Julio de 2015

Revisando la forma de consumir combustibles fósiles, hasta el día de hoy, el ser humano se ha basado en un modelo energético donde se sigue una rigurosa cadena que se lleva a cabo en el siguiente orden: generación, distribución, transporte y consumo.

Sin embargo hoy por hoy, el cambio de este modelo es más que una necesidad sentida, tendiendo a la diversificación de las fuentes de energía, a un mayor aprovechamiento de las energías renovables, a la eficiencia y el ahorro energético. El nuevo modelo energético pretende transformar el sistema actual por un sistema distribuido, en el cuál cualquier agente que esté conectado a la red tiene la posibilidad de aportar energía, posibilitando la creación de micro generadores, de forma que no exista una dependencia tan directa como se da hoy con la generación energética actual.

Una de las principales motivaciones para el cambio del modelo energético es el aspecto medioambiental. En este nuevo modelo de desarrollo sostenible, las energías de origen renovable, son consideradas como fuentes de energía inagotables, y con la peculiaridad de ser energías limpias, con las siguientes características: suponen un nulo o escaso impacto ambiental, su utilización no tiene riesgos potenciales añadidos, indirectamentesuponen un enriquecimiento de los recursos

naturales y son una alternativa para las fuentes de energía convencionales, pudiendo complementarlas paulatinamente.

Gracias a este tipo de modelo es posible disminuir drásticamente las pérdidas por el transporte de energía, facilitar la conexión a la red de todo tipo de energías renovables (facilitando la integración de porcentajes crecientes de energías no gestionables como la eólica o la solar), soportar las capacidades de almacenamiento energético, soportar la conexión masiva de vehículos eléctricos o híbridos (tanto para cargar como para volcar energía a la red), etc.

Las más recientes modificaciones tecnológicas en el sector eléctrico han ido ligadas a las redes de transporte, la operación del sistema eléctrico, la operación del mercado, etc. y en definitiva a completar la legislación nacional existente. Sin embargo, desde los puntos de distribución a los consumidores domésticos finales apenas ha habido algunas modificaciones. En la actualidad en Colombia se están empezando a sustituir los tradicionales contadores analógicos por los nuevos contadores digitales con características orientadas a incentivar el ahorro del consumo y hacer tele gestión.

No se debe escapar del radar, pero si tener en cuenta la futura participación de los consumidores finales domésticos en todo el mercado, tanto desde el punto

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de vista de la producción de energía (incorporación de paneles solares y micro generación, entre otras) como desde el punto de vista del consumo (adecuación del consumo en función de los posibles precios ofertados). Además la incorporación del vehículo eléctrico ya es una realidad, pudiendo actuar tanto como consumidor como productor. Una muestra de esto es la inauguración de la primera estación de recarga en el país el pasado 11 de marzo del 2015 en Unicentro Bogotá.

La realidad es que hoy por hoy la infraestructura de la red eléctrica existente en el país la cual parece que cumple parte de las expectativas (desde la generación tradicional hasta el transporte y parte de la distribución) tiene que mejorar notablemente desde el punto de vista del usuario final y las funcionalidades que se espera de ella.

Las previsiones indican un crecimiento moderado de la demanda, un fuerte incremento de las energías renovables impulsada por la aprobación de la ley 1715 del 2014 y una necesidad de potencia firme y flexible.

Todo ello está impulsando un nuevo concepto de red eléctrica, las redes inteligentes cuya definición básica puede corresponder a “Las redes inteligentes, son las redes eléctricas que pueden integrar de manera inteligente el comportamiento y las acciones de todos los actores conectados a ellas (quienes generan electricidad, quienes la consumen y quienes realizan ambas acciones) para proporcionar un suministro de electricidad seguro, económico y sostenible”.

LA IMPORTANCIA DE LAS EMPRESAS DEL SECTOR ELÉCTRICO EN LA INTEGRACIÓNDE LAS ENERGÍAS RENOVABLES DENTRO DEL SISTEMA DE INTERCONEXIÓN NACIONAL

Jaime Millan - ANTER SAS

a las redes de baja tensión. Dados los altos niveles de radiación con potencias solares superiores a 4.3 kWh/m2/día, se provee un aumento en la implementación de emplazamientos conectados a las redes de media tensión. El componente normativo, la orientación hacía la compra de tecnología, las simulaciones y predicciones de disponibilidad de energía de agrupaciones de energías renovables localizadas, o a su incorporación en las redes de distribución se ha convertido en un reto a mediano plazo que va a permitir una introducción de potencia renovable sostenible y que además ofrecerá estabilidad a las redes existentes pues la energía es generada en el sitio que se consume, en el caso particular de la energía solar esta generación sigue el patrón de consumo de los usuarios.

Por ejemplo si vemos el patrón de consumo en los hogares, los picos se suelen producir en franjas horarias donde todos los consumidores acceden simultáneamente a sus electrodomésticos, aunque en general no sean conscientes de ello. La posibilidad de conocer en tiempo real el costo de la energía por parte del usuario final con las nuevas tecnologías de mediciones hace que pueda elegir cuándo utilizar determinados electrodomésticos repercutiendo esta decisión en el costo final de sus facturas y consecuentemente en la reducción de los picos de consumo.

Para lograr llegar a ese escenario, es necesario disponer de contadores inteligentes en todos los puntos de consumo, principalmente usuarios domésticos. Otro aspecto importante es que estos contadores permitirán mejorar, sería en la integración de las energías renovables para los usuarios finales que dispongan por ejemplo de paneles solares (o de elementos de micro cogeneración) permitiendo, además de generarse su propia electricidad, la inyección en la red (y su correspondiente pago en las variantes que determine

Las empresas electrificadoras no deben ser ajenas al crecimiento actual de la tecnología de generación de electricidad con fuentes renovables. Si revisamos el parque solar instalado en el país, encontramos que ya hay un buen número de emplazamientos conectados en varias ciudades con potencias hasta de 500 kWp y sigue en crecimiento la incorporación

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de vista de la producción de energía (incorporación de paneles solares y micro generación, entre otras) como desde el punto de vista del consumo (adecuación del consumo en función de los posibles precios ofertados). Además la incorporación del vehículo eléctrico ya es una realidad, pudiendo actuar tanto como consumidor como productor. Una muestra de esto es la inauguración de la primera estación de recarga en el país el pasado 11 de marzo del 2015 en Unicentro Bogotá.

La realidad es que hoy por hoy la infraestructura de la red eléctrica existente en el país la cual parece que cumple parte de las expectativas (desde la generación tradicional hasta el transporte y parte de la distribución) tiene que mejorar notablemente desde el punto de vista del usuario final y las funcionalidades que se espera de ella.

Las previsiones indican un crecimiento moderado de la demanda, un fuerte incremento de las energías renovables impulsada por la aprobación de la ley 1715 del 2014 y una necesidad de potencia firme y flexible.

Todo ello está impulsando un nuevo concepto de red eléctrica, las redes inteligentes cuya definición básica puede corresponder a “Las redes inteligentes, son las redes eléctricas que pueden integrar de manera inteligente el comportamiento y las acciones de todos los actores conectados a ellas (quienes generan electricidad, quienes la consumen y quienes realizan ambas acciones) para proporcionar un suministro de electricidad seguro, económico y sostenible”.

la ley) de la energía generada durante los picos de consumo. Estas iniciativas deben estar soportadas por todas las compañías y es necesario que estén acompañadas de las correspondientes reformas normativas y legales.

La fiabilidad de la energía actual, la futura renovable incorporada y su distribución se convierten en otros factores muy importantes a tener en cuenta. A pesar de que hoy en día la fiabilidad es muy alta, aún existe una gran pérdida económica y social debida a la falta de electricidad en determinadas ocasiones. En algunos casos, no se detectan los apagones hasta que los usuarios finales les informan y es habitual que sea necesario el desplazamiento físico de los empleados para determinar qué partes de la red están afectadas. Los emplazamientos nuevos renovables se incorporan al sistema y podrían generar un problema adicional ,es que si no se interrumpe rápidamente el fallo, o se toman acciones de control sobre la disminución en potencia renovable aportada en un nodo importante, se pueda presentar un fallo en cascada debido a la congestión y sobrecargas derivadas que se producen, así que las empresas electrificadoras deben de estar preparados para manejar estas situaciones.

La implementación de sistemas automáticos inteligentes puede hacer que las electrificadoras tengan un conocimiento en tiempo real de toda la red permitiendo una rápida reacción, la detección previa de problemas potenciales y la minimización del impacto de cambios en los flujos de potencia renovable generada. Además, si se dispone de una conexión directa con todos los clientes finales se puede comprobar el estado de sus líneas, consumos y suministros, pudiendo actuar antes de que se produzcan eventos desestabilizadores en la red.

Para poder llevar a cabo todas las acciones mencionadas, la red del futuro deberá tener unas características especiales, tales como:

Figura 1: Fedit centros tecnológicos de España

a las redes de baja tensión. Dados los altos niveles de radiación con potencias solares superiores a 4.3 kWh/m2/día, se provee un aumento en la implementación de emplazamientos conectados a las redes de media tensión. El componente normativo, la orientación hacía la compra de tecnología, las simulaciones y predicciones de disponibilidad de energía de agrupaciones de energías renovables localizadas, o a su incorporación en las redes de distribución se ha convertido en un reto a mediano plazo que va a permitir una introducción de potencia renovable sostenible y que además ofrecerá estabilidad a las redes existentes pues la energía es generada en el sitio que se consume, en el caso particular de la energía solar esta generación sigue el patrón de consumo de los usuarios.

Por ejemplo si vemos el patrón de consumo en los hogares, los picos se suelen producir en franjas horarias donde todos los consumidores acceden simultáneamente a sus electrodomésticos, aunque en general no sean conscientes de ello. La posibilidad de conocer en tiempo real el costo de la energía por parte del usuario final con las nuevas tecnologías de mediciones hace que pueda elegir cuándo utilizar determinados electrodomésticos repercutiendo esta decisión en el costo final de sus facturas y consecuentemente en la reducción de los picos de consumo.

Para lograr llegar a ese escenario, es necesario disponer de contadores inteligentes en todos los puntos de consumo, principalmente usuarios domésticos. Otro aspecto importante es que estos contadores permitirán mejorar, sería en la integración de las energías renovables para los usuarios finales que dispongan por ejemplo de paneles solares (o de elementos de micro cogeneración) permitiendo, además de generarse su propia electricidad, la inyección en la red (y su correspondiente pago en las variantes que determine

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la ley) de la energía generada durante los picos de consumo. Estas iniciativas deben estar soportadas por todas las compañías y es necesario que estén acompañadas de las correspondientes reformas normativas y legales.

La fiabilidad de la energía actual, la futura renovable incorporada y su distribución se convierten en otros factores muy importantes a tener en cuenta. A pesar de que hoy en día la fiabilidad es muy alta, aún existe una gran pérdida económica y social debida a la falta de electricidad en determinadas ocasiones. En algunos casos, no se detectan los apagones hasta que los usuarios finales les informan y es habitual que sea necesario el desplazamiento físico de los empleados para determinar qué partes de la red están afectadas. Los emplazamientos nuevos renovables se incorporan al sistema y podrían generar un problema adicional ,es que si no se interrumpe rápidamente el fallo, o se toman acciones de control sobre la disminución en potencia renovable aportada en un nodo importante, se pueda presentar un fallo en cascada debido a la congestión y sobrecargas derivadas que se producen, así que las empresas electrificadoras deben de estar preparados para manejar estas situaciones.

La implementación de sistemas automáticos inteligentes puede hacer que las electrificadoras tengan un conocimiento en tiempo real de toda la red permitiendo una rápida reacción, la detección previa de problemas potenciales y la minimización del impacto de cambios en los flujos de potencia renovable generada. Además, si se dispone de una conexión directa con todos los clientes finales se puede comprobar el estado de sus líneas, consumos y suministros, pudiendo actuar antes de que se produzcan eventos desestabilizadores en la red.

Para poder llevar a cabo todas las acciones mencionadas, la red del futuro deberá tener unas características especiales, tales como:

Permitir la autogestión de incidencias, tratando los errores producidos en la red y asegurando el flujo eléctrico en todos los puntos.

Promover la participación activa de los consumidores, incentivando la generación local de energía y la entrega del exceso energético a la red en horas punta.

Acomodarse a una amplia variedad de modalidades de generación y almacenamiento,

gracias a las micro redes y a la generación energética distribuida.

Facilitar el florecimiento de mercados, debido a la inclusión de nuevos elementos en la red como el vehículo eléctrico, un mayor número de energías renovables, etc.

Tener capacidad de suministro de energía de calidad adecuada a la era digital, gracias a un mayor número de puntos de generación que permitirá la entrega de diferentes calidades energéticas para cada tipo de aplicación.

Realizar una optimización más eficiente de sus activos y operación, gracias a la automatización de todos los elementos implicados.

Estar dotada de resistencia frente a ataques y desestabilizaciones.

Para lograr realmente estas características en las redes, es necesario contar con la definición de estándares. Si la infraestructura de las redes eléctricas tiene que interactuar con sistemas de generación locales y otros sistemas e industrias (calefacción y aire acondicionado, dispositivos del hogar como los electrodomésticos, en futuro los coches eléctricos, etc.), caso del distrito de la Alpujarra en Medellín, dicha infraestructura debe estar acompañada de estándares que permitan de verdad esa interoperabilidad. Todos estos tópicos se han identificado como las motivaciones que dan fundamento a las Smart Grids o Redes Inteligentes.

Las redes inteligentes integran las tecnologías de la información con las infraestructuras eléctricas actuales y las futuras renovables haciendo una “Internet de la energía” (comunicaciones bidireccionales, flujo multidireccional de la energía y completamente automatizada y controlada).

Figura 2: Smart Grid de acuerdo con Productos 3M,EU.

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RESEÑA DEL AUTOR

Finalmente dado que los pequeños y medianos emplazamientos de energías renovables se están incorporando rápidamente a los sistemas de distribución locales en especial los sistemas fotovoltaicos, los análisis y la administración de su integración y penetración deben de ir incorporados con estudios exploratorios de manera que se puedan conocer y disminuir los impactos que estas nuevas tecnologías puedan generar. Son conocidos en algunos países que se ha tenido que tratar con situaciones de elevación de tensión locales, problemas de disminución del factor de potencia y contribución armónica a las redes, estas situaciones pueden ser tratadas con estrategias de gestión y aplicación normativa por parte de las electrificadoras , las cuales contribuirán a la disminución de riesgos de inestabilidad y permitirán que las redes puedan beneficiarse con la integración adecuada de las nuevas tecnologías.

[1] M. H. J. Bollen, Understanding Power Quality Problems: Voltage sags and Interruptions. Piscataway, NJ: IEEE Press, 1999.

[2] M.N. Moschakis and N.D. Hatziargyriou, "Analytical Calculation and Stochastic Assessment of Voltage sags," IEEE Trans. Power Del., vol. 21, no. 3, Jul. 2006.

[3] IEEE Power & Energy Society, IEEE Recommended Practice for Monitoring Electric Power Quality, IEEE 1159, 2009.

[4] Comisión de Regulación de Energía y GAS - CREG, Resolución 014 del 2005, CREG 024, 2005.

[5] Norma técnica Colombiana, Calidad de la potencia eléctrica. Límites y metodología de evaluación en punto de conexión común, NTC 5001, 2008.

[6] International Standard CEI/IEC 61000-4-7:2002, Electromagnetic compatibility (EMC) - Part 4-7:Testing and measurement techniques - General guide on harmonics and interharmonics measurements and instrumentation, for power supply systems and equipment connected thereto, IEC 61000-4-7, 2008.

REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA

[7] International Standard CEI/IEC 61000-4-15:2002, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4: Testing and measurement techniques – Section 15: Flickermeter – Functional and design specifications, IEC 61000-4-15, 2008.

[8] International Standard CEI/IEC 61000-4-30:2002, Electromagnetic compatibility (EMC) – Part 4-30: Testing and measurement techniques – Power quality measurement methods, IEC 61000-4-30, 2008.

Jaime Millán Valencia

Ingeniero Electricista de la Universidad Tecnológica de Pereira 1980. Magister en Ingeniería Industrial y Sistemas de la Universidad del Valle 198. Especialista en Eficiencia Energética de la Universidad Autónoma de Occidente 2010. Ha estado vinculado al sector industrial como director de ingeniería y gerencia de proyectos de empresas papeleras nacionales e internacionales en las cuales ha participado en la ingeniería de detalle y puesta en marcha de proyectos nuevos y repotenciación energética de máquinas de papeles blancos , oscuros y tissue. Actualmente es gerente de ANTER SAS compañía nacional dedicada a la confiabilidad , gestión energética y energías renovables.