1,7 millones para crear dos microrredes con energía solar y almacenamiento en baterías, dijo la coordinadora del proyecto de Honnold, Cynthia Arellano. Los paneles solares se instalaron el año pasado y se conectarán a la infraestructura restante que se agregará este año.

Ahí es donde interviene ORNL:crear una nueva herramienta orquestadora para administrar un grupo de microrredes para que se apoyen y se comuniquen directamente entre sí, haciéndolas más resistentes durante largos cortes de energía. Por ejemplo, si una microrred pierde parte de su generación solar, la microrred adyacente podría exportar energía a su vecina, minimizando el impacto del daño.

"No conozco un controlador de microrred en ninguna parte que pueda comunicarse y coordinarse con otro controlador", dijo Ollis. "Estamos diseñando una arquitectura para controles de múltiples microrredes, de modo que cualquier cantidad de microrredes pueda operar de forma independiente pero compartir información con un orquestador que predecirá cuándo debe ocurrir el cambio, el enrutamiento y la conexión".

Ferrari dijo que las simulaciones iniciales indican que las microrredes podrían mantenerse funcionando entre sí al menos una semana. Pero con condiciones ideales, podrían seguir funcionando indefinidamente.

Eso no es solo una cuestión de conveniencia. "Murió mucha gente después del huracán, y muchas de las muertes estaban relacionadas con cortes de energía", dijo Arturo Massol-Deyá, director ejecutivo de Casa Pueblo, que promueve el desarrollo justo y sostenible en los alrededores de Adjuntas. Esta antigua organización comunitaria instaló un panel solar en su edificio en 1999. Después del huracán María, Casa Pueblo pudo compartir la electricidad que generaba con los residentes que dependían de equipos médicos domésticos, como respiradores.

"We noticed how many people got sick who were pre-diabetic, or had high blood pressure, or were exposed to unhealthy living conditions and food—preventable conditions," said Massol-Deyá. "Energy security being interrupted is about quality of life, and there were long-term consequences in the community." Grassroots support for solar power built steadily as a result.

Community-wide benefits

The Adjuntas microgrids include solar installations on the roofs of 13 businesses, whose owners agree to provide critical services like medicine, refrigeration and cell phone charging to residents during major power outages. In return, the businesses save money on electricity and avoid the use of expensive diesel generators during natural disasters, Ferrari said.

"ORNL deploying this kind of controller system is going to be a really powerful tool for the community," Arellano said. It's unusual for so many businesses and owners to be linked by a microgrid, she added, and the infrastructure will support adding even more.

On a recent trip to Adjuntas, ORNL researchers met with local business owners to better understand their electricity use patterns. For example, when Ferrari visited the bakery, he learned what times refrigerators must run for the dough to rise properly. He and Ollis sought to identify the most critical electricity loads so they can design a system that focuses scarce power where it's most needed.

"Hopefully it will help not only to manage the microgrids, but also to protect the critical components like the energy storage unit," said Massol-Deyá, who is also a professor at University of Puerto Rico Mayaguez, or UPRM.

The income produced by the community-owned microgrids will fund their maintenance and expansion, as well as installation of independent solar systems for the most disadvantaged Adjuntas residents, he said.

A sense of urgency

Fabio Andrade is a UPRM engineering professor and a visiting scientist at ORNL collaborating on the Adjuntas project. His students model strategies, tools and algorithms for sharing solar power among microgrid users. UPRM colleague Gerson Beauchamp guides students through analyzing the solar equipment and predicting how much energy it will produce. At current electricity prices, the businesses can collectively expect to save as much as $78,000 a year by buying solar energy from the microgrids, Beauchamp said.

Ferrari is incorporating information from UPRM colleagues into his simulations, which are being tested live with actual microgrid hardware at DOE's Grid Research Integration and Deployment Center, or GRID-C, at ORNL. The next step is running the configuration in the facility's brand-new networked testbed for microgrids. In another year, the orchestrator will be deployed in Adjuntas.

While the ORNL-derived technology could be a literal lifesaver in Puerto Rico, it also holds broader potential for enabling microgrids to play a key role in the global grid of the future. Intelligent microgrids that incorporate renewable energy are poised to advance grid flexibility and resiliency while supporting vital decarbonization efforts.

"The orchestrator includes a framework of algorithms that can be expanded and deployed to many microgrids at any site," Ollis said. "They could provide more reliable electricity to many rural communities at the grid edge. I want to see a future where we have hundreds of microgrids working together to protect critical infrastructure at local, regional and national levels." + Explora más

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