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miércoles, 05 junio, 2019

Abastecimiento energético de la infraestructura crítica mediante microredes

Los fuertes huracanes de 2017 apagaron las luces en Puerto Rico y en otras islas del Caribe, en algunos casos por varios meses, y provocaron un debate sobre la seguridad energética y la resiliencia que continúa hasta el día de hoy tanto en el cinturón de huracanes como en otros lugares. Cada vez más, los responsables de la toma de decisiones están considerando desarrollar microredes para abastecer a la infraestructura y los servicios más críticos en caso de que la red eléctrica colapse. ¿Pero qué es algo crítico? La mayoría de las personas probablemente le daría prioridad al suministro eléctrico de un hospital mediante un sistema de respaldo, pero ¿qué pasa después? (Foto: Laboratorios Sandia)

Una “asociación para la resiliencia”

Más allá del taller que se llevó a cabo los días 2 y 3 de mayo en Puerto Rico (Promoción de la capacidad de recuperación de la energía en el Caribe: Taller sobre los fundamentos del diseño de microredes y abastecimiento de la infraestructura crítica), el gobierno de los Estados Unidos anunció recientemente un esfuerzo más amplio para ayudar a los países del Caribe a ser más resilientes ante los desastres naturales.

El Subsecretario de Estado John J. Sullivan lanzó la Asociación de Resiliencia de los Estados Unidos y el Caribe el 12 de abril, en una reunión en Miami de ministros y funcionarios de gestión de desastres de 18 países. En el marco del programa, varios organismos estadounidenses compartirán información científica, apoyarán los esfuerzos de planificación y brindarán capacitación en tres áreas amplias: comprensión de riesgos y acciones habilitadoras, construcción de comunidades resilientes y mejora de la respuesta ante desastres.

El gobierno de los Estados Unidos también se propone aumentar el uso de fuentes confiables de energía de bajo costo para estimular el desarrollo económico del Caribe a través de una iniciativa plurianual denominada Caribe 2020.

Mientras tanto, a través de su Iniciativa de Transiciones Energéticas, el Departamento de Energía de los Estados Unidos ha desarrollado varias herramientas y recursos para hacer avanzar a las islas y comunidades remotas autosuficientes a través de sistemas de energía resilientes. Estas soluciones también puedenaplicarse fuera de los Estados Unidos, incluso en el Caribe. 
Un taller recientemente llevado a cabo en Puerto Rico, Impulso de la Resiliencia Energética del Caribe, abordó junto a los participantes los conceptos básicos del diseño de una microred en la que la infraestructura crítica sea el foco de atención. El taller que organizó el Departamento de Energía de los Estados Unidos, en colaboración con la Organización de los Estados Americanos (OEA), contó con más de 50 participantes provenientes de 15 países, incluidos funcionarios de energía, reguladores, ejecutivos de empresas eléctricas y otros.

En sesiones pequeñas, trabajaron en diferentes aspectos del proceso de adopción de decisiones orientadas a establecer una microred, guiados por un equipo de expertos del Departamento de Energía de EE.UU. y los Laboratorios Nacionales Sandia, que forman parte de la red de centros de investigación y desarrollo que financia el gobierno federal. Se les pidió a los participantes del taller que desempeñen los papeles de diferentes partes interesadas y que reflexionen acerca de los diversos puntos de vista y prioridades que impulsan a las decisiones sobre la energía.

Primero, un poco de contexto. Las microredes tienen muchas formas y tamaños. En el plano más elemental, se puede considerar microred a un conjunto de paneles solares en el techo de una casa. El taller de Puerto Rico exploró las trastiendas de la creación de sistemas distribuidos de energía en una escala algo mayor, tal como la microred de un distrito urbano, un campus universitario o un conjunto de edificios del gobierno.

La idea consiste en desarrollar una red dentro de una red, es decir, un sistema que está conectado a la red eléctrica principal en períodos normales, pero que puede aislarse y operar de manera independiente, con fuentes propias de energía en caso de que la red principal llegue a fallar. Tras el paso de los huracanes Irma y María en 2017, las microredes abastecidas con energía solar y almacenamiento de baterías comenzaron a surgir en una escala de "boutique" en muchos lugares (léase el artículo anterior: Para una red eléctrica resiliente, piense en “micro”). Ahora bien, muchos planificadores de energía y empresas de suministro eléctrico están buscando sistemas más avanzados.

Laboratorios Nacionales Sandia, que comenzó a trabajar en este campo para bases militares hace más de una década, ha desarrollado una metodología que apunta a lograr la “garantía energética” —seguridad, confiabilidad, sostenibilidad, rentabilidad y resiliencia— al integrar toda una gama de recursos energéticos distribuidos en una zona local de abastecimiento o microred. Ha creado materiales disponibles para el público que incluyen un programa de software denominado Kit de herramientas de diseño de microred a fin de ofrecer orientación técnica y recomendaciones en cuanto a los procesos.

Decisiones difíciles

Durante el taller de Puerto Rico, los participantes abordaron algunas de las decisiones claves que surgen en las etapas más tempranas de la planificación, como determinar cuáles son las instalaciones o servicios esenciales que la microred debe abastecer. Estas decisiones suelen ser más difíciles de lo que aparentan, según dos de los ingenieros de Sandia que ayudaron a dirigir las sesiones de entrenamiento, Brooke Marshall García y Matthew Lave.

Si bien todos pueden estar de acuerdo en que un hospital tiene prioridad, "casi nadie está de acuerdo en la segunda cosa", dijo Lave. Para una empresa de suministro eléctrico, explicó, la zona portuaria podría ser el foco de atención si se considera que allí es donde el combustible para la planta eléctrica local necesita llegar. Para un organismo de gestión de emergencias, podría ser la red de comunicaciones lo que más se necesita.

"Todo es crítico para alguien", agregó García. El cumplimiento de la ley es otro aspecto a considerar, dijo. Piense en el potencial de violencia si las personas han estado haciendo fila por gasolina durante horas y alguien intenta colarse.

Las microredes son pequeñas por definición, y por lo tanto no pueden entregar la misma cantidad de electricidad que un sistema que incluye centrales eléctricas y líneas de transmisión de alto voltaje. "En la mayoría de los casos, no va a poder hacer todo lo que quiera hacer", dijo Lave.

El aspecto central del desafío, dijo, es lograr que la generación y la carga coincidan. En otras palabras, ha de asegurarse de que el suministro de electricidad generada localmente coincida con la demanda de la zona de abastecimiento. Cuando sea necesario, las microredes avanzadas podrán abastecer más partes críticas dentro de su zona de servicio.

A diferencia de un simple grupo electrógeno, que normalmente abastece a un edificio o instalación, las microredes pueden diseñarse para suministrar energía eléctrica a zonas más amplias y pueden incorporar fuentes renovables de energía. En general, como están conectadas a la red principal, pueden suministrar energía renovable al sistema en circunstancias normales.

El diseño de cada sistema de microred depende de una serie de factores, incluida la naturaleza y la probabilidad de las amenazas a las que una zona está expuesta. Después de todo, no solo los huracanes pueden interrumpir el suministro eléctrico, sino también las inundaciones, las tormentas de granizo, los terremotos, los incendios forestales y los ataques cibernéticos, por mencionar solo algunos.

Otras variables del desarrollo de microredes incluyen el presupuesto, los objetivos de desempeño, las consideraciones reglamentarias y los objetivos de las políticas. ¿La energía renovable es un aspecto central? ¿Bajo costo? Muy alta fiabilidad? El proceso desarrollado por Sandia no consiste en un diseño específico de microred, sino en un mapeo de adopción de decisiones que ayudará a las partes interesadas a personalizar sus propias soluciones basándose en la tecnología disponible.

"Si no se cuenta con una apreciación técnica de lo que implica, es difícil desarrollar una política", dijo García.