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Las microredes y los riesgos de desastres
Por M.Sc. W. Manuel Saltos Arauz*,
Dr.C Miguel Castro Fernández** y Dra.C. Miriam Vilaragut Llanes**
* Universidad Técnica de Manabí, Ecuador.
** Centro de Investigaciones y Pruebas Electroenergéticas (CIPEL), Instituto Superior
Politécnico José Antonio Echeverría (ISPJAE), Cuba.
e-mail: wsaltos@utm.edu.ec, mcastro@electrica.cujae.edu.cu, miriamv@electrica.cujae.edu.cu
Resumen
En el trabajo se enfatiza el rol de las microrredes en caso de riesgos naturales en el Ecuador,
mostrando las ventajas que estas le confieren al sistema eléctrico de potencia; además, se expone
una síntesis sobre el desarrollo del esquema energético a nivel mundial, y se ofrecen los criterios
que desde el punto de vista energético, económico y ambiental justifican la utilización de las
microrredes como una forma de elevar la eficacia del servicio eléctrico, fundamentalmente en
caso de desastres naturales a los que está expuesta hoy la red eléctrica ecuatoriana, logrando los
impactos económico, ambiental y social deseados.
Palabras clave: Microrred, riesgos, eficiencia energética, fuentes renovables de energía, red
inteligente.
Introducción
El incremento sucesivo del precio de los combustibles fósiles y la apremiante situación derivada
de los impactos ambientales asociados al uso extendido de los recursos energéticos que forman
parte de la dotación del planeta, han acelerado la irrupción de las fuentes renovables de energía
en el panorama energético, cambiando notablemente los flujos de energía en la red y provocando
la adopción de la novedosa filosofía de la generación distribuida, en la que los usuarios no solo
consumen, sino que también producen electricidad a través de la misma red, y por tanto, el flujo
de energía ya no es solo unidireccional, sino que cobra cada vez más un sentido bidireccional.
Desde que en 1882 el inventor norteamericano Thomas Alva Edison desarrollara e instalara la
primera gran central eléctrica del mundo en Nueva York [Zirkelbach, 2014], los procesos de
generación, transportación, distribución y comercialización de la electricidad se han regido por el
ritmo de la demanda y el incremento exponencial del consumo de la energía eléctrica a escala
social. Durante la primera mitad del siglo xx se consagró el uso del petróleo como portador
energético por excelencia, y con ello se fue configurando un sistema de generación cada vez más
centralizado, basado en grandes termoeléctricas, con extensas redes de transmisión y un
complejo sistema de distribución administrado por operadores de red especializados en el
mantenimiento del equilibrio entre la oferta y la demanda de energía de forma permanente.
Para la segunda mitad del propio siglo xx, en los países del primer mundo los sistemas
centralizados de generación, transporte y distribución de la electricidad se reafirmaron como un
paradigma técnico capaces de garantizar y extender el servicio eléctrico interno de los países, y
traspasar las fronteras nacionales; pero las sucesivas crisis energéticas y ambientales motivadas
por la sobreexplotación de los recursos naturales ha puesto en entredicho la capacidad de la
actual matriz energética para continuar sosteniendo las condiciones actuales del desarrollo
económico y social de la humanidad.
La consolidación gradual de un nuevo paradigma energético sustentado en los conceptos de la
sostenibilidad, y fundamentado en el derecho universal de la humanidad al acceso de los
servicios, impone la transición hacia una novedosa y diversa matriz energética, que ya no podrá
ser administrada eficazmente mediante los métodos tradicionales de operación de la red.
La integración dinámica de los desarrollos en la ingeniería eléctrica, y los avances de las
tecnologías de la información y las comunicaciones dentro del espectro de la energía eléctrica,
requieren que las áreas de coordinación de protecciones, control, instrumentación, medida,
calidad y administración de energía, sean concatenadas en un solo sistema de gestión, con el
objetivo primordial de realizar un uso eficiente y racional de la energía.
Las microrredes pueden conectarse con la red de alimentación principal y en muchos casos,
donde exista algún tipo de riesgo, pueden funcionar de forma autónoma si se aíslan de la red;
esto les confiere una importancia fundamental en las zonas bajas de inundación en los periodos
lluviosos. En ese sentido juegan un papel importante en la satisfacción de la demanda a la
población cuando el sistema central esté desconectado. Ello constituye un ejemplo del uso de la
microrred y su importante papel en la robustez de las redes eléctricas frente a las perturbaciones,
aumentando su resiliencia.
El caso más notable sucedió durante el terremoto y posterior tsunami en Japón en 2011, en la
región de Tohoku, donde la microrred de la Tohoku Fukushi University de 1 MW operó durante
dos días en modo aislado luego del evento sísmico, mientras toda la región en derredor quedó sin
servicio eléctrico. La microrred localizada se mantuvo operativa con alto nivel de desempeño
supliendo a las cargas [Suryanarayanan, et al., 2010]. Estas tecnologías se están gestando en todo
el mundo, por cuanto son imprescindibles por su fiabilidad en caso de situaciones extremas.
La red eléctrica es ahora uno de los centros de innovación tecnológica, influida por factores
económicos, políticos y geográficos; para su incorporación a la empresa pueden aplicarse
diferentes tecnologías como son: Sistema de Información Geográfico (GIS), Infraestructura de
Medición Avanzada (AMI), Sistema de Gestión de Cortes (OMS), Sistema de Adquisición,
Supervisión y Control de Datos (SCADA), Sistemas de Gestión de Demanda (DMS) y
Automatización de Distribución (DA) [Zapata, 2013], entre otras.
Para el enfoque geográfico en las microrredes se pueden utilizar los SIG, capaces de aportar
inteligencia artificial a la solución de los problemas y conflictos de la red, sirviendo como base
para su aplicación como plataforma de decisiones, captura de datos, medidores inteligentes,
análisis de comportamiento del consumidor, estructura informática de información en un
contexto geográfico [Redes…, 2013]. Estas pueden ser usadas, además, en las empresas de
servicios públicos; en la gestión de datos y activos; gestión operativa; órdenes de trabajo; y para
brindarle la información del cliente, permitiendo conocer el emplazamiento óptimo de los
sistemas de medición, la incorporación de energías renovables y la eficiencia energética, siendo
una herramienta viable para el cumplimiento de la funcionalidad en la implementación,
planificación, automatización y análisis, asegurando la percepción objetiva de la situación del
sistema y los proyectos a niveles espaciales.
El objetivo del trabajo de investigación se enfoca en justificar las condiciones técnicas,
económicas, sociales y ambientales, para la introducción de las microrredes en el sistema
eléctrico ecuatoriano, de forma tal que robustezcan el sistema eléctrico de potencia en los
territorios donde exista vulnerabilidad en caso de fenómenos naturales que afecten el buen
funcionamiento de la red.
Materiales y métodos
Para desarrollar el trabajo se realizaron diferentes revisiones bibliográficas encaminadas a
mostrar el potencial técnico, económico y científico con que cuenta el Ecuador para la
introducción de la infraestructura de las microrredes en el desarrollo energético del país, además
de considerar las amenazas de inundación y de sequía que pueden afectar la fiabilidad del
sistema eléctrico.
Se revisaron documentos nacionales e internacionales relacionados con la temática y se efectuó
un análisis de la estructura actual del sistema eléctrico y su posible crecimiento en el futuro con
la penetración progresiva de las tecnologías renovables, fundamentalmente la hidráulica y los
sistemas fotovoltaicos conectados a red próximos a la carga; partiendo todo ello del principio de
que la clave del futuro son las microrredes, sistemas pequeños y autónomos con una
combinación de tecnologías renovables y convencionales adaptadas a cada caso en particular,
que permitan a individuos, comunidades y empresas generar su propia electricidad, así como
vender los excedentes a la red principal [IDEA, 2014].
Se utilizó el método análisis-síntesis en el estudio del material bibliográfico disponible. El
método histórico-lógico permitió llegar a consideraciones precisas relativas a la lógica del
desarrollo del esquema energético internacional, desde su evolución en siglos anteriores. El
método de inducción y deducción fue utilizado para develar la existencia del contenido de
nuestro objeto de estudio, y propiciar la obtención de conclusiones propias, permitiendo con ello
ir deduciendo las esencias, las causas y los por qué de las fundamentaciones y propuestas
formuladas.
Análisis y discusión de los resultados
Las microrredes se pueden definir como una forma de gestión eficiente de la electricidad, en la
que se utiliza la tecnología informática para optimizar la producción y la distribución de
electricidad, con el fin de equilibrar mejor la oferta y la demanda entre productores y
consumidores, aportando elementos que la privilegian con respecto a los sistemas centralizados.
En la figura 1 se muestra un esquema de algunos elementos de las microrredes que las hacen
adecuadas en caso de riesgos del sistema eléctrico; como se puede observar, ofrecen
confiabilidad al sistema eléctrico, mejoran la eficiencia energética y pueden integrarse diferentes
fuentes de generación en las que las fuentes renovables de energía se incorporan a partir de los
estudios de sus potenciales aumentando su confiabilidad; además, pueden establecerse en zonas
aisladas, lo cual hace que favorezcan el desarrollo local. Cada uno de estos aportes puede
interrelacionarse.
Fig. 1. Aportes de las microrredes en caso de riesgos.
Una de las principales características de las microrredes, es que se comportan como pequeños
centros de generación distribuida. Este concepto agrupa la generación de electricidad mediante
instalaciones pequeñas (3 kW-10 MW) en relación con las grandes centrales de generación, de
forma que se puedan conectar casi en cualquier punto de un sistema eléctrico; además, presentan
diferentes ventajas en la fiabilidad en lugares donde es inestable el sistema eléctrico. A partir de
los estudios de potenciales renovables se pueden seleccionar los mejores sitios para la
implantación de la tecnología, el suministro eléctrico es de alta fiabilidad, disminuyen las
pérdidas en la trasmisión y distribución, y además presentan beneficios medioambientales
mediante tecnologías que no emiten gases contaminantes, como son la eólica, hidráulica y
fotovoltaica.
Como un elemento adicional se puede agregar que en el Ecuador el sistema de líneas y redes
eléctricas se encuentra digitalizado, constituyendo un elemento técnico de partida para facilitar la
introducción de las microrredes.
Una microrred es capaz de suministrar electricidad desde los proveedores a los consumidores,
ayudando a ahorrar energía, reducir costes, incrementar la usabilidad y transparencia de la
gestión, propiciando el uso de la energía de manera eficiente y la reducción de las emisiones de
CO2 a la atmósfera, y con ello disminuir los efectos del cambio climático. Por todo ello son ya
un hecho real para los sitios donde se reúnan las condiciones para su establecimiento.
Las Tecnologías de Informática y las Comunicaciones (TIC) han estado revolucionando los
procesos industriales y tecnológicos. Su introducción constituye un hito en las nuevas
perspectivas de la gestión y desarrollo de los servicios en las redes de distribución de
electricidad, para el aprovechamiento al máximo de la energía que se genera por diferentes
fuentes.
Las tecnologías asociadas a las microrredes se introducen en el mercado dependiendo de las
características de cada país. En el Ecuador existen en la actualidad diferentes fuentes de
generación; en la figura 2 se pueden observar los tipos de fuentes interconectados en el Sistema
Eléctrico Nacional, pudiendo notarse que la energía hidráulica es una de las que más aporta, y
existe un programa para instalar en el 2016 aproximadamente 6 780 MW [Licuy, 2011]; la
fotovoltaica y eólica pueden representar un paso de avance si se introducen en zonas vulnerables
de riesgos, ayudando con ello a fortalecer el sistema eléctrico.
Fig. 2. Potencia instalada en el Ecuador. Fuente: Elaboración propia.
Paralelamente al programa de desarrollo sobre el aprovechamiento de la energía hidráulica, se
prevé sustituir gradualmente la cocción doméstica de alimentos, que hoy se realiza en base a gas,
con la introducción de cocinas de inducción más eficientes, higiénicas y menos riesgosas,
posibilitando una disponibilidad adicional de gas que se utilizará para la generación eléctrica
mediante procesos eficientes y menos costosos.
La generación distribuida incorpora conceptos de interés para los usuarios, al generarse la
energía próxima a los centros de carga. Las fuentes renovables de energía se incorporan como
elementos del sistema distribuidos en el territorio, siendo partícipes de las diferentes formas de
generación.
Las microrredes pueden modular la inserción de las fuentes renovables de energía en el sistema
eléctrico de potencia, teniendo un mayor empleo de la automatización como un nuevo producto
del sistema, incluyendo la lectura automática de medidores de electricidad, ampliando la
accesibilidad para integrar y conectar diferentes tecnologías de generación.
Para países como Ecuador, que actualmente se encuentran enfrascados en programas de
desarrollo social, en los que la energía tiene una marcada prioridad en los planes de inserción e
incorporación de nuevas hidroeléctricas, y cambios significativos en la matriz energética, desde
la generación hasta el consumo de la energía, todo ello supone un cambio revolucionario en el
que la generación distribuida adquiere una mayor participación con el usuario, logrando un
mayor empleo en la automatización y distribución de la información, al igual que en el control
del consumo.
Como parte de la planificación e innovación que realiza el gobierno de Ecuador en el sector
eléctrico, el Ministerio de Electricidad y Energía Renovable, con el apoyo de otros actores de
este sector, presentaron el Programa de Redes Inteligentes Ecuador, que busca incorporar un
nuevo modelo de gestión del sistema eléctrico sustentado en tecnologías avanzadas de medición,
monitoreo y comunicación, que involucre desde la generación hasta el consumo de la energía
eléctrica [MEE, 2013].
Este programa busca, entre sus objetivos, optimizar la forma de planificar y operar los sistemas
eléctricos, mejorar la calidad de servicio, ofrecer respuestas oportunas cuando ocurran
interrupciones provocadas por fenómenos naturales, como las inundaciones, y en los casos de
sequía cuando el sistema eléctrico presenta inestabilidad al disminuir la generación por
hidroeléctricas, puedan ser sustituidas por otras fuentes.
Con las microrredes se podrá obtener un registro en tiempo real de todo lo que sucede en los
elementos del sistema energético por donde circula la electricidad, desde las fuentes de
generación hasta los clientes finales, lo cual también forma parte del proceso de eficiencia
energética.
El Ecuador es pionero en la región en la instrumentación de redes inteligentes, pues están en
marcha varias iniciativas, entre las más importantes: el cambio y la diversificación de la matriz
energética a través del desarrollo de las energías renovables (ocho proyectos hidroeléctricos, uno
eólico, varios fotovoltaicos y de biomasa), nueva infraestructura de transmisión en 500 000 V,
modernización e incorporación de tecnologías de punta para la gestión de la red, la distribución y
el suministro de la electricidad.
El objetivo fundamental de la nueva infraestructura eléctrica inteligente es reducir las pérdidas y
llegar a la eficiencia energética aprovechando las redes de generación y distribución del servicio
que hoy disponen [Albornoz, 2014]; con ello, aprovechar al máximo la infraestructura con que se
cuenta, además de mejoras que van a permitir la incorporación de forma paralela de las redes de
comunicaciones en la infraestructura energética del país.
Paralelamente será necesario asumir un marco regulatorio que propicie el ordenamiento de las
relaciones sociales derivadas del nuevo esquema energético y su control, viabilizando el
cumplimiento de la voluntad política desplegada en función de reducir el consumo de los
combustibles fósiles y lograr una adecuada gestión ambiental derivada de la función energética.
Conclusiones
1. Las microrredes le brindan mayor confiabilidad al sistema eléctrico en caso de riesgos
naturales, pudiendo trabajar en forma de isla ofreciendo robustez al sistema y brindando un
servicio estable a los usuarios del sistema.
2. En el Ecuador se desarrollan importantes transformaciones encaminadas a la transformación
de la matriz energética, que incluyen los procesos de generación, transportación, distribución,
suministro y consumo de la energía, asumiendo gradualmente la introducción de los conceptos
asociados al modo de la generación distribuida, de forma tal que puede resultar muy complicado
el mantenimiento del tradicional esquema de operación de la red, por lo que resulta necesario
asumir el esquema de las microrredes de forma tal que se asegure la eficiencia del sistema
eléctrico en las nuevas condiciones.
Bibliografía
Albornoz, E. (2014). «Nueva infraestructura eléctrica inteligente reducirá las pérdidas», en El
Telégrafo, Ecuador. Consultado: 2014.
IDEA (2014). «Guía de redes inteligentes de energía y comunicación». Fundación de la Energía,
Comunidad de Madrid. Consultado: feb., 2014. Disponible en: www.madrid.org.
Licuy, A. P. (2011). «Estudio del potencial solar incidente en el Ecuador, para su empleo en
diversas aplicaciones energéticas», en Renia, Cujae, 2011. ISBN: 2307-471X.
MEE (2013). «Programa de redes inteligentes en Ecuador». Disponible en:
www.ministeriodeelectricidadyenergía.ec, 2013.
«Redes inteligentes» (2013), en CIER, I Seminario. Consultado: feb. 2014. Disponible en:
www.bocier.org.bo.
Suryanarayanan, S.; J. Mitra y N. America (2010). «Framework for Energy Management in
Customer-Driven Microgrids», en Power and Energy Society General Meeting IEEE, (10-13):
2010.
Zapata, N. A. (2013). «Caracterización y evaluación de plataformas transaccionales inteligentes
para la implementación de redes eléctricas inteligentes en Colombia». Trabajo de grado
presentado como requisito parcial para optar al título de Magíster en Ingeniería de Sistemas,
Universidad Nacional de Colombia, Facultad de Minas, Escuela de Sistemas, Medellín, 2013.
Zirkelbach, D. B. (2014). «Microgrids Help More Than They Hurt», en IEEE Electrification
Magazine, 2014.
