Las olas de calor del verano en todo el país pusieron a prueba si la red eléctrica envejecida de Estados Unidos puede satisfacer la demanda, un problema que, según los científicos, se verá exacerbado por el cambio climático, ya que los huracanes severos, los incendios forestales y otros eventos climáticos ocurren con mayor frecuencia, interrumpiendo la generación y transmisión de electricidad.

Satisfacer las crecientes necesidades de electricidad de los consumidores estadounidenses requiere una mayor capacidad de generación y transmisión, mayor resiliencia y una gestión más inteligente.

La sala de prensa de DU preguntó a Amin Khodaei, director de KLab y profesor de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería y Ciencias de la Computación Ritchie de la Universidad de Denver, cómo las nuevas tecnologías, las redes inteligentes y los consumidores activos pueden preparar la red para el cambio climático.

¿Qué desafíos plantea el cambio climático a nuestra red eléctrica actual?

La seguridad, el ocio, el trabajo y, ahora más que nunca, la educación dependen en gran medida de una red eléctrica que pueda suministrar y proporcionar electricidad sin interrupciones. Sin embargo, los fenómenos meteorológicos extremos inducidos por el cambio climático y los desastres naturales están interrumpiendo la red y presentando múltiples desafíos para su funcionamiento.

La red de energía eléctrica se ha diseñado tradicionalmente con dos objetivos en mente:confiabilidad y economía. La confiabilidad representa la capacidad de la red para continuar con el suministro y la entrega de electricidad en caso de interrupciones limitadas del equipo, por ejemplo, si una o dos líneas de transmisión están fuera de servicio. El objetivo económico de la red representa seleccionar la combinación de generación de menor costo para producir electricidad considerando las limitaciones físicas y técnicas de la red y varias unidades de generación. Las empresas eléctricas han tenido éxito en su mayor parte en el logro de estos dos objetivos durante el siglo pasado. Sin embargo, la creciente frecuencia e intensidad de los desastres inducidos por el clima requieren considerar otro objetivo igualmente importante:la resiliencia. La resiliencia se define como la capacidad de una red eléctrica y sus componentes para resistir y adaptarse a eventos disruptivos y recuperarse rápidamente de ellos. Lograr la resiliencia es costoso y el creciente número de desastres solo lo empeora.

¿Cómo se puede adaptar o mejorar la red actual para garantizar una electricidad resistente y confiable?

Hay tres factores que impulsan las futuras necesidades y desafíos de la red. Los dos primeros son el cambio climático y el panorama cambiante del suministro de energía del que hablé. El tercero es alrededor de los consumidores. La forma en que los consumidores utilizan la electricidad está cambiando. Existe una creciente necesidad de energía de mayor calidad para los dispositivos digitales de los consumidores. Los consumidores también están instalando cada vez más generación local, incluidos paneles solares en los techos y sistemas residenciales de almacenamiento de energía, lo que provoca un flujo de electricidad bidireccional por primera vez, desde los clientes hasta la red corriente arriba. El uso creciente de vehículos eléctricos es otro cambio importante, que podría duplicar potencialmente la demanda máxima de un consumidor residencial, lo que requeriría actualizaciones de la red.

Se requiere que la red mejore sus capacidades en tres niveles:físico, cibernético y de toma de decisiones para abordar estos desafíos. La capa física necesita nuevas tecnologías, como dispositivos de monitoreo en tiempo real y microrredes para proporcionar inteligencia local para administrar mejor los recursos distribuidos. La capa cibernética necesita comunicaciones actualizadas y medidas de ciberseguridad para hacer frente a la red digitalizada. Y la capa de toma de decisiones necesita una revisión significativa para aprovechar las tecnologías de vanguardia, como la inteligencia artificial y la computación avanzada.

¿Cómo se debe cambiar la red para traer nuevos recursos energéticos renovables y confiables en línea?

La producción de electricidad es responsable del 25% de las emisiones de gases de efecto invernadero, justo después del sector del transporte con un 27%. Además de los amplios impactos sociales negativos, estas emisiones exacerban el cambio climático que interrumpiría aún más el funcionamiento de la red. Es vital reducir estas emisiones, algo que debe hacerse aprovechando los recursos de energía limpia y renovable, como la eólica y la solar.

Aunque estos recursos son limpios, renovables y cada vez más rentables, plantean algunos desafíos técnicos a la red. El primer desafío es la intermitencia y la volatilidad de la generación, lo que significa que no pueden producir electricidad en todo momento y la producción de electricidad puede fluctuar significativamente en segundos. La red debe actualizarse para manejar tales fluctuaciones mediante la instalación de unidades de respuesta rápida, principalmente a gas, o almacenamiento de energía, lo cual es costoso. El segundo desafío es la falta de inercia. Las unidades de generación térmica tradicionales se basan en la conversión de energía electromecánica a través de elementos giratorios, que ofrecen una inercia mecánica que se puede ofrecer para soportar pequeñas variaciones de carga. Esto es necesario para mantener estable la red. Los recursos de energía eólica y solar no ofrecen inercia, por lo tanto, no pueden soportar la estabilidad de la red. Los avances recientes en la electrónica de potencia, es decir, la electrónica de alta potencia utilizada para conectar la generación eólica y solar con la red, brindan soluciones viables a este desafío.

¿Deberá cambiar el comportamiento del consumidor con la red?

De hecho, el comportamiento del consumidor está cambiando, convirtiendo a los consumidores de jugadores tradicionalmente pasivos en la red a jugadores más activos que podrían reaccionar a las condiciones de la red. Si un corte en la red interrumpe el suministro de electricidad, el futuro consumidor cambiará automáticamente a su propia generación para abordar localmente ese corte. Si no hay corte, el futuro consumidor venderá electricidad a la red y se le pagará por su contribución al suministro de la red.

Sin embargo, un consumidor activo puede desempeñar un papel mucho más importante en el funcionamiento de la red. Muchos de los desafíos técnicos de la red, por ejemplo, la fluctuación de la generación renovable, la necesidad de mejorar la resiliencia e incluso la recuperación del sistema después de los desastres, pueden ser abordados por consumidores activos. Para simplificarlo sustancialmente, piense en lo que hizo Uber para el transporte. De la forma en que Uber proporcionó una opción viable y adicional para el transporte, los consumidores activos pueden brindar múltiples servicios sostenibles para una red eléctrica más confiable, resiliente, eficiente y limpia. + Explora más

Vídeo:Cómo tener más que suficiente capacidad de energía renovable puede hacer que la red sea más flexible