A medida que se incorpora más energía eólica y solar, quienes gestionan la red eléctrica se enfrentan a un problema: ¿cómo compensar la naturaleza variable del sol y el viento?
California planea gastar miles de millones de dólares en baterías para equilibrar el flujo de electricidad procedente del sol y el viento, de forma muy similar a como los amortiguadores suavizan los baches de la carretera. Pero ¿es necesario? ¡En absoluto!
En mi investigación, he descubierto que podemos acomodar una red alimentada en un 50 % por energías renovables sin usar baterías.
Es posible crear sistemas lo bastante flexibles para adaptarse a las variaciones de la producción solar y eólica ajustando la potencia en millones de hogares y empresas cada minuto o incluso cada segundo. Este enfoque no requiere nuevo hardware, sino algún software de control y un poco de participación de los consumidores.
Un enorme ejercicio de equilibrio
La electricidad obtenida del viento o del sol ya está provocando «oscilaciones» grandes y pequeñas en la energía que se suministra a la red.
Por ejemplo, durante una semana típica en el noroeste del Pacífico, la potencia puede aumentar o disminuir en más de un gigavatio en una hora. Eso equivale a la producción de una enorme central nuclear capaz de abastecer a un millón de hogares.
Mire la línea verde. La generación eólica es volátil y no siempre coincide con la demanda real de electricidad (la línea roja, por debajo de la azul).
Bonneville Power Administration
Esto supone un enorme reto para los operadores de la red de esta región. Las fluctuaciones masivas de potencia requieren dispositivos de almacenamiento igualmente masivos que puedan cargarse cuando sopla el viento y descargarse durante los periodos de calma.
Actualmente, el equilibrio entre la oferta y la demanda de electricidad se logra principalmente generando más electricidad, en lugar de almacenarla.
Cuando están disponibles, los operadores de la red recurren a las llamadas reservas de balance, obtenidas de generadores de combustibles fósiles o de centrales hidroeléctricas. Estas centrales aumentan o reducen su producción en respuesta a una señal de una autoridad de balance de la red. Este es solo uno de los numerosos servicios auxiliares necesarios para mantener una red fiable.
Muchos estados se apresuran ahora a encontrar nuevas fuentes de servicios auxiliares, y el gobierno federal también busca incentivos: las órdenes 745, 755 y 784 de la Federal Energy Regulatory Commission (FERC) son respuestas recientes de un organismo gubernamental para crear incentivos financieros para recursos capaces de responder y equilibrar la red.
¿Son las baterías la solución?
El almacenamiento está en todas partes, pero tenemos que pensar más allá de la electricidad.
Piense en un gran edificio de oficinas. ¿Alguien notaría si se redujera o aumentara un 10 % la potencia de los ventiladores durante 10 o 15 minutos? Esto no afecta a la comodidad de los ocupantes del edificio, pero las variaciones de potencia resultantes pueden cubrir una parte sustancial de las necesidades de la red. Un edificio puede considerarse una batería virtual debido a la inercia térmica, una forma de almacenamiento térmico.
¿Y qué ocurre durante periodos más largos? Las bombas de piscinas residenciales (así como las bombas de riego) representan una carga importante en Florida y California —muy superior a un gigavatio en cada estado— que puede funcionar a distintas horas del día.
Mediante inteligencia local —en forma de un chip en cada dispositivo o de una computadora doméstica para varios dispositivos—, se puede aprovechar el conjunto de un millón de piscinas de Florida como baterías masivas. Mediante comunicación unidireccional, cada piscina recibirá una señal de regulación del operador de la red. La piscina pasará de encendida a apagada según sus propias necesidades, como las horas de limpieza recientes, y también según las necesidades de la red. Al igual que en el edificio de oficinas, cada consumidor tendrá garantizado el servicio deseado.
Las piscinas, por supuesto, son solo un ejemplo de carga flexible, aunque voraz.
Las cargas de encendido y apagado, como las bombas de agua, los refrigeradores o los calentadores de agua, requieren un tipo especial de inteligencia para eliminar con precisión la variabilidad creada por la generación renovable. La aleatorización es clave para el éxito: para evitar la sincronización (no queremos que todas las piscinas se apaguen a la vez), la inteligencia local incluye un «volado» especialmente diseñado; cada carga se enciende o se apaga con cierta probabilidad, que depende tanto de su propio entorno como del estado de la red.
Es posible prestar a la red un servicio auxiliar muy fiable y, al mismo tiempo, mantener límites estrictos sobre la calidad del servicio que ofrece cada carga. Por ejemplo, con un termostato inteligente, la temperatura interior no variará más de un grado si se desea imponer ese límite. Los refrigeradores se mantendrán fríos y fiables, y las piscinas estarán libres de algas.
¿Cómo seguimos adelante?
Primero debemos respetar la asombrosa solidez de la red actual.
Esto es resultado de una ingeniosa ingeniería de control, muy similar a la teoría del control automático que llevó al primer ser humano a la Luna y que hace que nuestros aviones sean tan fiables hoy. No podemos pretender transformar la red sin colaborar con los ingenieros de control y de sistemas eléctricos que comprenden la misteriosa dinámica de la red. Se producen inestabilidades y apagones cuando somos demasiado agresivos al intentar equilibrar la oferta y la demanda, del mismo modo que ocurren cuando tardamos demasiado en responder.
Estamos seguros de que los retos de ingeniería se resolverán en gran medida en los próximos años: ¡es una época apasionante para la electricidad!
Las cargas «inteligentes», o los dispositivos con controladores, pueden equilibrar la oferta y la demanda de electricidad junto con los generadores y las baterías.
Autor, proporcionado por el autor
El siguiente reto es la participación.
Hoy, unos 750.000 propietarios de viviendas en Florida han firmado contratos con la empresa de servicios públicos Florida Power & Light, que le permiten desconectar bombas de piscinas y calentadores de agua en caso de emergencia. ¿Cómo podemos ampliar estos contratos para involucrar a millones de propietarios de viviendas y a operadores de edificios comerciales en el suministro del almacenamiento virtual necesario? Las recientes normas de la FERC, que ofrecen pagos por servicios auxiliares para equilibrar la red, son un valioso primer paso para crear incentivos.
Es posible que se necesiten pocos incentivos, ya que no privamos a los consumidores de comodidad: la flexibilidad la aporta la piscina o el refrigerador, no el propietario de la vivienda.
Un futuro energético sostenible es posible y económico con un poco de inteligencia y flexibilidad por parte de nuestros electrodomésticos.
Este artículo se publica en colaboración con The Conversation. Su publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: Sean Meyn es profesor de Ingeniería Eléctrica e Informática en la University of Florida
Imagen: Un arcoíris se alza sobre turbinas eólicas generadoras de electricidad cerca de la localidad vasca española de Durango, el 8 de diciembre de 2007. REUTERS/Vincent West.
