El sistema energético del futuro es digital, descentralizado y autónomo

May 03, 2023

Sostenibilidad -Cinco universidades holandesas y el Centro de Matemáticas y Ciencias de la Computación (CWI) unen fuerzas para hacer que nuestro sistema energético esté preparado para el futuro.

Los Países Bajos se enfrentan a la enorme tarea de permitir que el país funcione completamente con energía verde en el futuro. Esto requerirá un sistema energético radicalmente nuevo, flexible y fiable. Cinco universidades holandesas, junto con el instituto de investigación CWI, están trabajando ahora en una propuesta para que esto suceda. "No podemos esperar más. Preparemos nuestro sistema de energía para los próximos cien años", dice Peter Palensky, profesor de redes eléctricas inteligentes en TU Delft.

Para decirlo sin rodeos: el tiempo se acaba. La red eléctrica en los Países Bajos y el resto de Europa necesita una revisión importante y rápida. La demanda de electricidad casi se duplicará para 2030 en comparación con 2019. No solo se debe aumentar significativamente la capacidad de generación. Llevar grandes volúmenes de electricidad verde al lugar correcto de manera confiable también es un gran desafío. Necesita ser almacenado también.

Recientemente, TenneT hizo un primer intento de mapear la red del futuro y entregó la propuesta Target Grid al Ministro de Clima y Energía, Rob Jetten. Se propone una red de energía generada de manera completamente sostenible con centros de energía conectados por las llamadas "supercarreteras". "Un gran primer paso", dice Palensky. "Pero el plan necesita ser refinado".

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Es por eso que cinco universidades holandesas (TU Delft, TU Eindhoven, Universidad de Twente, Universidad de Groningen y Universidad de Utrecht) y CWI decidieron presentar una propuesta llamada Energía digital para el Programa de Gravitación 2023. Con el programa, el gobierno apoya la investigación de consorcios de investigadores de los Países Bajos con un importe de 25 millones de euros. Como su nombre lo indica, la digitalización de la red eléctrica es central en la propuesta. La red del futuro será un sistema eléctrico descentralizado, en el que los centros de energía estén interconectados por supercarreteras por medio de todo tipo de tecnologías.

En primer lugar, Palensky está construyendo un gemelo digital para estudiar en detalle la futura red. “Es una réplica numérica de algo nuevo. En nuestro caso, el futuro sistema eléctrico”, explica Palensky. "De esta manera, puedes probar escenarios y hacer experimentos sin lastimar a nadie en el mundo real".

Muchas preguntas quedan sin respuesta cuando se trata de la red del futuro. Preguntas como: ¿Cómo mantenemos todo estable cuando pronto se instalarán millones de paneles solares? ¿Y cómo nos aseguramos de que todos puedan cargar sus autos eléctricos? “Lo mágico del gemelo digital es que une a las personas. Proveedores de tecnología, compañías eléctricas, políticos: todos pueden sentarse a la mesa y ver por sí mismos qué sucede en el escenario X. De esta manera, podemos tomar decisiones. más rápido y mejor y alcanzar nuestros objetivos a tiempo. Y también podemos hacer esto para otros países".

Con el gemelo digital, una de las principales cosas que se investiga es la distribución eficiente de la energía. En el sistema de energía actual, si un elemento falla o se daña, afecta a todo el sistema, similar a un efecto dominó, que a veces resulta en apagones de regiones enteras. "No queremos que esto suceda en el futuro. Es por eso que proponemos un sistema distribuido, autoorganizado y resistente", dijo Pavol Bauer, profesor de Sistemas de CC, Conversión y Almacenamiento de Energía del Departamento de Electricidad de TU Delft. Energía renovable.

Esto será posible a través de las llamadas "células de energía" interconectadas en las que es posible el comercio entre pares. “Dentro de las celdas, la energía es compartida y distribuida entre los usuarios. Los ciudadanos generan energía con paneles solares en los techos de sus edificios. Y si hay mucha demanda de energía, por ejemplo si se usa la lavadora y el lavavajillas al mismo tiempo, es posible obtener esta energía de los vecinos. Así que básicamente estamos tratando de maximizar las ganancias y equilibrar la energía en una celda".

La energía se almacenará tanto global como localmente. Y el intercambio de energía se vuelve muy flexible. Esta es una ventaja, por ejemplo, para los centros de energía con usuarios de alta demanda. "Piense en la industria y los camiones eléctricos que necesitan carga. Aquí se espera un mayor uso de energía, por lo que habrá más energía disponible proveniente de la red. Todos los centros de energía están interconectados".

La digitalización y los componentes inteligentes que forman parte de la red son clave para que este nuevo sistema funcione bien. Estos proporcionan mayor confiabilidad, flexibilidad y eficiencia. "Por ejemplo, los componentes pueden contribuir al mantenimiento predictivo con autodiagnóstico", continúa Bauer. "Notifican al usuario si un interruptor funciona correctamente. Puede compararlo con una inspección del automóvil en el garaje. Conectan el automóvil a una computadora y pueden leer si hay algún posible mal funcionamiento".

Además, la electrónica de potencia, la rama de la ingeniería eléctrica que se ocupa del procesamiento de altas tensiones, va a jugar un papel importante en el nuevo sistema. "La tecnología de electrónica de potencia proporcionará una interfaz crucial, flexible e inteligente para conectar la energía renovable (eólica, solar), el almacenamiento y las cargas y controlará el flujo de energía", explica Bauer. Reemplazará algunos de los componentes de rejilla clásicos. Bauer continúa: "Por ejemplo, un transformador de frecuencia de red clásico (50 Hz) será reemplazado por un transformador de estado sólido (SST). Como resultado, el transformador puede usar una conmutación de alta frecuencia, reduciendo tanto el tamaño como el peso con respecto a la frecuencia de la red. y gestionará el flujo de energía entre los alimentadores y la red. Y, como efecto secundario positivo, solo necesitará una fracción de cobre y acero en comparación con los transformadores de baja frecuencia y, por lo tanto, ahorrará materia prima".

"Y estos son solo algunos ejemplos. Este es realmente un conjunto de herramientas del tamaño de un monstruo", concluye Bauer. Incluso tecnologías futuristas que son difíciles de imaginar en este momento, como la transmisión inalámbrica de energía (Transferencia de energía inductiva) se describen en la propuesta.

La belleza del concepto propuesto, según Palensky, es que está en armonía con nuestro sistema energético actual. "Simplemente no podemos apagarlo durante un año para implementar uno nuevo. Tenemos que hacer una cirugía de marcapasos sobre la marcha durante el maratón, por así decirlo. Pero es perfectamente posible. Nuestra solución es económica, confiable y duradera". crecerá y complementará las estructuras existentes".

En octubre quedará claro si Digital Energy será elegible para recibir financiamiento. Bauer y Palensky tienen esperanzas. "Ahora es el momento de hacer un cambio. Simplemente no podemos esperar más. Y si cambiamos nuestro sistema energético, hagámoslo bien durante los próximos 100 años. Con todas las excelentes herramientas descritas en nuestra propuesta, estoy seguros de que podemos hacerlo realidad", concluye Palensky.

"Y realmente es una oportunidad única para que los Países Bajos y Europa vuelvan a convertirse en líderes energéticos", añade Bauer. "Comencemos de inmediato".