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Artículo de la Universidad de Columbia y Commonwealth Edison, en exclusiva para Energías Renovables

La energía resiliente de las microrredes: del lado sur de Chicago a la Patagonia

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El acceso a electricidad confiable y asequible es fundamental para el desarrollo social y económico, pero el sistema que la provee hoy enfrenta desafíos importantes. A medida que aumenta la cociencia sobre el cambio climático global, muchos usos de combustibles fósiles en el transporte, la industria y la calefacción están siendo reemplazadas por electricidad. Y conforme estos sistemas se electrifican, las vulnerabilidades de la red eléctrica se traspasan inevitablemente a otras dimensiones de la vida cotidiana. Con cortes de electricidad que generan mayores impactos, y riesgos climáticos cada vez más frecuentes, se hace aún más importante que la energía limpia sea energía confiable. Un artículo de Antonia Samur, del National Center for Disaster Preparedness, Earth Institute (Columbia University),  y Ryan Burg, Principal Business Analyst, Smart Grid and Innovation, Commonwealth Edison, en exclusiva para Energías Renovables. [Pie de foto, a pie de página]
La energía resiliente de las microrredes: del lado sur de Chicago a la Patagonia

Las empresas eléctricas desempeñarán un papel clave en la conexión entre energía limpia y confiable y las personas que la necesitan. Pueden hacerlo con la infraestructura existente, pero las redes también deberán adaptarse a las nuevas prioridades. Uno de los cambios más prometedores para las redes eléctricas es la instalación de microrredes, redes de distribución eléctrica segmentadas que pueden ayudar a garantizar que la electricidad sea limpia y resiliente.

La energía resiliente de las microrredes
En el norte de Illinois, la empresa eléctrica Commonwealth Edison (ComEd) está demostrando cómo las microrredes pueden ayudar a las comunidades no solo a mitigar los efectos del cambio climático, sino también a adaptarse a sus devastadores efectos. ComEd ya logra un buen estándar de confiabilidad, pero muchas empresas con visión de futuro en el sector energético están monitoreando cuidadosamente los cambios que podrían amenazar estos logros. Fenómenos meteorológicos extremos amenazan los sistemas con mayor frecuencia.

Por ejemplo, en agosto de 2020, una tormenta de viento derecho (viento que va en línea recta, a diferencia de los tornados, que giran) generó 13 tornados, vientos de 110 millas por hora y causó interrupciones a más de 880.000 clientes solo en el territorio de servicio de ComEd, algunos de los cuales se quedaron sin electricidad por días. No es posible atribuir ningún evento meteorológico completamente al cambio climático, pero esta amenaza promete que las condiciones climáticas sean cada vez menos predecibles y más devastadoras.

Al mismo tiempo, una segunda característica que están monitoreando las empresas de servicios públicos es la creciente complejidad de los recursos energéticos distribuidos. En cierto sentido, las respuestas al cambio climático pueden plantear inicialmente tantos desafíos de ingeniería como la misma disrupción que causa el cambio climático. La energía solar y eólica operan en diferentes horarios en diferentes lugares. La adaptación de los sistemas de energía a las ubicaciones y la intermitencia de la generación renovable plantea una secuencia importante de desafíos para los ingenieros de sistemas eléctricos.

En el lado sur de Chicago, como respuesta a estos desafíos, ComEd está implementando el primer clúster de microrredes operado por una empresa de servicios públicos en Estados Unidos, que está demostrando ser parte de la solución a las tensiones existentes en los sistemas de energía. Las microrredes son partes de las redes eléctricas que pueden operar como parte de la red central o independiente de ella. Esta tecnología no solo fortalece los esfuerzos de resiliencia ante emergencias, sino que también representa una forma de integrar energías limpias como la energía solar y los vehículos eléctricos.

Este clúster consiste en una microrred implementada en el barrio histórico de Bronzeville en el lado sur de Chicago conectada a la microrred detrás-del-medidor del Instituto de Tecnología de Illinois (IIT). Conectar dos microrredes y permitir que se “comuniquen” entre sí es algo nuevo. Esta innovación fue apoyada por el Departamento de Energía de Estados Unidos como una forma de demostrar cómo esta tecnología puede mejorar la integración de la energía distribuida, como la solar fotovoltaica. ComEd también está demostrando con el apoyo de otros aliados y del Departamento de Energía una tecnología solar de almacenamiento integrado en microrredes para mostrar cómo la energía solar fotovoltaica puede fortalecer la resiliencia del sistema. Al mismo tiempo, esta tecnología está demostrando una mayor capacidad de recuperación. La microrred de la comunidad de Bronzeville prestará servicios directamente a más de 1.000 residencias, negocios e instituciones públicas, así como a 11 clientes que brindan servicios públicos críticos.

Expertos en desastres han reconocido que proyectos como este pueden servir como un oasis que brinde resiliencia de manera más amplia durante un evento disruptivo.

 Para entender y planificar mejor las capacidades de la microrred, la empresa eléctrica se está asociando con el National Center for Disaster Preparedness de la Universidad de Columbia. Juntos, están simulando escenarios climáticos para evaluar el diseño de la microrred e identificar posibles mejoras para asegurar su confiabilidad durante desastres. Experiencias como esta pueden proporcionar información valiosa a empresas eléctricas y autoridades locales en Estados Unidos y en el extranjero, que buscan seguir el modelo de los esfuerzos comunitarios impulsados por alianzas.

El rol crítico de la red
La innovación de las microrredes tiene casos de uso en todo el mundo. Situada entre dos cordilleras en la Patagonia chilena, la ciudad de Coyhaique es la capital regional de Aysén. Coyhaique es un ejemplo de cómo la resiliencia y confiabilidad de la red energética se ha convertido incrementalmente en un asunto vital para abordar los desafíos energéticos actuales y futuros.

En 2018, la OMS clasificó la calidad del aire de Coyhaique como la peor entre todas las ciudades de América, en el lugar número 139 de la lista de ciudades con aire más contaminado del mundo. El uso generalizado de leña de baja calidad para calefacción y cocina mezclado con un fenómeno de inversión térmica que comprime la contaminación en un valle conduce a concentraciones extremadamente altas de PM2.5 (partículas finas inhalables, con diámetros que generalmente son de 2.5 micrómetros y menores), especialmente durante los meses de invierno. En 2020, el servicio de salud pública declaró más de 80 episodios de emergencia y preemergencia ambiental. Según datos del hospital regional, los problemas respiratorios han sido la causa principal de ingresos todos los años desde 2016.

Cambio gratuito de calefacción
Los esfuerzos nacionales y locales para reducir la contaminación se han centrado principalmente en el cambio gratuito de calefactores a leña por equipos a pellets y queroseno, que pueden reducir las emisiones. Sin embargo, la mayoría de los nuevos dispositivos son electrodependientes. Otros esfuerzos se han enfocado en reducir los precios de la energía para suscriptores que pasaron a la calefacción totalmente eléctrica, lamentablemente, con poca aceptación. Si bien el perfil de emisiones de Coyhaique se beneficia de la generación eléctrica hidráulica con bajas emisiones de carbono, que representan más del 90% de la generación de electricidad, las centrales se encuentran a varios cientos de millas de los grandes grupos de consumidores. Como consecuencia de estas grandes distancias de transmisión, el sistema es más vulnerable ante posibles amenazas. Además, la infraestructura que ya es antigua ha demostrado ser incapaz de resistir el aumento de la frecuencia de los fenómenos meteorológicos extremos como incendios forestales y tormentas de nieve.

Entre 2017 y 2018, al menos el 23% de los cortes de energía estuvieron relacionados con condiciones climáticas (según el Índice SAIDI). Además, en promedio, las interrupciones relacionadas con el clima duraron más del doble que aquellas no relacionadas, y algunas comunas de la región presentaron más de 26 horas de cortes en 2017, aunque la confiabilidad ha ido aumentando. A pesar de la contaminación, y aunque hay incentivos y beneficios personales de utilizar energías limpias, muchos residentes son reacios a adoptar las alternativas, argumentando que ninguna otra fuente es tan asequible y confiable para los largos meses de invierno de la Patagonia. Desafortunadamente, los altos precios de la electricidad y los cortes frecuentes demuestran que tienen razón, lo que socava los esfuerzos bien intencionados de limpiar las fuentesresidenciales de contaminación. 

El Municipio de Coyhaique se ha propuesto como objetivo remediar las debilidades de la red eléctrica y abordar las preocupaciones sobre cómo el cambio climático podría aumentar la vulnerabilidad del sistema al solicitar un análisis de las vulnerabilidades y los riesgos que plantea el cambio climático al Sistema Eléctrico de Aysén (SEA) (implementado por el Proyecto Prototipo TIMEO Aysén). Esta evaluación histórica de la sensibilidad de la red y la capacidad de respuesta a eventos climáticos extremos y una evaluación prospectiva de proyecciones climáticas y vulnerabilidades sociales de los usuarios se utilizaron como insumo para el desarrollo de un plan de adaptación al cambio climático para el sistema energético local. El plan incluye recomendaciones para la creación de asociaciones para implementar tecnologías de generación distribuida y microrredes como una forma de aumentar la resiliencia, al igual que pretende destacar la importancia de priorizar poblaciones vulnerables en situaciones de emergencia.

El bienestar de la población de Coyhaique depende de la capacidad de la red eléctrica de demostrar que puede ser confiable y asequible y que puede ser la base de una transición a fuentes de energía más limpias. Tanto el Proyecto TIMEO Aysén en Chile como la Microrred Comunitaria de Bronzeville en Chicago tienen como objetivo identificar las vulnerabilidades del sistema energético. Un enfoque basado en la comunidad permite que estos proyectos exploren soluciones dentro y fuera de la red, teniendo en cuenta el rendimiento histórico y una amplia planificación de escenarios relacionados con el clima, la demanda de energía, las vulnerabilidades sociales y el diseño de la red.

Un futuro sostenible en clave micro
Otro ejemplo de avance tecnológico es la tecnología de almacenamiento solar integrado en microrredes (MISST). Para utilizar todo el potencial de una microrred, es necesario coordinar tecnologías relacionadas para facilitar energía confiable para los clientes en condiciones cambiantes. Las baterías pueden absorber energía de paneles fotovoltaicos durante ciclos más abundantes y distribuirla en la red cuando la demanda es mayor. El algoritmo MISST también puede operar en modo estabilizador (“grid firming mode”) para suavizar las variaciones en la producción fotovoltaica, mitigando las variaciones en la irradiancia solar. Al igual que con DLSE, MISST es una tecnología que promete permitirle a una microrred y el sistema energético que la rodea estar mucho más preparado para un entorno y un panorama energético cambiantes, en Chicago y en todo el mundo.

A partir de este mes, julio de 2021, la microrred comunitaria de Bronzeville entrará en su etapa final de desarrollo. Se ha seleccionado un proveedor para la generación mediante una oferta competitiva, y la generación ahora se integrará con los sistemas de control, batería y energía solar instalados. Cuando se complete la integración del generador, se podrá completar las pruebas en el controlador de la microrred y se podrá poner en marcha. El trabajo que implica diseñar, instalar y operar una microrred es altamente técnico, pero la importancia de las microrredes y otra infraestructura va más allá de una especificación técnica. El análisis de estos problemas desde una perspectiva global más amplia ilustra el papel fundamental que deben desempeñar las empresas de energía para abordar algunos de los desafíos globales más apremiantes de la actualidad.

Cinco años después de la implementación de la Agenda de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas, queda mucho trabajo por hacer para lograr los Objetivos de Desarrollo Sostenible, tanto en el Norte como en el Sur global, pero las empresas eléctricas están en una posición única para contribuir al logro de al menos 6 de los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible, incluido el Objetivo 7 (Energía asequible, confiable, sostenible y moderna para todos), el Objetivo 11 (Ciudades y comunidades inclusivas, seguras, sostenibles y resilientes), el Objetivo 9 (Infraestructura resiliente), el Objetivo 3 (Salud y bienestar), el Objetivo 13 (Acción por el clima) y el Objetivo 17 (Alianzas). Con un profundo conocimiento del papel cada vez más importante que desempeña la energía en la vida de las comunidades de todo el mundo, las empresas innovadoras y con visión de futuro serán las únicas capaces de cumplir la Agenda 2030 de las Naciones Unidas a medida que pavimentan el progreso en dimensiones clave de este esfuerzo global.

[Pie de foto: este espectacular grafiti mural, de 36 metros de longitud, titulado Renacimiento de Bronzeville, y que recoge los retratos de mujeres y hombres prominentes de la comunidad negra de Chicago (y de Estados Unidos), oculta tras de sí el sistema de baterías de la microrred. Autoría de la foto: Lloyd DeGrane].

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