Noé Villa Villaseñor y Gerardo Rodríguez Hernández (Ciateq)

El doctor Noé Villa Villaseñor es investigador especialista en electrónica de potencia y el doctor Gerardo Rodríguez Hernández es coordinador de Laboratorios, ambos en CIATEQ, A.C. Unidad Jalisco. Correos electrónicos noe.villa@ciateq.mx y gerardo.rhernandez@ciateq.mx, respectivamente.

Una de las características más importantes que define la calidad de vida de las personas es el acceso confiable y seguro a fuentes energéticas y es una condición necesaria para disponer de las comodidades de la vida moderna, tales como iluminación, agua caliente, sistemas de control climático, refrigeración y acceso a servicios digitales, entre muchas otras; adicionalmente, es un factor indispensable para el desarrollo de todas las actividades económicas.

A partir de estas ideas, se ha acuñado el término de “pobreza energética” para referirse al fenómeno en el que los individuos carecen de los recursos energéticos elementales. La pobreza energética puede derivar en varios tipos de problemas. Conceptualmente, un hogar se encuentra en pobreza energética cuando las personas que lo habitan no satisfacen las necesidades de energía absolutas, las cuales están relacionadas con una serie de satisfactores y bienes económicos considerados esenciales en un lugar y tiempo determinados, de acuerdo con las convenciones sociales y culturales.

En el caso particular de la energía eléctrica en México, la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y Sistema el Eléctrico Nacional se han encargado de la generación y distribución de la electricidad, tanto doméstica como para fines industriales. A pesar de la amplia cobertura doméstica actual por parte de CFE, que proyectaba una cobertura del 99 por ciento para el año 2018, existen todavía algunos retos para llevar electricidad a localidades donde por motivos geográficos o económicos resulta inviable la instalación de la infraestructura necesaria para proveer electricidad, ya sea para uso doméstico o comercial, con conexión a la red de distribución nacional. Algunos ejemplos de estos casos son pequeñas comunidades de difícil acceso o localidades remotas con actividad agrícola o ganadera que requieren de una fuente de electricidad para su desarrollo económico.

Estos problemas representan una oportunidad de solución mediante la implementación de micro redes eléctricas. Las microrredes eléctricas son redes locales que integran en menor escala todos los elementos de una red eléctrica de gran tamaño; es decir, contienen elementos de generación, distribución, control y consumo de la energía eléctrica; pueden operar interconectadas o aisladas (en modo isla) de una red nacional de distribución.

Gracias al reciente desarrollo de tecnologías de generación distribuida que aprovechan recursos energéticos locales, tales como la energía solar, la eólica o a partir de recursos hidrológicos, es posible instalar fuentes de generación de electricidad a pequeña escala con costos menores a los de la construcción de grandes centrales energéticas o, en otros casos, comparables con el costo de construcción de la infraestructura de interconexión a la red nacional.

Adicionalmente de la conveniencia económica, las microrredes son más resilientes que las conexiones convencionales, debido a que son tolerantes a fallas generalizadas de la red nacional de distribución, permiten el aumento de la capacidad instalada de forma independiente a la disponibilidad de la red nacional, y poseen una administración del consumo y costos autónomos del operador de la red nacional. Esto representa una característica atractiva para aquellos usuarios que manejan procesos críticos que requieren un suministro continuo de la energía con una probabilidad baja o nula de falla.

Sin embargo, el diseño, instalación y operación de las micro redes eléctricas presenta varios retos que actualmente son todavía preguntas abiertas para la investigación científica.

¿En qué casos, es viable la instalación de una micro red eléctrica?

Para ello es necesario considerar los recursos energéticos disponibles, los requerimientos eléctricos y las condiciones geográficas, entre otros factores.

¿Cuál es la mejor fuente de generación distribuida?

Para responder esta pregunta, es necesario examinar cada caso particular, analizando las condiciones geográficas y climatológicas en la locación en que esté ubicada.

¿Cuál es la mejor estrategia de control de una micro red eléctrica?

La parte más compleja de la operación de todas las redes eléctricas es mantener el equilibrio entre la producción y el consumo. Este problema es particularmente más complejo en el caso de las micro redes pues, al ser de menor tamaño, requieren un control más preciso de las perturbaciones que ocurren normalmente en las redes eléctricas. Gracias al uso de técnicas actuales, incluyendo el Internet de las cosas (IoT), el Análisis de Datos Masivos (Big Data) y la Inteligencia Artificial (IA) es posible ofrecer soluciones a este nuevo tipo de problemas interdisciplinarios.

Además de los aspectos económicos y tecnológicos, es importante considerar para el éxito en la implementación de las microrredes, los aspectos sociales y culturales de las comunidades, a fin de procurar el empoderamiento local y la capacitación para el uso y mantenimiento de las instalaciones, así como la dinámica de organización colaborativa de los beneficiarios de la micro red eléctrica.

En CIATEQ, A.C. Centro de Tecnología Avanzada Unidad Jalisco, el Laboratorio de Eficiencia Energética, parte del Centro de Energías Renovables, está actualmente realizando investigaciones de frontera para resolver varias de estas preguntas, incluyendo el desarrollo de una metodología de evaluación para validar la viabilidad de una instalación de esta naturaleza.

En lo referente a los retos tecnológicos, se están llevando investigaciones sobre las nuevas topologías de convertidores que serán esenciales en las redes eléctricas del futuro. También se realizan investigaciones sobre esquemas de monitoreo y protección que permitan operar de manera segura las microrredes, así como estudiar el comportamiento de la energía dentro del sistema.

El análisis de parámetros de operación en redes eléctricas reales es técnicamente complejo y peligroso debido a los niveles de energía que allí se manejan. En este sentido, como herramienta en las tareas de investigación, se hace uso de equipamiento capaz de realizar simulaciones en tiempo real, combinado con hardware en el lazo. De esta forma, se pueden estudiar los sistemas involucrados sin la necesidad de manejar las cantidades de energía, ni las dimensiones físicas del sistema real.

Finalmente, se exploran modelos de gobernanza local, en colaboración con investigadores del Consorcio de Investigación y Diálogo sobre Gobierno Local (Cidiglo).

Nuestra meta es entender cómo se puede implementar de forma integral la tecnología de microrredes inteligentes en aquellos escenarios nacionales que requieren de oportunidades para mejorar su condición de pobreza energética.

Fuente: México es Ciencia