Las microrredes son pequeñas redes que dependen de la energía solar, eólica u otras fuentes renovables cercanas para suministrar energía verde fiable. También pueden funcionar con combustibles fósiles si las circunstancias lo requieren. Las microrredes pueden funcionar independientemente de la red principal, lo que se conoce como "modo isla", o pueden estar conectadas a la red principal al mismo voltaje, aportando energía de la red principal en horas punta y enviando el exceso de energía de vuelta a la red principal en horas bajas. Cuando se conecta a la red eléctrica, su disponibilidad no se ve afectada. Si se añaden baterías, la microrred puede aislarse y funcionar independientemente en "modo isla" cuando falla la red general. Las microrredes han cobrado impulso en los últimos años, debido en parte a su potencial para aumentar la eficiencia de instalaciones críticas. Entre ellas se encuentran las plantas de tratamiento de aguas residuales, los sistemas de agua potable y las instalaciones sanitarias.

"Microgrid" es un concepto comparado con la "gran red" tradicional. Utiliza tecnología de control avanzada y dispositivos de electrónica de potencia para conectar la energía distribuida con la carga y los dispositivos de almacenamiento de energía para formar una red completa en miniatura. Esta red eléctrica "en miniatura" es un sistema energético completo, desde la generación, transmisión y transformación de la energía hasta el usuario final. No sólo puede formar una red de fuente de rendimiento local totalmente funcional, sino también "funcionar sola" de forma que no interfiera con el sistema de transmisión y distribución. También puede conectarse a la red eléctrica municipal a través de un punto de conexión común: cuando la función de suministro de energía de la microrred es insuficiente, la gran red eléctrica puede suplir la escasez, y cuando la generación de energía es grande, el exceso de energía puede retroalimentarse a la gran red eléctrica. En caso necesario, se puede alternar entre los dos modos, lo que mantiene plenamente el funcionamiento seguro y estable de la microrred y la gran red.

Composición de isla modo

Tecnologías de energías renovables distribuidas

Ya sea en islas alejadas de la costa, en zonas remotas o en edificios, comunidades o fábricas densamente poblados, cada vez se verán más aplicaciones de energía distribuida de este tipo. Por ejemplo, una microrred de energía fotovoltaica distribuida, energía eólica y generadores diésel podría satisfacer todas las necesidades energéticas de los pescadores de islas remotas. Por ejemplo, la CCHP y las tecnologías de energía renovable distribuida se integran en sistemas de microrredes de comunidades urbanas para proporcionar a residentes y empresas electricidad, agua caliente y servicios de refrigeración producidos localmente y rentables. Gran parte de esto se debe a la tecnología de microrredes, que ya no se limita al modelo de suministro eléctrico centralizado de la red municipal. También permite construir islas remotas, zonas rurales y necesidades especiales fuera del alcance de la red municipal. Los sistemas de suministro energético distribuido pueden instalarse cerca del usuario en función de sus necesidades individuales.

Como integradora de una variedad de fuentes de energía distribuida, la tecnología de "microrredes" tiene un amplio espacio de desarrollo y escenarios de aplicación. En un sistema completo de microrred, la energía distribuida es el cuerpo principal del suministro eléctrico, y los distintos tipos de energía pueden cooperar y complementarse entre sí. En cuanto a la energía, el sistema supervisa y controla la carga de energía. En cuanto al sistema de control, la microrred necesita programación interna y comunicación externa para alcanzar un alto grado de autonomía. El almacenamiento de frío, calor y electricidad hace que las microrredes sean seguras y flexibles. Dependiendo de si la microrred está conectada a la gran red o no, la microrred puede dividirse en tipo fuera de la red y tipo conectado a la red. Los escenarios de aplicación de las microrredes sin conexión a la red incluyen la resolución de problemas eléctricos en islas y zonas remotas, mientras que las microrredes conectadas a la red añaden una garantía de seguridad del suministro energético para los usuarios, y el funcionamiento en red también puede mejorar la economía de todo el sistema.

Generadores diésel en una microrred

Grandes distancias separan a nuestras comunidades remotas de sus vecinos y de los sistemas energéticos que muchos de nosotros damos por sentados cuando encendemos un interruptor. Como las comunidades remotas no están conectadas ni a la infraestructura de gas natural ni a la red, deben generar su propia energía quemando gasóleo (derivado del petróleo) para calentar sus casas y edificios, y para alimentar sus pequeñas microrredes. Como cualquier sistema eléctrico, el funcionamiento fiable de una microrred requiere la coincidencia exacta de la oferta y la demanda de electricidad, cada minuto de cada día. Para lograr este equilibrio, las microrredes sólo dependen de una pequeña cantidad de energía, normalmente un único motor diésel. En cambio, las redes de mayor tamaño son más resistentes y pueden gestionar mejor los aumentos repentinos de la demanda o las pérdidas inesperadas de energía.

Mantener la fiabilidad del sistema las 24 horas del día es una prioridad absoluta para todos los operadores de sistemas eléctricos. Las fuentes de energía continuas (o no intermitentes), como el gasóleo y la energía hidráulica, proporcionan energía las 24 horas del día. Por el contrario, las fuentes de energía intermitentes, como la eólica y la solar, proporcionan una producción variable, lo que complica en muchos aspectos el funcionamiento de las microrredes. Aun así, hay muchos ejemplos de éxito de integración de energías renovables en comunidades remotas para crear microrredes híbridas, y la lista sigue creciendo a medida que los proyectos demuestran que reducen los costes operativos, la contaminación por carbono y la dependencia del gasóleo importado.

El uso de generadores diésel como fuente de energía de reserva puede ser una buena opción para las microrredes respaldadas por energías renovables. Tanto si busca mejorar la fiabilidad de su microrred como mejorar el nivel de servicio, los generadores diésel pueden ser una solución eficaz. Los motores diésel tienen una tecnología probada y pueden ofrecer un alto nivel de fiabilidad. También pueden proporcionar una fuente de energía de reserva en microrredes. Además de proporcionar energía de reserva, los motores diésel pueden unirse para crear un sistema de equilibrio de carga que puede sincronizar la energía.

La energía renovable impregna las microrredes

La cantidad de energía procedente de fuentes renovables en una microrred híbrida se conoce como nivel de penetración. Dado que los recursos energéticos disponibles en un momento dado son extremadamente diversos, los grandes sistemas de red con muchas fuentes de energía diferentes son capaces de gestionar grandes cantidades de energía renovable intermitente (80-100 por ciento). En cambio, el límite técnico actual para la penetración de energías renovables intermitentes en microrredes remotas sin almacenamiento es de entre el 20% y el 30%.

Las microrredes híbridas sólo disponen de una pequeña cantidad de energía. Como la energía renovable intermitente no se produce de forma constante, los generadores diésel deben aumentar o disminuir su potencia en función de la cantidad de energía renovable disponible en cada momento. (Recuerde: la oferta siempre debe coincidir exactamente con la demanda.) Los generadores diésel más antiguos tienden a funcionar de forma muy ineficiente a bajas velocidades, por lo que las frecuentes subidas y bajadas acortan su vida útil y merman el ahorro de costes que supone el funcionamiento de las microrredes con energía renovable.

La solución

Afortunadamente, existen nuevas tecnologías para mitigar estos problemas. Una tecnología prometedora a tener en cuenta a la hora de sustituir equipos diésel antiguos es el generador de velocidad variable (VSG). Los VSG producen electricidad de forma eficiente a un ritmo mucho menor que los generadores convencionales, lo que significa que consumen menos gasóleo cuando se complementan con energía renovable. Además, los VSG permiten una mayor penetración de las energías renovables a niveles máximos.

Otra tecnología que complementa a las energías renovables intermitentes y que resulta familiar a la mayoría de la gente es el almacenamiento en baterías. Cuando se utilizan junto con la generación de energía eólica o solar, las baterías pueden ayudar a suavizar las variaciones horarias o diarias en la producción de energía, manteniendo el flujo de electricidad cuando no brilla el sol o no sopla el viento. Sin embargo, las baterías no pueden almacenar energía suficiente para hacer frente a cambios de suministro estacionales más prolongados, por ejemplo, durante el largo invierno ártico, cuando hay poca luz solar.

El papel de más energías renovables en las microrredes también es importante. La demanda de energía fluctúa a lo largo del día, lo que dificulta la adecuación entre la oferta y la demanda, ya que la gente cocina, pone en marcha electrodomésticos y utiliza calefactores eléctricos. Reducir la demanda global mediante la eficiencia energética y hacer que la demanda sea más constante a lo largo del día gracias a la tecnología de redes inteligentes puede ayudar a que las microrredes sean más fáciles de gestionar.