• Distribución de Electricidad

• Generación de Energía de Fuentes Renovables de Energía

Con abundantes recursos naturales y el acceso a la tecnología de conocimientos y el capital, los EE.UU. están en buenas condiciones para hacer un cambio masivo a la energía renovable. Sin embargo, las fuentes de energía renovables son en su mayoría disponibles en las regiones alejadas de los consumidores. Como los paneles solares y turbinas de viento se están levantando en lugares remotos, se hace indispensable crear una red troncal de transmisión robusta de alta tensión para llevar la electricidad al consumidor.

Además, estas instalaciones no generan una producción consistente y constante aunque estén en la luz solar adecuada y velocidades mínimas de viento. La red eléctrica debe ser capaz de asimilar la energía generada intermitentemente sin tener que recurrir a nuevas plantas de energía basadas en combustibles fósiles, como una copia de seguridad.

Tomemos el caso de Xcel Energy Incorporated, una compañía holding con sede en Minneapolis con filiales de servicios públicos que atienden a clientes de electricidad y gas natural en ocho estados. En Colorado, la empresa está desarrollando 1 megavatio (MW) de capacidad de energía de gas natural como combustible de generación por cada MW de capacidad de energía eólica que se está desarrollando, con el fin de servir como una planta de generación de copia de seguridad cuando el viento vaya disminuyendo.

Los EE.UU. requieren inevitablemente una nueva infraestructura de transmisión que integre todos los diferentes campos de energía solar, eólicas, unidades hidroeléctricas de generación de energía, piscinas geotérmicas y otras fuentes alternativas de energía que están creando en todo el país.

• Red 2030 – Visión para el Futuro

Los EE.UU. ahora están buscando convertir su infraestructura mosaico de electricidad de un siglo de antigüedad en una ‘red inteligente’ del siglo XXI – una red distribuida, interoperable, que sería capaz de interactuar con los consumidores, permitir el control en tiempo real, detectar y resolver problemas por sí sola, y e integrándose perfectamente con las fuentes renovables de generación de energía. La transformación requeriría una reestructuración gradual de la estructura completa de energía del país y podría tomar hasta 20-25 años para su conclusión.

Un informe titulado Red 2030 – Una Visión Nacional para los Segundos 100 años de Electricidad, publicado en julio de 2003 por la Oficina de Transmisión y Distribución Eléctrica del Departamento de Energía de los EE.UU., pone de relieve los cambios radicales en la infraestructura eléctrica previstos por el gobierno de los EE.UU.. El plan para el futuro consiste en la construcción de la infraestructura existente con nuevas herramientas, técnicas y tecnologías tales como la inteligencia distribuida y los recursos energéticos a fin de aumentar la calidad, eficiencia y seguridad de los sistemas existentes, al tiempo que permite el desarrollo de una sólida arquitectura moderna para la red de energía.

Red 2030 se compondrá de tres elementos clave:

• Una red troncal de electricidad a nivel nacional: El suministro eléctrico y la demanda serían equilibrados a nivel nacional mediante la creación de corredores de alta capacidad de transmisión para conectar las costas este y oeste de los EE.UU., así como México y Canadá. Esto proporcionará a los consumidores acceso “continental” al suministro de energía, conectándolos a proveedores ubicados en cualquier lugar en el continente.
• Interconexiones regionales, incluyendo México y Canadá: Mientras que la red troncal nacional estaría conectada con las interconexiones orientales y occidentales interconexiones, el poder de la red troncal se distribuiría sobre redes regionales a través de instalaciones controlables CA actualizadas, enlaces de alta capacidad CC, y dispositivos de almacenamiento de electricidad.
• Distribución Local: Micro y mini-redes para aprovechar los recursos de generación y suministro de energía a los consumidores en cualquier parte del continente.

Las redes regionales, a su vez estarían conectadas a los sistemas de distribución local y permitirían el flujo bidireccional de poder entre la red regional y los consumidores. Los consumidores serían capaces del suministro de electricidad a medida para satisfacer las necesidades individuales, costos, calidad, fiabilidad, e impactos ambientales.

El objetivo de Red 2030 es revolucionar el sistema actual para alcanzar en tiempo real el flujo de la electricidad e información, cerca de cero pérdidas económicas causadas por cortes de energía y alteraciones en la calidad de suministro de energía, una gama más amplia de opciones personalizadas de energía, y los proveedores competiendo en un mercado abierto para proporcionar los mejores servicios. Esto requiere una sólida infraestructura basada en tecnologías avanzadas, como la superconductividad, la energía limpia, la inteligencia distribuida y recursos, y la economía del hidrógeno.

• Sistema de Medición de Superficie Amplia (WAMS)

Las tecnologías de la información han revolucionado los sectores de banca y telecomunicaciones y también han hecho incursiones en algunas industrias manufactureras. Hay un inmenso campo para que las TI sean efectivamente aplicadas en el sector energético.

El WAMS es una red inteligente, automática que permite controlar en tiempo real la infraestructura de red. Esto puede automatizar varias funciones, tales como las operaciones de transmisión y distribución, la restauración de la fuente de alimentación en el caso de una interrupción, los precios, la lectura de medidores, facturación, acceso y gestión de datos, y presentación de informes sobre su estado.

• Nuevos Materiales

Los avances en la ciencia de los materiales y la electrónica basada en semiconductores están conduciendo al desarrollo de nuevos materiales conductores de electricidad con propiedades deseables, como la menor resistencia eléctrica, mayor capacidad de transporte de corriente, un mayor control, menor peso y menores costos. Los superconductores de alta temperatura son capaces de transmisión de potencia de alta capacidad sobre largas distancias mínimas con pérdidas T & D, lo que lleva a una mayor eficiencia y confiabilidad del sistema eléctrico.

• Almacenamiento de Electricidad

El almacenamiento de la energía de la red se utiliza para nivelar la carga en un sistema interconectado de gran escala. Esto se logra mediante la transmisión de energía a bajo costo excedente fuera de punta a sitios de almacenamiento temporal, de donde la energía de bajo coste se puede recuperar cuando aumenta la demanda de energía, como durante las horas punta. Esto elimina la necesidad de capacidades de exceso de generación de energía y también permite que la red asimile las fuentes intermitentes de energía como la solar o la eólica.

Los modernos sistemas de almacenamiento se puede montar en varias secciones de transmisión y distribución de la red eléctrica, aparatos específicos, y también en equipo medidor del consumidor. Estos sistemas pueden reducir significativamente los problemas de carga máxima, eliminar las perturbaciones en la calidad del suministro de energía, y mejorar la estabilidad de la red.

• Electrónica de Potencia

La electrónica de potencia de alta tensión es el eslabón crucial entre los sistemas de almacenamiento de energía y la red eléctrica. Funcionan como la interfaz de conversión de energía clave, lo que permite el cambio rápido y preciso de la energía eléctrica para integrar las fuentes asíncronas y la corriente continua a la red de corriente alterna.

La electrónica de potencia también es el elemento vital en los controladores de flujo de potencia o Sistemas Flexibles de Transmisión de Corriente Alterna (FACTS), que aumentan los niveles de transferencia de potencia y mejoran el control del sistema eléctrico. Los avances en electrónica de potencia están dirigidos a reducir los costes de estos componentes vitales de la red eléctrica.

• Tecnologías de Energía Distribuida

La generación distribuida se refiere al uso de instalaciones de generación de energía a pequeña escala ubicadas cerca de la zona de consumo. Un ejemplo de la generación de energía distribuida sería un sistema de energía solar en pequeña escala establecido en la azotea por el dueño de casa.

Los avances en los sistemas combinados de generación de energía y calor y la generación de energía distribuida ayudan a aumentar el número de instalaciones de electricidad para usuarios residenciales, industriales y comerciales. Los consumidores pueden instalar dispositivos modernos tales como microturbinas, turbinas de gas distribuido, motores alternativos, y pilas de combustible con el fin de aumentar la calidad y fiabilidad de la fuente de alimentación, al mismo tiempo controlando los costos de energía. Además de abordar las necesidades individuales de energía, el excedente de energía generada a partir de estas unidades también pueden ser integradas en la red.

• Infraestructura de Medición Avanzada (AMI)

AMI es un concepto favorable a los consumidores en el que las casas y los aparatos están equipados con controladores “inteligentes”. Las señales de precios de la red se retransmiten a estos controladores, que procesan la información y ajustan el consumo de energía en consecuencia. Esto evita el consumo innecesario de electricidad.

Google ha desarrollado Google PowerMeter, una aplicación Web que utiliza contadores inteligentes de control del consumo de energía de los hogares, desglosados por aparato, y transmite la información a las centrales eléctricas cada pocos minutos. Esto permite a un consumidor ver su consumo de energía sobre una base en tiempo real, dando lugar a cambios de comportamiento que producirían que el consumidor redujera el consumo de electricidad en cerca de 5-15% en promedio.

• Gestión de la demanda

El uso de la electricidad varía a medida que las actividades de los clientes y los requisitos varían en función del momento del día y la estación del año. Estos patrones suelen dar lugar a «los períodos horas punta”, es decir, del alto uso de electricidad. La gestión de la demanda se refiere a las medidas diligentes adoptadas por los usuarios para reducir el consumo de electricidad durante los períodos pico. Esto puede mejorar la eficiencia global del sistema y reducir los costos.

La reducción de la demanda pico se puede lograr mediante el uso de sistemas de almacenamiento de energía para el desplazamiento de carga, termostatos “inteligentes” para gestión de la carga, y técnicas de eliminación de punta tales como la generación distribuida y refrigeración activada térmicamente, calefacción y dispositivos de control de humedad. La gestión de la demanda se estima que resulte en beneficios económicos anuales por una suma de $ 80-800 millones.

• Calendario de ejecución de Red 2030

La siguiente tabla muestra el calendario de aplicación de Red 2030:

• Fondos para la actualización y expansión de la Red Eléctrica

El 17 de febrero de 2009, la Ley de Recuperación y Reinversión estadounidense de 2009 entró en vigor, ya que el presidente Barack Obama aprobó un estímulo de 787 mil millones dólares para ser inyectado en la economía, que actualmente está atrapada en una grave recesión. El Departamento de Energía de EE.UU. ha asignado 40 mil millones dólares del paquete de estímulo total. Cerca de $ 4.5 mil millones de este paquete han sido asignados a la Oficina de Suministro de Electricidad y Fiabilidad Energética para llevar a cabo la actualización y modernización de la red eléctrica del país.

Los fondos apoyarán la iniciativa Red Inteligente autorizados por la Ley de Independencia Energética y Seguridad de 2007. Cerca de $ 100 millones serán invertidos en capacitación de trabajadores, 80 millones de dólares en realizar una evaluación de los recursos y la estimación de la demanda futura de energía y requisitos de transmisión, y $ 10 millones en el desarrollo de estándares de interoperabilidad y los protocolos para los dispositivos de la red inteligente.

En abril de 2009, el Departamento de Energía de EE.UU. anunció sus planes de distribuir más de 3,3 mil millones dólares para fomentar el desarrollo de las tecnologías de red inteligente. El Departamento de Energía también dijo que sería desembolsar una suma adicional de 615 millones de dólares para promover los estudios relacionados con el almacenamiento, el seguimiento y la viabilidad de tecnología de la red inteligente. Para obtener más información, visite la página web de la Red Inteligente del Departamento de Energía de EE.UU.

Bajo el Programa de Subvenciones de Inversiones Inteligentes del Departamento de Energía, las implementaciones de tecnología de la red inteligente podrían ser elegibles para subvenciones en el rango de $ 500.000 a $ 20 millones de dólares. Cerca de $ 100.000 a 5 millones de dólares se entregarán en forma de subvenciones para el despliegue de dispositivos de monitorización de red.

El enfoque en las tecnologías de red inteligente es tan alto que una asociación comercial se ha creado para los desarrolladores de productos y proveedores de servicios en las áreas de contadores inteligentes, tecnologías de red inteligente y respuesta a la demanda. La Coalición de Respuesta y Red Inteligente (DRSG), con sede en Washington, DC, busca educar y proporcionar información a los consumidores, servicios públicos y elaboradores de la política a seguir sobre cómo las tecnologías de red inteligente se pueden utilizar para modernizar la infraestructura de electricidad de los EE.UU.

Conclusión

Los EE.UU. ya tienen la generación de electricidad, el sistema de transmisión y distribución superiores del mundo. Sin embargo, el actual sistema no será capaz de hacer frente a la creciente demanda de energía y la creciente dependencia de la electricidad para las actividades del día a día, a menos de que se actualice en respuesta a los cambios en la generación de energía y patrones de consumo. Hay una necesidad urgente de tecnologías avanzadas, robustas y fiables que no sólo puede mejorar la infraestructura existente para la generación, transmisión y distribución, sino también revolucionarán la red de energía del país para las generaciones venideras.