Micro redes e hibridación, un paso más hacia la descarbonización
Estas tendencias están intrínsecamente relacionadas entre sí y apuntan a una misma dirección: disminuir la huella de carbono al mismo tiempo que crece nuestra demanda eléctrica. Sea por los coches eléctricos, la electrificación de nuestros edificios, el enorme boom de la AI y los centros de datos o la electrificación de procesos industriales, la demanda de electricidad está continuamente aumentando. Al mismo tiempo, pretendemos reducir a gran escala nuestras emisiones de carbono mientras que intentamos hacer más seguro nuestras redes de energía. Para contrarrestar esta situación se fijan hojas de ruta para bajar las emisiones de carbono mediante la sustitución de combustibles fósiles por otros combustibles renovables como son el biogás y el hidrógeno verde o por fuentes de energía renovables como son la solar y la eólica, entre otras. Sin embargo, el envejecimiento de las infraestructuras y la explosión en la demanda de electricidad hace que las grandes centrales eléctricas conectadas por líneas de distribución y transmisión no sean capaces de satisfacer esa demanda, por lo que la generación distribuida y las micro redes energéticas situadas en el punto de consumo están cobrando cada vez más protagonismo.
Las micro redes no son nuevas, desde hace décadas configuran el tejido de la generación eléctrica, pero lo novedoso es su capacidad de adaptarse al contexto actual: micro redes que se alimentan de la electricidad generada a partir de fuentes de energía renovables rentables como la fotovoltaica y la eólica. Además, los avances en almacenamiento de energía rentable hacen que se obtenga un sistema fiable que produce energía limpia a muy bajo coste.
Una micro red es básicamente una red localizada con sus propios recursos de producción de energía eléctrica, calor y frío (si procediera), sus propios consumidores (cargas) y unos límites definidos. Por lo general, estas micro redes se componen de una generación de energía (mediante grupos motogeneradores a gas, biogás o que emplean hidrógeno verde, sistemas fotovoltaicos, eólicos y otros sistemas de hibridación); el almacenamiento de ésta (mediante contenedores de baterías, por ejemplo); y un sistema de control. Dependiendo de su forma de funcionamiento con respecto a la red, las micro redes pueden catalogarse como “off-grid” (independiente de la red) o como “on-grid” (junto con la red).
Fig. 2: Componentes de una hibridación.
Las micro redes ofrecen varias ventajas: ayudan a reducir costes ya que se genera electricidad más barata para el autoconsumo; se minimizan los picos de carga (peak shaving); se disminuye la dependencia de los combustibles fósiles; y se disminuye la presión sobre la red eléctrica y la necesidad de mejorarla ya que constituye una alternativa en zonas remotas o donde la capacidad de la red es limitada. Todo ello siempre desde la perspectiva de lograr los objetivos de descarbonización mediante la integración de recursos energéticos renovables descentralizados en su combinación energética, es decir, mediante la hibridación.
Para ejemplificar un sistema de hibridación en las micro redes vamos a servirnos de un proyecto de Caterpillar Energy Solutions en el sur de España que se hizo en 2023. El cliente era un proveedor de soluciones para la gestión de residuos y la pequeña micro red se opera en un complejo medioambiental que gestiona los residuos urbanos de varios municipios. La micro red instalada consiste en dos grupos motogeneradores MWM TCG 2020 V12 con una potencia total de 2,4 MWe, una fotovoltaica instalada por el cliente con una potencia de 2,5 MWe, un sistema híbrido para el control de los grupos y la energía fotovoltaica y un sistema SCADA para el monitoreo remoto de la instalación. Los grupos funcionan con el biogás de la misma planta aprovechando así los residuos urbanos para generar energía. El objetivo del proyecto fue la reducción del coste energético y la modernización energética del complejo.
La micro red instalada funciona en paralelo con la red, pero con la limitación de no poder exportar excedente a la misma. La red eléctrica, entonces, es siempre la fuente prioritaria, aportando un valor mínimo de energía, seleccionable por el operador de la planta. Para el control del sistema y sus fuentes energéticas se instalaron tres paneles; dos dedicados al control de cada grupo de gas y el tercero para el control de la red y la fotovoltaica. Además, cada uno de los paneles de control de los grupos de gas incluye un controlador automático. Asimismo, el panel de control común incluye el controlador de red (AGC-Mains), así como el controlador fotovoltaico (ASC-4) que se comunica a través de Modbus TCP con su propio control (Smart Logger). Todos ellos están integrados en una red de controladores vía bus CAN, y configurados de tal manera que priorizan entre las diferentes fuentes de energía para suministrar energía a los consumidores de la planta.
Fig. 3: Justificación económica de las micro redes con hibridación.
En condiciones normales, la planta es alimentada por la red, importando el valor energético mínimo ajustado por el usuario, y por defecto la fotovoltaica aporta el resto necesario, variando y controlando en todo momento su aportación para que no se exporte energía a la red. Durante la noche y en cualquier otro caso de que la aportación fotovoltaica no sea suficiente para garantizar el suministro a los consumidores de la planta, se pone en funcionamiento el grupo de gas prioritario además del resto de fuentes, suministrando el resto de la energía demandada. Del mismo modo, si la contribución del primer grupo de gas no es suficiente, se pone en marcha el segundo grupo para garantizar el suministro. De este modo, en cualquier momento se logra un suministro de electricidad fiable y al mejor precio posible mientras que se reduce de manera significativa la huella de carbono de la planta en total mediante el uso inteligente de la energía fotovoltaica y el aprovechamiento energético de los residuos.
