Las microrredes de CC son un importante avance hacia el objetivo de lograr un futuro energético sostenible y resiliente, ya que permiten generar, distribuir y gestionar la energía de un modo localizado.
¿Qué es una microrred de CC?
Una microrred de CC es un sistema eléctrico localizado que funciona principalmente con corriente continua. A diferencia de las redes tradicionales de corriente alterna (CA), las de CC simplifican la gestión energética, ya que contribuyen a reducir las pérdidas de la conversión y mejoran la compatibilidad con las tecnologías modernas. Suelen ser sistemas autónomos que pueden funcionar de forma independiente (modo isla) o con una red mayor (modo de conexión a la red).
Los componentes principales de una microrred de CC
Existen distintos tipos de microrredes de CC, pero todas tienen los siguientes componentes y sistemas (imagen 1).
• Fuentes de energía: hay diferentes tipos de fuentes para la generación de energía, algo que se conoce también como generación distribuida (GD); por ejemplo, paneles de células fotovoltaicas solares, aerogeneradores, centrales minihidráulicas, generadores diésel y otros generadores de energías renovables.
• Sistemas de almacenamiento energético (ESS, por sus siglas en inglés): estos dispositivos convierten la energía eléctrica a un formato almacenable y la vuelven a convertir en electricidad cuando es necesario usarla. Las microrredes de CC utilizan baterías, supercondensadores y volantes de inercia para proporcionar energía de manera ininterrumpida y para gestionar el equilibrio entre la demanda y el suministro durante la GD.
• Cargas: la carga es la energía consumida por los clientes, y puede tratarse de unidades de consumo industriales, comerciales, residenciales o de otro tipo dentro del sistema de distribución.
• Sistemas de control: un conjunto de hardware y software avanzado se encarga de gestionar el flujo energético, mantener la estabilidad y garantizar la eficacia del funcionamiento.
• Inversores: los inversores son dispositivos esenciales que convierten la CC en CA, lo que permite integrar cargas comerciales, residenciales, industriales y de CA en el bus de CC.
• Conversores bidireccionales: estos conversores controlan la potencia transferida desde la microrred de CC hasta la red de suministro y los sistemas de almacenamiento.
Imagen 1: estructura de una microrred de CC (fuente: Mouser Electronics)
Tipos de microrredes de CC
Podemos ordenar las microrredes según su configuración y aplicación.
• Residencial: estos sistemas permiten la integración de paneles solares en tejados, almacenamiento en baterías y electrodomésticos de CC con un grado elevado de eficiencia energética dentro de los hogares. Contribuyen a reducir la dependencia de la red principal y a reducir el coste energético.
• Comercial e industrial: estas microrredes son ideales para empresas y fábricas, y proporcionan energía estable para las distintas operaciones. Por ejemplo, los centros de datos utilizan la integración directa con fuentes renovables, lo que minimiza las pérdidas energéticas de las conversiones CA-CC.
• Remotas y aisladas de la red («off-grid»): estos sistemas son esenciales en zonas sin acceso a la red, como comunidades rurales o en islas; utilizan recursos renovables locales para garantizar la disponibilidad de la energía.
• Transporte: estas microrredes se utilizan en estaciones de carga para VE y sistemas de transporte público; al alimentar VE compatibles directamente con CC, contribuyen a mejorar la eficiencia.
• Militares y de emergencia: estas microrredes son esenciales para las operaciones de defensa y de recuperación ante desastres, y ofrecen energía fiable y resiliente en condiciones de aislamiento.
Funcionamiento y control de las microrredes de CC
Las microrredes de CC pueden cambiar la industria tal y como la conocemos. Estos sistemas minimizan las pérdidas de energía y mejoran la eficacia operativa, ya que descentralizan el proceso para almacenar y generar energía, y reducen el número de etapas de conversión.
La eficiencia del funcionamiento de una microrred de CC depende de sus sistemas de control, que están diseñados para administrar la energía de forma dinámica y garantizar la fiabilidad. El balance energético es fundamental, ya que permite ajustar la generación a la demanda en tiempo real. Para lograr este objetivo, a menudo emplean sistemas de almacenamiento que permiten tener en cuenta picos de uso o compensar periodos de baja generación. La regulación de la tensión es otro aspecto imprescindible; es decir, mantener estables los niveles de tensión aunque la generación y las cargas vayan variando, algo que se suele lograr con conversores CC-CC. La gestión de fallos es un factor clave a la hora de identificar y aislar errores y evitar interrupciones que puedan afectar a todo el sistema, y se fundamenta en mecanismos de protección muy sólidos.
La optimización energética prioriza las fuentes renovables por encima de los combustibles fósiles y permite minimizar las pérdidas de energía gracias a avanzadas estrategias de control. Por último, los sistemas de supervisión y comunicación que utilizan sensores inteligentes y dispositivos IdC contribuyen a recopilar datos en tiempo real y a llevar a cabo un análisis avanzado para pronosticar y prevenir fallos en el sistema.
Ventajas de las microrredes de CC
Según la Agencia Internacional de la Energía (AIE), en 2022, el sector industrial representaba el 37 % de toda la energía consumida en el mundo.[1] El aumento en el coste de la energía y el impulso hacia la descarbonización de la generación energética y de las tecnologías de uso final suponen una mayor presión para los usuarios y los productores de energía. Un estudio de 2018 realizado por Cronimet Corporation mostraba el ejemplo de una central energética híbrida con 1 MW de energía solar que lograba ahorrar 500 000 dólares estadounidenses y 450 000 litros de diésel cada año.[2]
Las microrredes de CC aportan una amplia gama de beneficios para distintos sectores. En el ámbito doméstico, permiten reducir el coste de la electricidad y el impacto en el medioambiente, gracias al uso de energías renovables y de electrodomésticos con eficiencia energética. Las empresas logran la independencia energética y ahorrar en costes y, al mismo tiempo, mejorar la fiabilidad de sus operaciones. Las comunidades rurales pueden tener acceso a un suministro estable de electricidad, lo que fomenta el crecimiento económico y mejora la calidad de vida. Las instalaciones de asistencia sanitaria necesitan un suministro ininterrumpido para equipos y operaciones críticos, y las instituciones educativas pueden promover la sostenibilidad y la formación en energía mediante microrredes en sus campus.
La integración de las microrredes de CC en la red eléctrica
Una microrred de CC está compuesta por distintos generadores y búferes de energía, como ultracondensadores y pilas de combustible. Se pueden usar distintas configuraciones con conversores electrónicos de potencia para conectar el bus común de CC a los recursos de generación de energía. Las pilas de combustible utilizan un conversor CC-CC unidireccional, mientras que los ultracondensadores necesitan uno bidireccional. La eficiencia de la microrred de CC dependerá de la eficiencia de estos conversores.
Para maximizar el potencial de una microrred de CC, resulta esencial que su integración con la red eléctrica global sea muy fluida. El cambio climático ha aumentado la gravedad y la frecuencia de los desastres naturales y de los eventos climáticos extremos.[3] Por este motivo, tanto el sector comercial como el residencial han interiorizado la importancia de la autonomía energética. Una instalación que cuente con una microrred de CC junto a una fuente de energía renovable puede funcionar de forma autónoma, como una isla energética, hasta que la situación de emergencia haya finalizado.
La capacidad del modo isla
Una de las ventajas principales de las microrredes de CC es que pueden funcionar de forma autónoma o en modo isla, sin conexión a la red comercial. Cuando hay un corte o una interrupción en la red, las microrredes de CC pasan al modo isla, de modo que las cargas más críticas dentro de la microrred puedan seguir recibiendo alimentación de forma ininterrumpida. La capacidad del modo isla aumenta la fiabilidad global del sistema y mejora la resiliencia de las operaciones de fabricación.
Los objetivos climáticos y las microrredes de CC
Las microrredes de CC juegan un papel fundamental en la lucha por alcanzar los objetivos climáticos. La integración de fuentes de energía renovables y la minimización de las pérdidas energéticas reduce significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Al usar CC directamente, sin etapas de conversión y sin necesidad de conservar recursos, las microrredes mejoran la eficacia energética. Además, fomentan la adopción de energías renovables, ya que facilitan la implantación de fuentes solares, eólicas y de otros tipos, tanto en zonas urbanas como en áreas remotas.
Por otro lado, su diseño flexible y descentralizado hace que sean menos vulnerables a los desastres naturales y a los fallos en la red general, lo que aumenta la fiabilidad del suministro. Por todas estas características, las microrredes de CC son un componente fundamental en un futuro energético sostenible y respetuoso con el medioambiente.
Conclusión
Las microrredes de CC son una innovación fundamental en el camino hacia sistemas energéticos sostenibles. Permiten integrar la energía renovable, mejorar la eficiencia y aumentar el grado de resiliencia, así que estamos ante un elemento indispensable en la transición energética. En el futuro, seguiremos afrontando retos energéticos y medioambientales: las microrredes de CC pueden preparar el camino hacia un mundo energético más limpio, sostenible y justo.
Fuentes
[1] https://www.iea.org/energy-system/industry
[2] https://www.bgr.bund.de/DERA/DE/Downloads/pdac_2014_cronimet_armstrong.pdf?__blob=publicationFile&v=2
[3] https://www.eea.europa.eu/en/topics/in-depth/extreme-weather-floods-droughts-and-heatwaves
Acerca del autor
Darshan Mulki es especialista en contenido sobre productos en Mouser Electronics. Es licenciado en Ingeniería Electrónica y de Telecomunicaciones, y lleva más de diez años escribiendo contenido sobre tecnología. Darshan es un apasionado de la tecnología y le encanta descubrir los últimos avances. Utiliza ese entusiasmo para crear contenido informativo e interesante con el objetivo de simplificar conceptos tecnológicos complejos de un modo que los lectores puedan entender, e incluyendo información sobre el impacto de la tecnología en sus vidas. Una de las inspiraciones de Darshan es el efecto transformador de la tecnología en las personas y analiza continuamente las implicaciones de las nuevas tecnologías en la sociedad y el futuro de nuestro planeta.
