Actualmente, las redes eléctricas nacionales obsoletas no pueden integrar las fuentes de energía renovable necesarias.
A medida que avanzamos hacia una sociedad sin carbono, debemos transformar la forma en que generamos energía y gestionamos la red eléctrica.
Las redes eléctricas del futuro que aprovechen el potencial de los recursos energéticos distribuidos pueden ayudar a aplanar la curva de demanda.
Las redes eléctricas nacionales actuales son lamentablemente incapaces de integrar las fuentes de energía renovable necesarias: están aquejadas por tecnologías envejecidas y obsoletas, así como por una estructura regulatoria que dificulta la modernización de la infraestructura crítica necesaria. Solo en Estados Unidos, la red eléctrica funciona con una eficiencia de alrededor del 40%.
La solución a este problema reside en un nuevo enfoque de la electricidad, centrado en optimizar la manera en que los clientes y sus tecnologías interactúan con la red eléctrica. Los efectos devastadores del cambio climático exigen que demos los próximos pasos sin generar más contaminación ni una demanda insostenible de recursos extraídos.
A medida que la sociedad desarrolla una economía sin carbono, la red eléctrica deberá experimentar una transformación significativa. La creciente incorporación de activos renovables y almacenamiento de energía modificará la combinación de recursos en los sistemas de transmisión de alta tensión, pero eso no afectará mucho a los clientes. La rápida evolución que cambiará nuestra forma de relacionarnos con la red se producirá en los sistemas de distribución de baja tensión, los que suministran electricidad a nuestros hogares, empresas y fábricas. Veamos qué está ocurriendo, cómo nos afectará y qué debemos hacer para garantizar que esta transición energética se produzca de la manera más fluida y eficiente posible.
Aumentar la utilización de los activos
Los precios de la electricidad están determinados en gran medida por dos costos principales: los costos de los combustibles necesarios para generar electricidad y la infraestructura de generación, transmisión y distribución, que requiere mucho capital y produce electricidad para entregarla a los clientes. Últimamente, estos costos han aumentado, en gran medida porque la forma en que usamos la energía —nuestra curva de demanda— se ha vuelto más «picuda». Consumimos mayores cantidades de energía durante períodos relativamente breves, impulsados principalmente por el aumento de la demanda de aire acondicionado.
Los niveles de demanda elevados quizá solo se den una vez cada varios años, cuando llega un calor extremo, pero normalmente no limitamos el consumo mediante «bajadas de tensión» u otras restricciones. En cambio, construimos más infraestructura que permanece infrautilizada el resto del año. De hecho, atender el 1% máximo de la demanda puede representar hasta el 9% de los costos totales de infraestructura, mientras que el 10% máximo de la demanda supone alrededor del 25% de los costos totales. Así que, si pudiéramos «aplanar la curva» reduciendo la demanda máxima, aumentando el consumo en otros momentos del año o, mejor aún, haciendo ambas cosas, podríamos distribuir más energía con los mismos costos fijos, aumentar la utilización de la capacidad y reducir los costos de infraestructura por kilovatio-hora suministrado.
Recursos energéticos distribuidos
Podemos aplanar esa curva con una nueva clase de activos instalados en las instalaciones de los clientes, conocidos como recursos energéticos distribuidos (DER, por sus siglas en inglés). La Comisión Federal Reguladora de la Energía describe los DER como activos que pueden incluir «almacenamiento eléctrico, generación intermitente, generación distribuida, respuesta a la demanda, eficiencia energética, almacenamiento térmico o vehículos eléctricos y sus equipos de carga». Los DER son los sucesores de los recursos tradicionales de respuesta a la demanda (DR, por sus siglas en inglés): dispositivos instalados en las instalaciones que cambian su comportamiento en respuesta a las señales de las empresas de servicios públicos o de los operadores de los mercados eléctricos. Los recursos de DR han reducido considerablemente la demanda máxima, pero tienen limitaciones: pueden dejar de consumir electricidad, pero no pueden enviar energía del cliente de vuelta a la red.
Cómo ayuda el Foro a los líderes a afrontar la transición de los sistemas de energía y materiales
El Centro de Energía y Materiales conecta a los líderes para comprender las complejas transiciones que están transformando los sistemas energéticos, de materiales e industriales. Ofrece una plataforma para explorar cómo se cruzan la seguridad energética, la asequibilidad y la sostenibilidad.
Mediante la colaboración entre cadenas de valor y regiones, el Centro facilita vías compartidas que ayudan a los socios a alinearse en torno a soluciones prácticas para una transición segura, con bajas emisiones de carbono y equitativa.
En los últimos años, esto ha cambiado: ahora hay millones de instalaciones solares en tejados en Australia, California, y Alemania. Los paneles solares fueron el primer DER importante, pero solo podían suministrar energía cuando brillaba el sol y su producción no se podía regular. Sin embargo, la incorporación de baterías instaladas en las propias instalaciones cambió rápidamente esa dinámica, al absorber y liberar energía según fuera necesario. La cantidad de baterías está creciendo rápidamente en los lugares donde predomina la energía solar en tejados: almacenan el excedente de energía generado por millones de instalaciones solares en tejados, y ya hay cientos de miles de baterías en hogares alemanes y australianos, además de un gran número en estados de Estados Unidos como California y Hawái.
El próximo DER importante serán los vehículos eléctricos (VE), cuyas baterías son muchas veces más grandes que los sistemas de almacenamiento doméstico. Las ventas de VE han crecido rápidamente y representaron el 13% de todos los vehículos de pasajeros vendidos en el mundo en el cuarto trimestre de 2021. Si se cargan en períodos de baja demanda, pueden aumentar la utilización general de la red. Además, muchos pronto tendrán capacidad bidireccional y podrán enviar energía de vuelta a la red cuando sea necesario. Sin embargo, los VE pueden ser un arma de doble filo. Si se cargan en momentos inoportunos, pueden agravar la demanda máxima, someter la red a una mayor presión y reducir la utilización de la capacidad.
El potencial de una torre de Babel desestabilizada
Pronto nuestras redes albergarán múltiples tecnologías DER, a menudo incorporadas por empresas externas conocidas como «agregadores», que se conectan directamente con los dispositivos. Fuera del sector energético, conocemos agregadores externos como DoorDash o Postmates, que reúnen nuestros pedidos de restaurantes para garantizar la entrega de comida. En el sector energético, estos agregadores pueden tener mucha influencia y generar eficiencias económicas o inestabilidad, especialmente en los circuitos locales de distribución, donde pueden vivir miles de propietarios de VE, con efectos en cuestiones críticas como la tensión y la frecuencia.
Para ilustrar el potencial de caos, supongamos que un operador del mercado eléctrico solicita 100 megavatios de DER en la red de distribución. Si el sistema no se ha desarrollado y coordinado adecuadamente, es posible que el operador de distribución no esté al tanto de la situación y que la red no tenga la capacidad física de suministrar la potencia solicitada. Por tanto, antes de que los recursos DER crezcan demasiado, es hora de establecer las reglas para permitir una implementación segura y fiable.
Un posible camino a seguir
El software y otras tecnologías habilitadoras han surgido hace poco, así que aún queda mucho por hacer para aprovechar el potencial de esta red del futuro basada en los recursos DER. Las capacidades de planificación de las empresas de servicios públicos, las estructuras regulatorias y los modelos de negocio se encuentran todavía en una fase muy temprana. Un requisito fundamental será algún tipo de registro central que clasifique los activos según su tipo y sus características principales (por ejemplo, qué son, dónde están, cuándo están disponibles y qué capacidad y energía pueden ofrecer). Cada contrato con un agregador lo vincularía a activos específicos, y esa relación quedaría documentada en el registro. Un enfoque basado en permisos, respaldado por una arquitectura de red adecuada, regularía tanto los flujos de comunicación como la jerarquía de comportamientos (por ejemplo, si se contrata una batería para dar apoyo a la red, debe estar disponible; no puede haber vendido recientemente su energía para otro fin).
Nuestra relación con la red eléctrica —y la forma en que generamos energía y la gestionamos— debe cambiar. En el pasado, la producción de electricidad ha sido por lo general una actividad perjudicial para el medio ambiente, ya sea por la extracción y quema de carbón o por el aprovechamiento de la fisión nuclear, que genera residuos radiactivos. Suministrar energía para el futuro también implica desarrollar energía sostenible y no contaminante, capaz de soportar aumentos repentinos de la demanda y con una disponibilidad más constante que la energía solar y eólica. TAE Technologies está desarrollando energía de fusión de hidrógeno y boro para satisfacer y superar la demanda actual, sin quemar carbón ni generar residuos nucleares; su fecha prevista es 2030. La tecnología no generará emisiones de carbono y ofrecerá un nuevo y vasto suministro de energía.
¿Quién debería ser responsable?
Al igual que internet se basa en un conjunto de principios generalmente aceptados, quizá sea necesario algo similar para la red eléctrica. Para hacerlo bien, debemos determinar rápidamente quién debería desempeñar el papel de supervisión del registro. Podría ser una organización no gubernamental o una agencia gubernamental cuyos motivos no estén impulsados por el lucro y que pueda consultar a múltiples partes que contribuyan al proceso de toma de decisiones. Desde la perspectiva actual, podemos ver con claridad el potencial de la red eléctrica del futuro: más limpia, dinámica y eficiente. Sin embargo, queda mucho por hacer para llegar a ese punto. ¿Quién debería estar al mando?
