Microgrid, smartgrid y smartcity son conceptos actuales que han penetrado ya en nuestro vocabulario técnico para referirnos a sistemas e ideas que, en el fondo, siempre han sido objeto de estudio y aplicación por parte de los ingenierios eléctricos. No obstante, es cierto que queda un largo camino por recorrer en cuanto a normativa a desarrollar y en cuanto a la apuesta por la implementación de este tipo de soluciones en la mayor cantidad posible de proyectos.
Para dar respuesta a esta y a otras muchas cuestiones relacionadas con las microgids y las smartgrids, Barcelona acogió el pasado mes de septiembre el Workshop Internacional Microgrids, que aglutinó a algunos de los más reconocidos expertos en la materia.
De entre las presentaciones expuestas destacamos Advance Control Architectures of AC and DC Microgrids (Control de arquitecturas avanzadas en CA y CC Microgigrids) de Josep M. Guerrero, profesor de Microgrids en la Universidad de Aaborg (Dinamarca).
Guerrero inició su exposición ofreciendo la definición de microgrids que arroja la norma IEEE 1547,4-2.011, una guía para el diseño, operación e integración de sistemas RD (Recursos Distribuidos) en isla con SEE (Sistemas de Energía Eléctrica), que fue aprobada en julio de 2011 (ver gráfico1).
El término sistemas DR en isla, a veces referidos a las microrredes, se utiliza para los SEE:
1. Tener RD y carga
2. Tener la capacidad de desconectar de y en paralelo con el área SEE, incluída los SEE locales, y que pueden incluir porciones de los SEE de la zona e
3. incluir los SEE locales, pueden incluir partes de la SEE de la zona y se planifican intencionalmente (ver gráfico 2).
Los esquemas de los modelos de operación de una microgid en isla y de una microgrid con red conectada pueden verse en los gráficos 3 y 4, respectivamente.
La calidad de la energía en las microgrids
Guerrero también expuso dos problemas propios de las microgrids y sus posibles soluciones.
Por un lado, el eterno conflicto con los armónicos. Como soluciones apuntó a que la unidad en GD (Generación Distribuida) podría dar más armónicos que otro (intercambio de corriente armónica) y a la reducción de la tensión armónica (estrategias de control para HC).
Otro problema lo encontramos en los desequilibrios que se producen en las microrredes, ante las que podemos intentar diferentes alternativas: Por medio del control de secuencia los desequilibrios de tensión PCC pueden ser compensados por las señales de control para el nivel primario; Aplicar estrategias de control para el desequilibrio de tensión de compensación.
La concepción de Josep M. Guerrero de una red de distribución con la configuración de múltiples MG (control centralizado y congtrol distribuido) puede verse en el gráfico 5.
Las comunicaciones
Así mismo, Guerrero hizo hincapié en que el modelo de comunicación proporcionado por la norma IEC 61850 y IEC 61400-25 para describir los dispositivos físicos en el modelo de red se basa en:
• Soluciones tecnológicas medidor-bus: Estudio para integrar contadores inteligentes y concentradores de datos de acuerdo con EN13757.
• Desarrollar diferentes niveles de arquitecturas de comunicaciones para sector residencial AIM según la IEC61968-9 (estándar de interfaz para la lectura de contadores y de control).
• Integrar los contadores inteligentes y concentradores de datos en los diferentes niveles de las arquitecturas de redes inalámbricas malladas, de acuerdo con la EN13757-5 (norma para la radio de malla medidor-bus) y la EN13757-4 (medidor-bus inalámbrico).
Para concluir, Guerrero habló sobre modelos de protecciones y métodos de control (ver gráfico 6 y 7).
Las islas son hoy la mejor opción para las microrredes en Europa
Pero, ¿y cuál es el futuro inmediato de las microrredes en Europa?. Según Peter Asmus, principal analista de investigación de Navigant Research, está en los proyectos desarrollados en islas, como Bornholm, El Hierro, Graciosa, Pellworm y las Islas Feroe. “Son buenos ejemplos”. Así lo ha afirmado Asmus durante su intervención en el Workshop Internacional MicroGrid en Barcelona.
Asmus defiende que las microrredes remotas son, hoy por hoy, la mejor oportunidad para este sector tecnológico y basa su conclusión en que:
1. Las islas “son la fruta madura debido, por un lado, al alto coste de la energía y, por otro, por la escala suficiente para el desarrollo de proyectos rentables”.
2. Por “el desarrollo de estrategias de acceso de la energía mundial por parte de las Naciones Unidas, el Banco Mundial, la Fundación Rockefeller, la Iniciativa Global Clinton, etc. Además, las microrredes remotas cuantan con una gran sinergia con la eclosión de las torres del teléfono móvil y las nanogrids”.
3. Han aumentado “las fuentes de la potencia DC (energía solar fotovoltaica, eólica, baterías) y aumentado de las cargas de DC (teléfonos móviles, ordenadores portátiles y otros aparatos electrónicos de potencia)”.
Perspectivas y conclusiones en Europa
En el caso concreto europeo, Asmus considera que la conexión a red de las islas en Europa destacan porque ofrecen la fusión de microrredes / VPPs (centrales eléctricas virtuales). Hasta ahora, los drivers de las microrredes en Europa se han centrado en las energías renovables, esto es en las VPPs, que han ganado una mayor tracción en los mercados clave como Alemania. No obstante, asegura Asmus, “los mercados transfronterizos para los servicios auxiliares pueden limitar el crecimiento”.
A pesar de que la red en el viejo continente es más confiable que la de Estados Unidos, “se ha de tener en cuenta el cambio climático y la aceleración del clima extremo y, sobre todo, plantearse la pregunta ¿el crecimiento de las energías renovables amenazan el rendimiento de la red existente?”.
Diversas aproximaciones a las microgrids
Durante su ponencia, Asmus también hizo una aproximación a la definción de una microgrid. Según el Departamento de Energía (DOE) de EEUU una microgid es “un sistema de energía integrado que consiste de recursos distribuidos de energía (RDE) y múltiples cargas de energía que operan como una sola entidad controlable en paralelo o en isla de la red eléctrica existente" (ver gráfico 8).
Navigant Research, que también incluye microrredes remotas/sistemas off-grid en sus análisis -que existen principalmente en el mundo desarrollado- , ha identificado cuatro grandes segmentos de redes tipo enlazadas:
1. Campus / institucional
2. Militar
3, Comunidad / utilidad
3. Comercial e Industrial (C & I)
Las categorías más recientes en uitilizar las microgrids “son Microrredes de Distribución de Utilidades (MDUs) y microrredes de Corrientes Directas (DC)”, desvela Asmus.
Las microrredes: Agregar y optimizar los DER
Peter Asmus también ha expuesto los indicadores ha tener en cuenta para la creación de un mercado para las microrredes, que son:
- La disminución de la fiabilidad de la red eléctrica utilidad titular o la falta de red de suministro eléctrico tradicional en el mundo en desarrollo
- Los cargos por demanda impuestas por las empresas de distribución locales
- Reglamentos y políticas públicas: Límites de carbono, las tarifas feed-in (ataques), la medición neta, los precios de energía en tiempo real dinámico, ingresos de la utilidad desacoplamiento, etc.
- Las altas penetraciones de la energía solar fotovoltaica variable y eólica
- Mercados organizados para los servicios auxiliares de terceros: Respuesta a la demanda (DR) y frecuencia y tensión de regulación
- Evolución de los precios del combustible diesel y de solares fotovoltaicos
Problemas a superar
Para concluir, Asmus he enumerado una serie de dessafíos que las microgrids deben superar para alccanzar un pleno desarrollo y encarar el futuro con optimismo:
- Las subvenciones existentes debido a la situación actual
- La falta de políticas integradas para microrredes
- La falta de una aproximación clara a la tecnología: No hay un líder
- Modelos de negocio poco claros
- ¿Cómo pueden cuantificar los reguladores los beneficios económicos y ecológicos que se derivan de las microrredes?
