El rol del grupo electrógeno en el nuevo escenario de las microgrid

El impulso del consumo en países como la India o China, el crecimiento de la población a nivel mundial y el importante desarrollo industrial que vivimos influyen enormemente en una tendencia al alza de la demanda de recursos energéticos. Pero se trata de un crecimiento que ya tiene marcada una dirección: el proceso tiene que ser sostenible. La última conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático, celebrada en París en 2015, selló el camino hacia una economía de bajas emisiones, con el compromiso de los 195 países firmantes del acuerdo. La mayoría ha tomado nota y han empezado a aplicar soluciones para reducir su dependencia del carbón.

La tecnología ya ofrece respuestas concretas acordes con estas exigencias. La llamada Generación Distribuida permite llevar la producción de energía allí donde existe, con unidades que, trabajando de manera autónoma y sin dependencia de la red eléctrica, pueden producir energía de manera continua y sostenible.

Las microgrid son el modelo de Generación Distribuida más desarrollado hasta el momento: sistemas conectados o no a la red, que pueden combinar distintas tecnologías convencionales y renovables. Además de la generación de energía, tienen dos elementos característicos: el control, la parte más inteligente, que predice los consumos y los ciclos de trabajo; y los dispositivos de almacenamiento, el corazón de una microgrid, que junto a la electrónica de potencia permiten compensar las variaciones de carga de las renovables y ser mucho más eficaces en la producción de energía.

Para poner en marcha todo este engranaje, necesitan un sistema de monitorización que recoja y comunique todos los datos, tanto de la red, como del resto de fuentes que intervienen, en un entorno de redes inteligentes o smart-grid.

Actualmente un tercio de la energía que suministran las microgrid procede de grupos electrógenos, otro tercio de energía eólica y el resto de microturbinas, paneles solares o celdas de combustible.

Pero sin duda, la tendencia global es combinar las distintas tecnologías para eliminar los aspectos negativos de cada una de ellas usadas individualmente y para reducir la dependencia de los recursos fósiles. La caída en los precios que están experimentando los paneles solares hace más fluida la transición y ya países como Emiratos Árabes, Arabia Saudí, Catar, Alemania o Chile han comenzado a impulsar proyectos de energía renovable con este objetivo.

El atractivo de la hibridación de energía fósil y renovable, y también su éxito, dependen en buena medida de factores externos como el marco legislativo, la distancia de la red eléctrica nacional, el coste y la rentabilidad de electrificar una zona, teniendo en cuenta su densidad de población y su nivel de industrialización. Aun así, se espera que este mercado crezca a buen ritmo, en torno a un 17,1% al año durante el próximo lustro, y que la electrificación rural y en isla lidere todo el proceso, con incrementos interanuales del 23%.

La integración de grupos electrógenos en estos sistemas de hibridación es la garantía de que el sistema es fiable: asegura que le energía estará siempre disponible. Son el componente del mix que resuelve de manera muy sólida la inestabilidad intrínseca en las energías renovables, porque a diferencia de éstas no depende de unas condiciones naturales muchas veces impredecibles.

Además, los generadores funcionan como una alternativa de almacenamiento muy valiosa que puede dar una respuesta muy rápida cuando hay variaciones de carga. Su combinación con un sistema de gestión inteligente permite planificar a la perfección las horas de funcionamiento e incrementar enormemente la eficiencia de la microgrid.

La combinación de una planta convencional de generación de energía fósil con una planta de energía 100% renovable tiene importantes ventajas.

Por un lado, proporciona un suministro ininterrumpido de energía que una planta renovable no es capaz de garantizar por sí sola.

Por otro lado, reduce sensiblemente los costes de operación. En un diagrama de carga típico de estas plantas se observa cómo el uso combinado de los grupos electrógenos con energía renovables supone, no sólo un ahorro notable de combustible, sino una reducción del conjunto de costes de operación y mantenimiento. Las horas de funcionamiento serán siempre menores y necesitará menos mantenimientos y cambios de lubricantes, filtros o inyectores.

Las soluciones híbridas resultan especialmente interesantes para mercados industriales como el sector minero y el de las telecomunicaciones, como energía de apoyo a la red en zonas rurales e islas, así como fuente única de energía continua para comercios, granjas u hogares.

Todas estas aplicaciones reúnen una serie de características comunes:

• Son lugares que no están conectados a la red o tienen tarifas eléctricas excesivamente elevadas.
• Su demanda llega hasta los 5MW, con cerca de 4.000 horas de funcionamiento al año. La situación ideal para una planta híbrida es que la mayor parte de la demanda se produzca durante el día cuando las fuentes solares están disponibles.
• Registran altos niveles de exposición al sol o al viento. Para rentabilizar la inversión, la irradiación solar debería superar los 1.300kWh/kWp o, en su caso, la exposición eólica debería ser al menos de 4 m/s. Países como Chile, Perú, India, o regiones como el Caribe, Asia Pacífico, Oriente Medio y el norte de África son algunas zonas geográficas que reúnen todas esas condiciones naturales óptimas para el aprovechamiento de la instalación.
• Cuentan con espacio suficiente para la instalación de los paneles solares. En el caso de que ésta se realice sobre un tejado, la ratio debería rondar los 10 metros cuadrados por cada kW que se produce. Si se realiza en tierra, harían falta 20 kilómetros cuadrados por MW.

Supongamos que se instala una planta híbrida en Chile, en una región donde la radiación solar es de 2.312kWh/m² y el consumo eléctrico anual aproximado es de 17.520MWh/año. Para un consumo diario y constante de 4MW durante 12 horas, estimamos que harían falta 4.800.000 litros de diésel.

Si se instalan tres grupos electrógenos Himoinsa HTW-2030 T5 que ofrecen un total de 4,85MW, ¿cuántas horas han de pasar para amortizar una inversión de esas características? ¿Cuánto se puede ahorrar en combustible?

Los sistemas de monitorización se encargan de detectar qué fuente de energía es la más óptima en cada momento. Así, durante las horas de mayor irradiación solar los generadores trabajan al mínimo. De este modo, se amplía la vida útil del motor y por tanto se reducen los gastos de operación y mantenimiento del equipo. Y por supuesto, disminuye considerablemente el combustible. En este caso concreto, supondría un ahorro anual de 1.600.000 litros de diésel al año, más de un tercio de su consumo actual.

Conociendo estas cifras y dependiendo del precio del gasoil y de la irradiación solar, la inversión en una planta que integra grupos electrógenos con fotovoltaicas se podría amortizar entre los tres y cinco años siguientes.

En la transición de la producción convencional de energía a fórmulas más renovables, el papel de los grupos electrógenos en los próximos años es ya incuestionable. Su capacidad para asegurar la disponibilidad de la energía para abastecer una demanda cada vez mayor y medioambientalmente más exigente, la convierten en una sólida solución para la inestabilidad intrínseca de las renovables y una valiosa alternativa de almacenamiento. Los generadores proporcionan una respuesta rápida cuando se producen variaciones de carga e, integrados en la gestión de una smartgrid, permiten planificar el funcionamiento e incrementar la eficiencia de todo el sistema.

Sobre el autor

Massimo Brotto es director de Ingeniería Comercial en Himoinsa. Con más de 15 años de experiencia, lidera un equipo de profesionales que da soporte técnico al departamento comercial y colabora en el desarrollo de aplicaciones de grupos electrógenos con baterías y sistemas de renovables. En el diseño de nuevos productos, se centra en optimizar la rentabilidad y minimizar los costes de gestión.