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MICRO-REDES
Caminando hacia redes inteligentes y sustentables

El concepto de redes inteligentes (“smart grids”, en inglés) ya es bien conocido en el ámbito de la ingeniería eléctrica. Cada día trabajamos para modernizar las redes eléctricas y hacerlas más inteligentes, pero esto no asegura la sustentabilidad en el amplio sentido. Las micro-redes presentan un camino ideal para las redes sustentables del futuro.

El concepto de micro-red es una de las tantas herramientas con las que cuenta el desarrollo de redes inteligentes. Una micro-red es una sub-red, típicamente a nivel de distribución, cuya característica principal es la capacidad de funcionar tanto conectada como aislada del resto del sistema interconectado. Para posibilitar esta capacidad, la micro-red cuenta con generación local, típicamente en forma de generación distribuida, que le permite funcionar como una isla eléctrica bajo diferentes situaciones, tanto deseadas como no deseadas. Si bien la microred en sí puede considerarse una red inteligente, también es vista como una pieza más del tablero que conforma una gran red inteligente.


La micro-red como red inteligente

La micro-red aparece como una solución que rompe distintos paradigmas de los sistemas eléctricos tradicionales, como por ejemplo, la coexistencia de generación y consumo a un mismo nivel, distinto al esquema tradicional de sectores de generación, transmisión y distribución. Esta coexistencia requiere de un sistema de control que permita un correcto funcionamiento, acompañado muchas veces de alguna forma de almacenamiento de energía. El mencionado sistema de control debe ser capaz de mantener el balance energético en la micro-red, tarea compleja cuando las potencias de las unidades de generación y consumo son similares.

El algoritmo de control primario más popular dentro de las micro-redes, es el denominado “droop control”, el que utiliza las capacidades de la electrónica de potencia para simular el estatismo de una máquina sincrónica, y reduce o incrementa la frecuencia generada de acuerdo a un aumento o disminución de la carga, respectivamente. Cada generador cuenta con una curva de control droop que indica cuánto disminuirá su frecuencia ante aumentos de carga, como se muestra en la Figura 1. Al emplear la frecuencia (que es una variable global) como indicador de la demanda presente en el sistema, este esquema de control permite compartir potencia ante variaciones de carga de una manera rápida y sin requerir un sistema de comunicación explícito.

El control secundario en una micro-red se denomina sistema de gestión de energía (del inglés “Energy Management System” o EMS), el que se encarga del despacho económico de las unidades de generación y asegura un balance energético a mediano plazo. En la Figura 2 se muestra cómo este control secundario interactúa con los controladores primarios de las unidades.

Figura 1. Ejemplo de operación de control droop ante un cambio en la demanda.

La micro-red como red sustentable

Una de las oportunidades que abren las micro-redes, es la de involucrar activamente al usuario y/o comunidad en el funcionamiento del sistema. La microred, con su naturaleza local, permite de una manera efectiva integrar al usuario como un “componente” del sistema. En particular, la gestión de la energía puede considerar al usuario como un partícipe del control secundario e incluso primario. Programas de gestión de la demanda (del inglés “Demand Side Management”, DSM) permiten una variedad de interacciones con el usuario, desde el control directo de cargas despachables (como, por ejemplo, sistemas de calefacción o refrigeración) como sistemas de incentivos para un manejo eficiente de la energía (por ejemplo, escala de precios a distintas horas del día).

Además, las micro-redes son una herramienta útil tanto para zonas rurales como urbanas, así como tanto para países desarrollados como en vías de desarrollo, a pesar de representar ellos realidades muy distintas. En el caso de áreas rurales o economías en vías de desarrollo, una micro-red puede ser una muy buena alternativa de electrificación que, por ejemplo, llevará electricidad por primera vez a una localidad remota (funcionando continuamente en modo aislado). Si a dicha localidad llegara en el futuro un punto de conexión con la red, la microred podrá entonces funcionar en modo conectado (si así se desea). Los sistemas de control, junto a los de almacenamiento de energía, permiten el aprovechamiento de fuentes locales de energía renovable, conduciendo a un desarrollo más sustentable de la comunidad.

Figura 2. Micro-red con sistema EMS.

En el caso de zonas urbanas, en que ya se cuenta con redes eléctricas, la micro-red aparece como una solución de eficiencia energética, calidad de la energía y seguridad. La eficiencia energética va de la mano con la gestión de energía, donde el EMS puede jugar un papel crítico en aspectos como pérdidas del sistema, operación eficiente de cogeneración, maximización de vida útil de equipos, entre otros. La calidad de la energía puede verse mejorada con la integración de electrónica de potencia, generación local y almacenamiento, que abre posibilidades de mejoramientos de índices tales como contenido armónico, huecos de tensión, interrupciones de suministro, entre otros. La seguridad del sistema aumenta, debido a que la micro-red, ante fallas en el sistema interconectado, funciona esencialmente como un gran sistema de respaldo, permitiendo que consumos críticos sigan siendo suministrados.

En definitiva, las micro-redes son una excelente alternativa tecnológica para el desarrollo de redes inteligentes, eficientes y seguras que permitan la integración de ERNC. La sustentabilidad, en su significado más amplio, no viene dada solo por la integración de fuentes de energías renovables, sino por el involucramiento de la comunidad en el sistema eléctrico. Por lo tanto, estas micro-redes abren un camino ideal para el desarrollo de redes eléctricas para un futuro más sustentable.


Por Patricio A. Mendoza Araya, Académico del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas (FCFM) de la Universidad de Chile. http://ingenieria.uchile.cl/
Agosto 2015
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