4.5. Smart Grids
Debido a los nuevos retos que existen en el sector eléctrico, se hace necesario desarrollar tecnologías y sistemas más flexibles que favorezcan el desarrollo de las denominadas redes inteligentes o “Smart Grids”. Los objetivos de Europa para 2020, 2030 y 2050, la integración en la red del fuerte incremento de la generación de origen renovable o la necesidad de gestionar de manera más activa la demanda son algunos de estos retos (ver Energías renovables: tecnología, economía, evolución e integración en el sistema eléctrico).
Una Smart Grid se puede definir como “una red que integra de manera inteligente las acciones de los usuarios que se encuentran conectados a ella -generadores, consumidores y aquellos que son ambas cosas a la vez-, con el fin de conseguir un suministro eléctrico, seguro y sostenible” (Figura 4‑9).
Figura 4-9. Esquema del concepto de una red inteligente o «Smart Grid».
Fuente: Trilliant.
¿Qué es una Smart Grid y por qué es tan importante ahora?
Una Smart Grid es una red de distribución eléctrica que utiliza dispositivos digitales avanzados y sistemas de comunicación lo que permite integrar de forma inteligente y dinámica las acciones de todos los usuarios conectados a ellas como la generación eléctrica (incluyendo el autoconsumo) el trasporte, la distribución, el almacenamiento eléctrico y el consumo de energía.
Las smart grids incorporan a su diseño tradicional la tecnología digital para facilitar el intercambio bidireccional de energía e información. Lo hacen gracias a Internet, tecnologías de la información y la comunicación, sistemas de control y aplicaciones informáticas y domóticas. Su importancia en la actualidad se debe a factores como:
- La capacidad para dar respuesta a las necesidades de demanda de electricidad de los ciudadanos y a las potenciales incidencias.
- Responder a las demandas de un consumidor más conectado que, empoderado por la tecnología, quiere tomar decisiones que le permitan optimizar y/o adaptar su consumo a sus hábitos de vida y tener la posibilidad de convertirse en productor de la energía que consume en su casa, a través del autoconsumo.
- Integrar energías renovables, que requieren flexibilidad por su carácter intermitente.
- Creciente electrificación de la economía y de sectores como el transporte y la climatización de los hogares.
- Necesidad de aumentar la sostenibilidad del sistema eléctrico reduciendo emisiones y pérdidas.
En otras palabras, las Smart Grids no son únicamente una innovación tecnológica, sino una pieza clave para alcanzar los objetivos climáticos y energéticos de las próximas décadas.
Objetivos de las Smart Grids
Las redes inteligentes tienen un papel fundamental que jugar en el futuro próximo del transporte y distribución de electricidad. Para conseguir los retos anteriormente expuestos, las redes inteligentes deberán:
- Robustecer y automatizar la red, mejorando su operación, los índices de calidad y las pérdidas en la misma.
- Optimizar la conexión de las zonas con fuentes de energía renovable, optimizando las capacidades de conexión y minimizando el coste de conexión de las mismas.
- Desarrollar arquitecturas de generación descentralizadas, permitiendo el funcionamiento de instalaciones de menor tamaño (generación distribuida) en armonía con el sistema.
- Mejorar la integración de la generación intermitente y de nuevas tecnologías de almacenamiento.
- Avanzar en el desarrollo del mercado de la electricidad, posibilitando nuevas funcionalidades y servicios a los comercializadores y a millones de consumidores en el mercado.
- Gestionar de forma activa la demanda, permitiendo que los consumidores gestionen de manera más eficiente sus consumos y mejorando la eficiencia energética.
- Posibilitar la penetración del vehículo eléctrico, acomodando estas nuevas cargas móviles y dispersas en la red, minimizando el desarrollo de nueva infraestructura y habilitando las funcionalidades de almacenamiento de energía que poseen.
Componentes y tecnologías clave de una Smart Grid
Para que una red pueda considerarse inteligente, debe contar con un conjunto de tecnologías y dispositivos interconectados que permiten monitorizar y automatizar los procesos. Entre los más relevantes se encuentran:
- Medidores inteligentes: recopilan y transmiten datos en tiempo real sobre el consumo de los hogares y empresas.
- Sensores y sistemas de automatización: garantizan la fiabilidad de la red al detectar incidencias y corregirlas de forma remota.
- Almacenamiento energético: baterías y otras tecnologías que permiten equilibrar la generación renovable con la demanda.
- Plataformas digitales: gestionan la información generada y facilitan la comunicación bidireccional entre consumidores y productores.
- Infraestructuras de carga para vehículos eléctricos: integradas en la red para responder al aumento de la movilidad eléctrica.
Estos componentes trabajan de forma coordinada y son la base de unas redes eléctricas inteligentes capaces de responder a los retos actuales.
Cómo funcionan las Smart Grids
A diferencia de las redes eléctricas tradicionales, las Smart Grids están integradas con Tecnologías de la Información y la Comunicación (TIC) que les permiten recopilar y analizar datos, optimizar los niveles de consumo eléctrico, y detectar en tiempo real cualquier problema que se presente dentro de las redes de distribución de energía.
El uso de estas tecnologías, además, permite que la relación entre los generadores y consumidores de energía eléctrica sea bidireccional, tanto por la transmisión de datos de consumo como por la posibilidad de que las personas generen y envíen energía de vuelta a la red.
Esto último ayuda a que los sistemas de generación de energía renovable como los paneles solares y las turbinas eólicas se integren a la red eléctrica, y que se puedan satisfacer los picos de demanda con mayor facilidad, reduciendo los vertidos eléctricos.
Para tener control sobre todos los procesos, las Smart Grids requieren del uso de tecnología digital como:
- Medidores inteligentes.
- Redes de comunicaciones.
- Sistemas de gestión de energía.
- Sistemas de almacenamiento de energía.
Gracias a todos estos componentes, que trabajan de forma coordinada para garantizar un suministro de energía eléctrica más eficiente, se puede equilibrar la oferta y la demanda de energía, controlar el consumo en tiempo real, evitar sobrecargas en las redes de distribución y tener tarifas más flexibles.
El Despliegue de las Smart Grids en España
España ha avanzado de forma notable en la implementación de las Smart Grids, con especial énfasis en la sustitución de contadores analógicos por medidores inteligentes y en la integración de energías renovables.
El plan de despliegue nacional contemplaba que, antes de 2019, todos los hogares con potencias contratadas de hasta 15 kW dispusieran de contadores digitales. Según los datos de la CNMC, el objetivo se ha superado, con más de 21 millones de equipos instalados.
Además, se han desarrollado proyectos piloto en distintas comunidades autónomas que prueban nuevas soluciones de fiabilidad de la red, integración de renovables y almacenamiento. Estos programas buscan sentar las bases de una red más eficiente y contribuir a la sostenibilidad del sistema eléctrico español.
Beneficios de las Smart Grids
El uso de las redes inteligentes representa una oportunidad para que la industria energética cambie a un modelo de producción y consumo más eficiente, y reduzca el impacto sobre el medio ambiente.
La lista de beneficios es muy amplia, y se extiende desde las mejoras en la calidad de la energía que se suministra hasta la reducción de los gases de efecto invernadero que se producen por la generación de energía a partir de combustibles fósiles. Desde el punto que se analice, la adopción de estos sistemas de control y monitoreo representan una ventaja.
Beneficios energéticos de las Smart Grids
Las Smart Grids fueron diseñadas para que la energía eléctrica se consuma de una forma mucho más inteligente. Con ellas se puede controlar la pérdida de energía en el proceso de transmisión y distribución, gestionar los picos de demanda con mayor eficiencia, y disminuir la necesidad de generar energía adicional.
Asimismo, es importante destacar que los sistemas de monitoreo y control permiten que se mejore la calidad de la energía que se suministra a los consumidores, ya que problemas como la falta de voltaje o las interrupciones en la red de distribución, que se suelen presentar en las redes eléctricas tradicionales, se pueden resolver en menos tiempo.
Beneficios económicos de las Smart Grids
Otro beneficio de las Smart Grids tiene que ver con los costes de producción y distribución de la energía eléctrica. La implementación de estos sistemas disminuye los costes de la energía para las empresas, sobre todo, porque la detección de problemas en tiempo real reduce los costes asociados a reparaciones y mantenimiento; y porque la automatización de una gran parte de los procesos mejora la planificación energética.
Todo esto se traduce también en un ahorro para los consumidores, algo que puede impactar de forma indirecta en su presupuesto y en su calidad de vida.
Beneficios ambientales de las Smart Grids
La implementación de estas redes inteligentes no solo ayuda a controlar los picos de demanda y las fluctuaciones de la producción de energía eléctrica, sino que también permite que las personas reduzcan el impacto ambiental que pueden tener sus hábitos de consumo.
Como mencionamos antes, con las Smart Grids se reduce el consumo eléctrico, y se integran fuentes de energía renovable. Estos dos factores sirven para limitar las emisiones de los contaminantes que se generan en la producción de energía.
Beneficios sociales de las Smart Grids
A nivel social, se puede decir que las Smart Grids promueven la eficiencia energética y hábitos de consumo más conscientes. Los consumidores pasan de esta manera a tener un mayor control sobre la forma en la que consumen energía, y tienen la posibilidad de reducir su impacto ambiental.
A pesar de todos estos beneficios que mencionamos, es importante tener presente que las Smart Grids no solucionan todos los problemas de la redes de distribución de energía, y que su implementación requiere de inversiones significativas en tecnología digital.
Barreras a las que se enfrentan las Smart Grids
Pero para su correcta implantación, es importante conocer y dar una adecuada respuesta a las principales barreras a las que se está teniendo que enfrentar esta tecnología:
- Madurez tecnológica y riesgo de “first mover”: la falta de tecnologías estándares y suficientemente maduras, suponen un elevado riesgo de inversión. Por otro lado, y aunque cada vez se están realizando más pruebas piloto de escala relevante, las estimaciones y análisis de coste/beneficio aún muestran una alta sensibilidad según los supuestos que se consideren (los costes pueden ser más elevados de los inicialmente considerados y los potenciales beneficios identificados no siempre se consiguen)
- “Business case”: como se desprende de los análisis coste/beneficio realizados, los costes de inversión y operación son aún demasiado altos (no existen aún economías de escala) y los beneficios que pretenden conseguir son difícilmente cuantificables e imputables a cada agente. Esto dificulta el nuevo modelo de negocio de la actividad. Por otro lado, cuando se cambia el modelo de negocio y se aumentan los riesgos de una actividad regulada, aumentan los costes de financiación, lo que hace menos rentables las inversiones.
- Normativa y regulación: la normativa vigente, en algunos casos impone limitaciones o barreras técnicas y en otras no genera incentivos suficientes para la inversión. Es necesario que, por parte de los reguladores, se tome conciencia de la importancia del papel que van a jugar las Smart Grids y se adecúe la normativa para facilitar su implantación tanto a nivel técnico como económico.
- Seguridad y privacidad de los datos: el detalle y volumen de la información que estará disponible sobre cada consumidor puede generar graves perjuicios si se usa de manera inadecuada o no se implantan las suficientes garantías para el tratamiento de los datos.
En España, como primer paso hacia una futura red inteligente, se ha establecido un plan para la sustitución de todos los contadores domésticos (≤ 15kW) por nuevos equipos electrónicos antes de fin de 2018, así como su gestión y lectura a través un sistema de telegestión implantado por la distribuidora. Este plan de sustitución, que fue establecido inicialmente en la orden ITC/3860/2007, adolecía de los problemas de madurez tecnológica indicados. Por ello, cuando los fabricantes de equipos dispusieron de la suficiente capacidad técnica para suministrar los contadores que cumplían con los requisitos exigibles, el plan de sustitución fue actualizado por la orden IET/290/2012.
El plan de sustitución actualmente vigente contempla actualmente varios plazos e hitos de sustitución (Figura 4‑10).
Figura 4-10. Plan de sustitución de contadores vigentes.
Fuente: Elaboración propia.
Preguntas frecuentes sobre las Smart Grids
¿Las Smart Grids ayudan al medio ambiente?
Sí. Al integrar fuentes renovables y reducir las pérdidas en la red, las Smart Grids contribuyen a disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, permiten a los consumidores adoptar hábitos de consumo más eficientes, lo que refuerza la sostenibilidad ambiental.
¿Se pueden hackear las Smart Grids?
Como toda infraestructura digital, las Smart Grids pueden ser objetivo de ciberataques. Sin embargo, los operadores trabajan constantemente en la aplicación de protocolos de seguridad, cifrado de datos y sistemas de monitorización para minimizar riesgos. La protección de la información y la fiabilidad del suministro son aspectos prioritarios en su desarrollo.
¿Qué papel juegan las Smart Grids en la movilidad eléctrica?
Las Smart Grids facilitan la integración del vehículo eléctrico en el sistema energético. Gracias a la comunicación bidireccional, los coches eléctricos no solo consumen energía, sino que también pueden actuar como dispositivos de almacenamiento temporal, devolviendo electricidad a la red cuando sea necesario. Esto supone una ventaja para los productores y para los usuarios, que contribuyen activamente a la estabilidad del sistema.
