Las redes inteligentes son redes eléctricas modernizadas que utilizan redes y tecnologías de información y comunicación para recopilar información sobre la producción y el consumo de energía, lo que mejora automáticamente la eficiencia, la confiabilidad, los beneficios económicos, así como la sostenibilidad de la producción y distribución de electricidad [1 ]
Las reglas para el desarrollo de las Redes Inteligentes se definen en Europa a través de la Plataforma Tecnológica Europea de Redes Inteligentes. [2] En los Estados Unidos de América, se describen en usctc 42 152 IX § 17381.
El desarrollo de la tecnología de redes inteligentes también significa una reorganización fundamental del mercado de servicios de energía eléctrica, a pesar de que la terminología a primera vista sugiere solo el desarrollo de infraestructura técnica. [3] Sin embargo, las redes eléctricas inteligentes tienen desventajas: dependencia de un suministro de energía constante, la presencia de personas no autorizadas: desarrolladores de redes, incertidumbre de responsabilidad legal.
La primera red eléctrica de CA se instaló en 1886 [4] En ese momento, la red estaba centralizada y era un sistema de distribución y transmisión de energía unidireccional . La demanda impulsó la oferta.
En el siglo XX, las redes de área local crecieron con el tiempo y eventualmente se conectaron entre sí por razones económicas y para aumentar la confiabilidad de todo el sistema. En la década de 1960, las redes eléctricas de los países desarrollados habían crecido considerablemente, madurado y estaban estrechamente interconectadas con miles de centrales eléctricas "centrales" que suministraban energía a grandes centros de consumo a través de líneas de alta tensión, que luego se bifurcaban y se dividían para abastecer también a pequeñas industrias. como consumidores residenciales en todo el mundo. La topología de la red de la década de 1960 fue el resultado de economías sólidas: las grandes centrales eléctricas de carbón, gas y petróleo con un tamaño de 1 GW (1000 MW) a 3 GW se hicieron rentables mediante optimizaciones beneficiosas para producir electricidad en un escala puramente gigantesca.
Estratégicamente, las centrales eléctricas estaban ubicadas cerca de las reservas de combustibles fósiles (minas o pozos o cerca de vías férreas, carreteras o puertos). La elección de sitios para represas hidroeléctricas en áreas montañosas también influyó fuertemente en la estructura de la red emergente. Las centrales nucleares se colocaron en función de la disponibilidad de agua de refrigeración. Finalmente, las estaciones de combustibles fósiles inicialmente estaban bastante contaminadas ambientalmente y ubicadas tan lejos de las áreas pobladas como lo permitía la situación económica y técnica. A fines de la década de 1960, la red eléctrica había llegado a la gran mayoría de los consumidores en los países desarrollados, y solo unas pocas áreas regionales remotas permanecían 'fuera de la red'.
El consumo de electricidad se contabiliza por usuario, de modo que la facturación sea adecuada para los niveles de consumo (muy variables) de los diferentes usuarios. Debido a la limitada capacidad de recopilar y procesar datos durante el crecimiento de la red eléctrica, se han generalizado las tarifas fijas, así como los mecanismos de tarifa dual, cuando por la noche el precio de la electricidad es mucho más bajo que durante el día. El motivo de la doble tarifa fue la reducción de la demanda de electricidad por la noche. La tarifa dual hizo posible el uso de electricidad barata durante la noche para proporcionar "tanques de calor" que sirvieron para suavizar la demanda diaria y reducir la cantidad de turbinas que, de otro modo, tendrían que apagarse por la noche. Esto aumentó la rentabilidad de la producción y transmisión de electricidad. La posibilidad de señalar el costo real de la electricidad en un momento dado en la red del modelo 1960 era limitada.
Durante el período comprendido entre la década de 1970 y la de 1990, el aumento de la demanda condujo a un aumento en el número de centrales eléctricas. En algunas áreas, los suministros de energía, especialmente durante las horas pico, ya no podían satisfacer la demanda, lo que resultó en una calidad de energía reducida , incluidos accidentes , apagones y fluctuaciones de voltaje. Cada vez más, la industria, la calefacción, las comunicaciones y la iluminación dependían del suministro de electricidad, por lo que los consumidores exigían un nivel de fiabilidad cada vez mayor.
A finales del siglo XX, se habían desarrollado modelos de demanda de electricidad. La calefacción y la refrigeración de los hogares dieron lugar a picos diarios de demanda, que se suavizaron con "generadores de picos" masivos que se encendían solo durante un breve período de tiempo cada día. Tales "generadores pico" (generalmente generadores de turbinas de gas ) se utilizaron debido a su relativo bajo costo y rápido arranque. Sin embargo, dado que se usaban ocasionalmente y sobraban el resto del tiempo, los precios de la electricidad para el consumidor aumentaron significativamente.
En el siglo XXI, algunos países en desarrollo, como China, India y Brasil, se han convertido en pioneros en la implementación de redes inteligentes [5]
Desde principios del siglo XXI han surgido oportunidades para aprovechar las innovaciones en tecnología electrónica para eliminar deficiencias y reducir el costo de la red eléctrica. Por ejemplo, las restricciones tecnológicas al consumo cerca del pico de potencia afectan a todos los consumidores por igual. Paralelamente, la creciente preocupación por el daño ambiental de las centrales eléctricas de combustibles fósiles ha llevado al deseo de utilizar más fuentes de energía renovable . Fuentes como la eólica y la solar son altamente volátiles, por lo que se necesitan sistemas de control más complejos para facilitar su conexión (fuentes) a una red controlada. La energía de los paneles solares (y, en menor medida, de las turbinas eólicas ) cuestiona la necesidad de grandes plantas de energía centralizadas. La rápida disminución de los costos indica una transición de una topología de red centralizada a una altamente distribuida, donde la producción y el consumo de electricidad se lleva a cabo dentro de la red local. Por último, la creciente preocupación por el terrorismo en algunos países ha llevado a pedir un sistema energético más fiable que dependa menos de las centrales eléctricas centralizadas, posibles objetivos de ataque. [6]
El término "red inteligente" (Smart grid) se conoce desde 2003, cuando apareció en el artículo "La demanda de confiabilidad impulsará las inversiones" de Michael T. Burr. [7] . Este documento enumera varias definiciones funcionales y tecnológicas de una red inteligente, así como algunos de los beneficios. Un elemento común para la mayoría de las definiciones es la aplicación del procesamiento y la comunicación de datos digitales a la red eléctrica, lo que hace que el flujo de datos y la gestión de la información sean tecnologías clave en las redes inteligentes. Varias oportunidades para una amplia integración de tecnologías digitales, así como la integración de una nueva red de flujos de información para controlar procesos y sistemas, son tecnologías clave en el desarrollo de redes inteligentes. En este momento, la industria de la energía eléctrica se está transformando en tres clases: mejorar la infraestructura ("red fuerte en China); agregar una capa digital, que es la esencia de la red inteligente, y transformar los procesos comerciales que hacen que la red inteligente sea rentable. La mayor parte del trabajo se invierte en la modernización de las redes eléctricas, especialmente en la distribución y automatización de subestaciones, que ahora se incluirán en el concepto general de redes inteligentes, pero también se están desarrollando otras posibilidades adicionales.
Las tecnologías centrales de redes inteligentes surgieron del primer intento de utilizar control, medición y monitoreo electrónicos. En 1980, la lectura automática de medidores se utilizó para monitorear el consumo de energía de los grandes clientes y evolucionó hacia el medidor inteligente de la década de 1990, que almacena información sobre cómo se usaba la electricidad en diferentes momentos del día. [8] El medidor inteligente está en comunicación continua con el productor de energía, es decir, se monitorea en tiempo real y puede usarse como una interfaz para dispositivos de respuesta rápida a la demanda y enchufes inteligentes. Las primeras formas de control de la demanda eran dispositivos que detectaban pasivamente la carga en el sistema de energía al controlar los cambios en la frecuencia del suministro de energía. Dispositivos como acondicionadores de aire industriales y domésticos, refrigeradores y calentadores podrían ajustar su ciclo de trabajo para evitar que se enciendan durante los picos de la red. Desde el año 2000, el proyecto italiano Telegestore fue el primero en utilizar una gran red (27.000.000) de viviendas mediante contadores inteligentes conectados a través de una red digital utilizando la propia línea eléctrica . [9] En algunos casos, se utilizaron tecnologías de acceso a la línea eléctrica de banda ancha, en otros, tecnologías inalámbricas como la topología de malla para una conexión más confiable a varios dispositivos en la casa, así como soporte para la contabilidad de otros servicios públicos como gas y agua.
La revolución global de monitoreo y sincronización de redes se produjo a principios de la década de 1990 cuando la agencia estadounidense Bonneville Power Administration amplió la investigación de redes inteligentes con sensores capaces de realizar un análisis muy rápido de anomalías en la calidad de la energía en escalas geográficas muy grandes. Este trabajo culminó en el primer Sistema de Medición de Área Amplia (WAMS) en 2000. [10] Muchos países adoptaron inmediatamente esta tecnología, como China. [once]