El sector energético moderno debe resolver tres tareas clave, pero a menudo contradictorias: garantizar la seguridad, aumentar la eficiencia energética y trabajar por un medio ambiente limpio. Se pueden encontrar soluciones a estos problemas mediante el desarrollo de micro-redes o micro-redes inteligentes contemporáneas, que permitirán la compatibilidad de fuentes renovables y tradicionales y también los intereses de consumidores y productores.
Global Energy: ¿Cómo están cambiando la digitalización y la inteligencia artificial la gestión o el diseño de los sistemas energéticos modernos? ¿Podemos hablar de una revolución energética?
Nikolaos Hatziargyiou: La digitalización de la energía es una característica básica de la transición energética en curso. Esta transición se caracteriza por un mix de generación de energía en rápido cambio con una clara tendencia hacia los recursos energéticos renovables y distribuidos, incluyendo generadores distribuidos, cargas flexibles, unidades de almacenamiento distribuido, vehículos eléctricos, etc.
Incluye nuevos modelos de mercado que favorecen la participación activa de los consumidores y “Smartening” de redes con grados crecientes de control descentralizado y automatización de operaciones. Los desafíos para el funcionamiento seguro y eficiente de un sistema tan complicado, que comprende el acoplamiento de varios sectores energéticos, es decir, electricidad, gas natural, calefacción y refrigeración, combustibles líquidos, transporte, etc., requieren datos confiables y estructurados.
Hoy en día, existen abundantes datos disponibles para los operadores de sistemas provenientes de redes extendidas de sensores, microprocesadores y medidores inteligentes instalados en sus redes. Estos datos pueden proporcionar nuevos servicios digitales y oportunidades de negocio para todas las partes interesadas en el mercado de la energía para actividades relacionadas con la gestión de carga, almacenamiento, carga inteligente de vehículos eléctricos, eficiencia energética en el sector industrial y doméstico, aparición de prosumidores, ciudades inteligentes y comunidades energéticas. y finalmente por la creación de plataformas de datos abiertos que brinden acceso a la información y transparencia a todos los ciudadanos.
Global Energy: ¿Es realmente necesaria una gran masa de datos? ¿Podría conducir a una situación en la que el sistema no pueda afrontarlo?
Nikolaos Hatziargyriou: Para los operadores de sistemas en particular, la explotación de datos puede conducir a una mejora drástica de los servicios a los clientes, reducciones de costos operativos, aplazamientos de inversión para actualizaciones de red, autocuración por aislamiento rápido de fallas y recuperación después de perturbaciones, mantenimiento predictivo para una gestión eficiente de activos etc.
La aplicación de la Inteligencia Artificial junto con tecnologías para el manejo de grandes cantidades de datos (Big Data) e Internet of Things (IoT), que permiten la interacción digital entre dispositivos eléctricos, incluso a nivel residencial, brindarán nuevas oportunidades para la participación de los clientes en los mercados energéticos locales. e información de consumo en línea para las empresas eléctricas, lo que lleva a una gestión de red “inteligente” y una integración eficaz de los recursos energéticos distribuidos. La revolución energética entrante permitirá la satisfacción automática e ininterrumpida de las necesidades energéticas individuales en el momento adecuado, en el lugar adecuado y con el menor costo posible.
Global Energy: Su desarrollo de sistemas de microrredes se ha aplicado principalmente a regiones remotas. ¿Sería posible con el tiempo lograr un uso mayor y más extendido de tales sistemas? ¿Podrían las microrredes en el futuro reemplazar los sistemas de energía centralizados?
Nikolaos Hatziargyiou: Las microrredes se definen como redes de distribución con recursos energéticos distribuidos interconectados dentro de límites claramente definidos que pueden operar en modo conectado a la red o en isla.
Esta idea se introdujo por primera vez en 2001. Desde entonces, se han desarrollado varios proyectos de investigación e instalaciones piloto en Europa, EE.UU., Japón y Canadá, seguidos a un ritmo creciente en China, Corea, América Latina y otros lugares. Estas actividades han demostrado en gran medida las numerosas ventajas técnicas, económicas, sociales y ambientales, incluida una mayor eficiencia energética, la minimización del consumo total de energía, la reducción de los impactos ambientales, la mejora de la confiabilidad y la calidad de la energía y diversos beneficios de la red. Es cierto que las aplicaciones de microrredes reales se pueden encontrar principalmente en islas no interconectadas y regiones remotas, aplicadas principalmente para electrificación rural en países en desarrollo sin o con infraestructuras de transmisión débiles. Sin embargo, las empresas eléctricas de EE. UU. También han utilizado las microrredes, principalmente para aumentar la resiliencia contra desastres naturales, como tormentas, inundaciones, incendios forestales, terremotos, etc. La microrred de Borrego Springs instalada por SDG & E es un ejemplo y se planean muchas más instalaciones, por ejemplo, en California, las empresas de servicios instalan microrredes para evitar cortes de energía por parte de -Líneas de energización por chispas de fuego. En Europa, las microrredes han ganado una importancia cada vez mayor como infraestructuras técnicas para apoyar a las comunidades energéticas locales. Fuera de Europa y los EE. UU., China ha anunciado recientemente 100 microrredes RES (sistemas de energía renovable) para explorar tecnologías relevantes y modos de negocio que se adapten al desarrollo de las RES. Las empresas de servicios públicos instalan microrredes para evitar cortes de energía al desenergizar las líneas debido a incendios provocados.
Global Energy: si las microrredes están ganando popularidad tan rápidamente, ¿podrían algún día reemplazar los sistemas de energía centralizados?
Nikolaos Hatziagyriou: Se espera que esta tendencia se acelere a medida que los sistemas de energía actuales, caracterizados por altas cantidades de generación variable de RES, necesitan una mayor flexibilidad y las microrredes brindan una excelente manera de ofrecer flexibilidad a la red aguas arriba agregando recursos energéticos distribuidos. Sin embargo, aunque técnicamente factible, no espero que las microrredes sustituyan a los sistemas de energía centralizados. Una coexistencia sinérgica entre estos dos tipos de modelos de organización probablemente prevalecerá como la solución más económica y segura.
Global Energy: ¿Será posible configurar grandes sistemas centralizados utilizando inteligencia artificial? ¿En qué medida será esto eficaz y económicamente viable?
Nikolaos Hatziagyriou : La inteligencia artificial puede describirse como la ciencia de hacer que las máquinas hagan cosas que requerirían la inteligencia disponible para los humanos. Abarca tecnologías efectivas, como redes neuronales artificiales (ANN) y lógica difusa aplicada para el procesamiento de datos y la extracción de conocimientos de grandes cantidades de datos. Sus aplicaciones a los sistemas de energía se extienden desde la previsión de carga y producción renovable, el control y la protección en tiempo real, el mantenimiento, etc., lo que conduce a una mayor eficiencia, economía y seguridad operativa. Sin embargo, a pesar de sus ventajas, es muy poco probable que los grandes sistemas centralizados se basen exclusivamente en la inteligencia artificial más allá de su función como herramientas valiosas. Los operadores humanos seguirán siendo los decisores críticos indispensables que garantizan la seguridad del funcionamiento de los sistemas de energía.
Global Energy: las microrredes implican el uso de diversas fuentes de energía, tanto tradicionales como no tradicionales (combustible diesel, gas, fuentes de energía renovable). ¿Apoya el desarrollo paralelo de fuentes de energía tradicionales y no tradicionales? ¿No creará esto una dura competencia entre los dos?
Nikolaos Hatziargyriou: Las microrredes son estructuras de distribución que integran fuentes de energía distribuidas de cualquier tecnología de la manera más eficaz.
Sin embargo, las soluciones energéticas modernas deben satisfacer de manera equilibrada tres requisitos básicos, es decir, seguridad energética, incluida la seguridad del suministro, la eficiencia económica y la protección del medio ambiente. Estos tres requisitos son muchas veces contradictorios y las soluciones dependen de las condiciones climáticas locales, la disponibilidad de recursos locales, costos, factores sociales, etc. La solución de este problema de optimización multiobjetivo proporcionará el desarrollo óptimo entre fuentes de energía tradicionales y no tradicionales.
Global Energy: ¿Cómo se puede lograr el desarrollo de microrredes en vista de los planes en Europa para alejarse de los hidrocarburos como fuente de energía?
Nikolaos Hatziargyriou: La esencia de las microrredes es la coordinación de generadores distribuidos y la demanda flexible con el fin de maximizar sus beneficios para los clientes y las redes. Las fuentes de generación local empleadas son en su mayoría renovables, que comprenden sistemas fotovoltaicos (fotovoltaicos), especialmente en países con entornos soleados prolongados, pequeñas turbinas eólicas, unidades de biomasa y mini centrales hidroeléctricas. De hecho, las microrredes en Europa se consideran una forma eficaz de aumentar la penetración de las energías renovables y empoderar a los ciudadanos activos mediante el establecimiento de comunidades de energías renovables.
Al mismo tiempo, en los países más fríos, ha habido un progreso significativo en el desarrollo de pequeñas aplicaciones de CHP (calor y energía combinados) a escala de kW para satisfacer las necesidades tanto eléctricas como térmicas de los clientes de microrredes. La aplicación de generadores basados en FER, junto con microcogeneración, aumenta la eficiencia general de la utilización de fuentes de energía primaria y, en consecuencia, proporciona beneficios ambientales sustanciales con respecto a la reducción de las emisiones de carbono, que es una piedra angular básica de las políticas energéticas de la UE.
Global Energy: el principal problema con los microsistemas inteligentes son los costos extremadamente altos asociados con ellos. ¿Cómo se pueden hacer más viables económicamente esos proyectos? ¿Pueden instalarse estos sistemas en regiones menos desarrolladas que experimentan escasez de energía?
Nikolaos Hatziargyriou: Las microrredes se basan principalmente en fuentes de energía renovable y almacenamiento. Los costos de estas tecnologías están cayendo constantemente y ahora han alcanzado niveles compatibles o incluso más baratos que las tecnologías térmicas tradicionales. Por ejemplo, el costo de las baterías de iones de litio por kilovatio hora (kWh) ha caído casi un 90% desde 2010 y, de manera similar, el costo nivelado de la energía generada por las plantas solares ha caído un 82% desde 2010, mientras que su precio cayó un 13%. solo en el último año. La generación distribuida ubicada cerca de las cargas no necesita infraestructuras de red de transmisión y distribución con dos efectos importantes: reducción de pérdidas y capacidad para sustituir potencialmente los activos de la red. En conclusión, creo que las microrredes son actualmente una solución preferida por las regiones menos desarrolladas para reemplazar o respaldar suministros de energía poco confiables.
Global Energy: ¿Entonces las microrredes podrían establecerse gradualmente en las regiones menos desarrolladas del mundo sujetas a escasez de energía?
Nikolaos Hatziargyriou: Creo que las microrredes son actualmente una solución preferida por las regiones menos desarrolladas para reemplazar o respaldar suministros de energía poco confiables.
Global Energy: Rusia está avanzando activamente en el desarrollo del Ártico. ¿Qué tipo de microrred se podría imaginar en condiciones de baja densidad de población, día y noche polares, temperaturas muy bajas, zonas de difícil acceso y envíos de combustible polar?
Nikolaos Hatziargyriou: Para la región ártica, como un área remota con condiciones muy especiales y una población de baja densidad, el suministro de electricidad a través de microrredes parece mucho más rentable en comparación con la expansión del sistema energético centralizado. Está claro que las características específicas requieren estudios especializados en con el fin de emplear las fuentes de generación más adecuadas considerando los recursos disponibles localmente, las condiciones ambientales de muy bajas temperaturas, días y noches polares, las necesidades de almacenamiento y envíos de combustibles polares. Además, las áreas remotas y de difícil acceso plantean desafíos específicos con respecto al mantenimiento y la fácil reparación de discrepancias triviales que requieren la capacitación de la población local para trabajos de ingeniería básica.
