Al mediodía del 22 de octubre de 2007, la Universidad de California, San Diego, recibió una llamada de emergencia de la empresa de servicios públicos local. Los incendios forestales regionales habían dañado y deshabilitado las líneas eléctricas y el operador de la red de California había declarado una emergencia de transmisión de energía. San Diego Gas & Electric le pidió a la universidad que redujera la cantidad de electricidad que extraía de la red y, si es posible, que comience a generar energía para que la utilicen otros clientes de servicios públicos.
En 10 minutos, el campus pasó de extraer 4 megavatios de electricidad de la red eléctrica a alimentarlo con 3 megavatios, dice Byron Washom, Director de Iniciativas Estratégicas de Energía para UCSD. "Esos 7 megavatios eran el delgado margen entre la red de gas y electricidad de San Diego que se mantenía o colapsó".
El campus de San Diego pudo reaccionar tan rápido en parte porque medio siglo antes sus fundadores habían decidido sentar las bases para un suministro de energía autosuficiente, o lo que los expertos en energía llaman hoy una "microrred". El campus en 1962 era una planta de energía central diseñada para proporcionar electricidad a gas, así como calefacción y refrigeración de distrito para los edificios de la escuela. Eso en sí mismo era y no es inusual para un campus académico o incluso corporativo. Pero a lo largo de los años, UCSD ganó autosuficiencia al agregar turbinas de vapor, paneles solares fotovoltaicos, celdas de combustible y almacenamiento de energía, además de instalar líneas eléctricas para transmitir electricidad hacia y desde la red eléctrica de SDG & E.
Todos estos activos ahora operan bajo el control de un sofisticado sistema de gestión de energía, y la microrred del campus permite a la universidad generar, almacenar y enviar electricidad según sea necesario, proporcionando en última instancia el 92 por ciento de la electricidad utilizada en el campus. Aunque la universidad normalmente extrae electricidad de la red SDG & E para satisfacer su carga de aproximadamente 38 megavatios, también puede cambiar al modo "isla" en caso de problemas de energía fuera del campus o apagones, satisfaciendo todas sus propias necesidades de electricidad. Y cuando la electricidad es escasa en la red eléctrica principal que sirve al gran San Diego, UCSD puede vender energía a SDG & E.
En respuesta a la llamada de emergencia de 2007, la universidad encendió una turbina de vapor de 3 megavatios y redujo la demanda de energía ajustando la configuración del control climático y pasó a extraer agua fría para su sistema de enfriamiento desde tanques de almacenamiento térmico altamente eficientes en lugar de enfriadores eléctricos. "Con dos clics de un mouse, con nuestro sistema de control, podemos cambiar 4.000 termostatos en el campus", dice Washom.
UCSD y otros operadores de microrred ofrecen una versión moderna de los pequeños sistemas de energía de corriente continua instalados en fábricas y centros urbanos a partir de la década de 1870. Al igual que los primeros sistemas, estos nuevos diseños presentan la generación y distribución local de electricidad en lugar de las líneas de transmisión de larga distancia y las centrales eléctricas remotas centralizadas que caracterizaron la red eléctrica del siglo XX. "Actualmente estamos deconstruyendo la red eléctrica, de vuelta a [Thomas] Edison", dice Jim Reilly, cuya empresa de consultoría Reilly Associates asesora al Departamento de Energía en la operación de microrredes.
Las raíces de esta tendencia de deconstrucción se remontan a fines de la década de 1990, cuando el Departamento de Energía de los EE. UU. Decidió impulsar la investigación sobre transmisión de energía y confiabilidad. El movimiento se produjo como respuesta a la desregulación de la electricidad y a la anticipación de una ola de paneles solares en los tejados y otras formas de generación de energía descentralizada. "En ese momento no teníamos realmente un concepto de" microrredes "per se", dice Chris Marnay, uno de los pioneros de la investigación de microrredes. La idea de generar energía localmente era antigua. Pero se necesitaron avances en los controles y la electrónica de potencia para permitir una verdadera microrred que pudiera interactuar con una "isla" de la red eléctrica más grande. En pocos años, el grupo de investigación de Marnay en el Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley formalizó la noción de una microrred en un proyecto para la Comisión de Energía de California.
Los beneficios proporcionados por la microrred de UCSD (agilidad y autosuficiencia) ahora tienen una gran demanda entre los usuarios de energía que corren el riesgo de sufrir graves consecuencias en caso de interrupciones del suministro eléctrico, como universidades con equipos de laboratorio sensibles, bases militares con sistemas de control de armas y centros de datos. vastos tesoros de información. "Son las instalaciones las que quieren energía anormalmente de alta calidad donde vemos la mayor parte de la acción en este momento", dice Marnay, quien se retiró en junio del Grupo de Integración de la Red de Berkeley Lab.
Los fenómenos meteorológicos extremos en los últimos años, como el huracán Sandy, han recordado a los líderes empresariales, militares y políticos la fragilidad de la infraestructura eléctrica en los Estados Unidos. "La creciente frecuencia de los desastres naturales está impulsando un mayor interés en las soluciones de microrredes y energía de respaldo", dice Brian Carey, quien dirige la práctica de asesoría de tecnología limpia estadounidense para la firma de contadores PricewaterhouseCoopers, conocida como PwC.
Una microrred de $ 71 millones construida en la sede de la Administración de Drogas y Alimentos de los EE. UU., Por ejemplo, suministró energía al campus durante y después del huracán Sandy cuando la red eléctrica regional cayó. En marzo de 2011, la Microgrid de Sendai, ubicada en el campus de la Universidad Tohoku Fukushi en la ciudad de Sendai, Japón, continuó suministrando energía y calor a los clientes después del devastador terremoto y tsunami de Tohoku que redujo el suministro de energía en toda la región circundante.
Si bien la capacidad de recuperación ha sido clave durante mucho tiempo para el atractivo de las microrredes para instalaciones con cargas de energía críticas, los cambios en los precios de la energía y los avances tecnológicos ahora están llevando las microrredes al alcance de las ciudades y vecindarios que desean un control local de su suministro de energía o energía más limpia que la que ofrecen sus utilidad.
Los paneles solares fotovoltaicos ahora cuestan un 80 por ciento menos que en 2008. La firma consultora McKinsey & Company predice que los precios de las baterías de iones de litio podrían caer a $ 200 por kilovatio-hora para 2020, de alrededor de $ 500- $ 600 por kilovatio-hora hoy. Las instalaciones que construyen microrredes también pueden ahorrar dinero año tras año comprando menos electricidad de su empresa de servicios públicos local o, en algunos casos, vendiendo energía a la empresa de servicios públicos cuando el suministro es escaso.
"Puede ser un ahorro de costos significativo si una universidad o un hospital realmente pueden vender energía en función de los precios del mercado en tiempo real para la energía, no solo a la tasa que normalmente pagarían", dice Carey, de PwC. "Los precios pueden variar drásticamente, de 15 a 20 centavos por kilovatio-hora a dólares de un solo dígito por kilovatio-hora".
Según Byron Washom de UCSD, la universidad ahorra $ 800, 000 por mes en sus facturas de energía al generar el 92 por ciento de la electricidad que consume. La FDA dice que la microrred de su campus le ahorra a la agencia $ 11 millones anuales en costos relacionados con la energía.
La tecnología de maduración rápida permite una mejor integración y optimización de los componentes de microrred. Washom señala, por ejemplo, que las herramientas mejoradas de pronóstico solar informan al sistema de administración de energía del campus cuándo cargar o descargar baterías. "Estamos presenciando sistemas de control superiores que pueden administrar una microrred y también pueden administrar una instalación completa", dice. "Hay una gran variedad de nuevas herramientas que están surgiendo en la forma en que administra su suministro, su demanda, su almacenamiento y sus importaciones". Pronto, dice Washom, los gerentes de energía evaluarán la disponibilidad de los activos del sistema cada pocos minutos para anticipar o responder a las condiciones cambiantes.
Mientras que la tecnología avanza, sin embargo, los expertos dicen que se necesitan nuevas políticas para acelerar la adopción de microrredes. Marnay dice que las políticas actuales de los Estados Unidos a nivel estatal y federal están avanzando en tecnologías de energía individuales, como el almacenamiento solar, eólico y energético, pero se necesita más apoyo para el despliegue de estas tecnologías en sistemas complejos como las microrredes.
El Departamento de Energía ya se ha asociado con funcionarios locales y estatales para adaptar los diseños de microrredes militares para aplicaciones civiles. En Nueva Jersey, por ejemplo, donde el huracán Sandy interrumpió el transporte público y dejó a algunos residentes sin electricidad durante una semana o más, el DOE está trabajando con la agencia de tránsito estatal para diseñar una microrred que ayude a mantener en funcionamiento los trenes eléctricos durante un período natural. desastre.
El Departamento de Energía también ha comenzado a desempeñar un papel más activo en el establecimiento de normas para guiar el diseño y la operación de futuras microrredes, así como su integración con la infraestructura energética existente. Incluso la definición de lo que hace una microrred está cambiando: la escala podría alcanzar hasta 60 megavatios en los próximos años. Un grupo de expertos de la agencia está desarrollando un plan para un sistema de microrred a escala comercial capaz de reducir los tiempos de interrupción en más del 98 por ciento a un costo comparable al de una fuente de alimentación de respaldo alimentada por diesel, al tiempo que reduce las emisiones y mejora la eficiencia energética del sistema en al menos 20 por ciento para 2020.
Carey dice que la estandarización debería agilizar el proceso de desarrollo del proyecto, reducir los costos y mejorar el acceso al financiamiento al facilitar que los bancos evalúen el riesgo. "Tener que tener ingeniería especializada para cada microrred es obviamente una propuesta muy costosa y una gran carga para su implementación", dice Marnay.
Al final del día, las microrredes amenazan con anular el modelo centralizado de generación y distribución que ha dominado el sistema eléctrico de EE. UU. Durante más de un siglo, y las empresas de servicios públicos han tardado en adoptar el nuevo modelo. "Las empresas de servicios públicos ven las microrredes como una amenaza para sus fuentes de ingresos", dice Carey. Sin embargo, los beneficios de tener fuentes de alimentación que pueden separarse o sincronizarse con la red tradicional, según sea necesario, están ganando cada vez más servicios públicos como SDG & E. Carey dice: "Debería permitirles mantener la cuadrícula más estable".
