Por una red eléctrica más eficiente

Por una red eléctrica más eficiente

Si hoy un hospital en Bogotá sufriera una falla eléctrica que lo dejara sin suministro, el daño, en promedio, se solucionaría en 687 minutos. Según el indicador SAIDI (System Average Interruption Duration Index), que marca la duración promedio al año de una interrupción eléctrica, serían cerca de 12 horas las que le tomaría a un equipo de Codensa resolver el incidente, tiempo que resulta largo en términos de eficiencia energética dentro de los requerimientos actuales de una ciudad.

De este tipo de inquietudes surgió la necesidad académica de gestionar eficientemente una red energética que permita automatizar procesos, reducir los tiempos de reacción ante las fallas y, sobre todo, contemplar el uso de otras fuentes de energía.

Así se conformó una alianza interinstitucional entre Codensa (gestora del servicio eléctrico en Bogotá), Colciencias y varias universidades. “SILICE III – Hacia una ciudad inteligente: diseño de una microred inteligente piloto” es la culminación del trabajo comenzado en SILICE I y II por la Universidad de los Andes, la Universidad Industrial de Santander, el CIDET y la Universidad Nacional de Colombia.

La Pontificia Universidad Javeriana, en cabeza de Diego Patiño Guevara, director del departamento de Electrónica, se integró a este grupo para ejecutar la tercera fase entre 2012 y 2015, con la tarea de formular un prototipo de smart-grid (red eléctrica inteligente) donde se ejemplifique cómo actuaría en una ciudad. “Es una nueva forma de gestionar la energía en la cual se pueden incluir otras fuentes, como la eólica o solar, que funcionen a nivel distribuido. La idea es descentralizar el tema, que uno desde su casa pueda generar energía y aportar a la red eléctrica”, explica.

Ángela Cadena, docente del departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica de la Universidad de los Andes y miembro de este proyecto en su primera etapa, destaca que a esta iniciativa se llegó en la medida en que se había comenzado un proceso investigativo sobre el fomento de las energías renovables en Colombia y sus retos para integrarlas dentro del sistema energético convencional: “En su momento, examinamos los diferentes nichos de energías renovables y vimos que además de ser conectadas al sistema central podían funcionar de manera distribuida como partes de sistemas de microredes en esquemas de redes inteligentes. Estudiamos cómo se impulsó su uso en otros países y los factores en ese crecimiento”.

Así llegó la invitación de Codensa y Colciencias para que desde la Academia se pensara en redes inteligentes y en los retos tecnológicos de su implementación. Uno de los desafíos fue el cambio de no pensar una red que se alimente de un solo punto sino de una que tenga diferentes fuentes de alimentación, que algunas provengan de energías renovables y tengan una gestión eficiente a costo de producción o del consumidor. Así mismo, era necesario pensar en un modelo real donde se establecieran cargas energéticas sensibles como en un colegio e, incluso, que se pudieran simular fallas del sistema y tiempos de atención.

La participación de la Javeriana se centró en la formulación de una maqueta funcional que diera cuenta de todos estos requerimientos. Como indica el profesor Patiño, tomaron un sector concreto de Bogotá como escenario de simulación: En Silice I y II se plantearon los documentos de diagnóstico de la red. En Silice III se llevó al terreno práctico y se tomó la decisión de que la mejor área, como ejemplo para hacer el prototipo, era Salitre. Es un sector moderno, residencial, cerca al aeropuerto, tiene industria y cargas sensibles como un hospital, además de la posibilidad de implementar transporte eléctrico desde y hacia el aeropuerto y vías modernas como la Calle 26 o la Esperanza”.

El trabajo de los investigadores javerianos abordó dos frentes: la maqueta y el software necesario para operar los sistemas de automatización de gestión de la red. En la parte superior estarían los edificios y, por debajo, todos los equipos que permitirían a la smart-grid funcionar.

“Uno realiza simulaciones en computador donde lo primero que se pregunta es cómo tiene que funcionar y eso nos lleva a modelar la red. Simulábamos fallas del sistema y los equipos debían responder de cierta forma. El siguiente paso (en paralelo a la fabricación de los equipos) fue comprobar que lo que se estaba simulando era real y, para ello, era imprescindible la maqueta”, indica Cesar Díaz Londoño, magister en Ingeniería Electrónica de la Javeriana e integrante del proyecto.

Durante dos años, entre 2013 y 2015, los investigadores trabajaron varios aspectos en paralelo: fabricación de equipos, detección de fallas e identificación de los mecanismos de generación renovable en zonas puntuales dentro de la microred; así mismo desarrollaron los equipos que hacen que esta conversión de energía renovable sea posible inyectarla a la red convencional.

“La maqueta consta de equipos como los aparatos encargados de la medición inteligente (smart meter) y control de la smart-grid, los cuales funcionan con ciertas reglas de programación establecidas. Ellos comunican de forma inalámbrica, en tiempo real, el incidente al software en el computador. Con ellos hacíamos el control de fallas o desconexiones. Son equipos autónomos: cuando detectan la falla, la red desconecta el punto y no tiene que suspender el flujo a todo un sector como sucede ahora”, explica Díaz.

Este aspecto define con mayor fidelidad el sentido de una smart-grid, pues determina un control más eficiente al manejar un daño ya que aísla la falla y no afecta completamente un sistema energético. De esta forma, si, por ejemplo, una cometa cayera en la red eléctrica de una cuadra, el flujo de luz no afectaría una amplia zona ni sería un daño de larga solución, ya que el sistema automáticamente daría aviso del suceso.

Estos son los smart meters, o dispositivos inteligentes que miden el consumo de energía.
Estos son los ‘smart meters’, o dispositivos inteligentes que miden el consumo de energía.


Consumo y uso consciente de energía

La microred inteligente no solo es útil en caso de fallas del sistema: tiene una consecuencia en el modo de usar con mayor responsabilidad el recurso energético en cuanto al consumo y costo. De aplicarse, incidiría en aspectos como el alumbrado público pues un sistema que use smart-grid es autónomo para detectar si hay presencia de personas o autos y, dependiendo del flujo, podría conectarse y desconectarse.

Este mismo principio podría aplicarse al consumo residencial pues, con una microred inteligente, el usuario final podría decir si desea o no el suministro eléctrico en ciertas horas. “Bajo este modelo se propicia una concientización de los usuarios pues hay una forma en la cual pueden desconectarse de la red voluntariamente y, así, bajar el consumo. Por ejemplo, el costo de usar la plancha a tal hora puede ser más caro y con un incentivo para el usuario se le puede decir ‘desconéctese voluntariamente y, de paso, contribuye a que la red no se cargue tanto’”, expresa Patiño.

De la misma forma se pensaría en una gestión eficiente de automóviles eléctricos eficientes en la carga y que no cueste tanto su consumo, o en vincular paneles solares dentro del uso de energía de un hogar. Todas estas decisiones que, en principio, pueden parecer técnicas, son para los investigadores un reto educativo pues se trata de un tema de cambio de mentalidad.


Educación: base del manejo eficiente del recurso energético

A pesar de los indicios de que el sector Salitre sea pionero en la implementación de una smart-grid, su aplicación queda por fuera del ámbito de la Academia. Es de manos de Codensa, patrocinadora del proyecto, en quien recae la gestión de buscar actores interesados en comprar esta tecnología y convencerlos de sus ventajas, para lo cual tener un prototipo funcional es fundamental.

Pero más allá de que esto ocurra, los investigadores destacan el esfuerzo interinstitucional que permitió no solo vincularse con otras universidades sino incluir profesionales de ramas como el diseño industrial para plasmar el mensaje que se busca con una microred. “Si la gente se concientiza de que hay un consumo de la energía y que ésta no llega de la nada a sus hogares, eso nos lleva a tener corresponsabilidad con el tema energético”, indica Patiño a Pesquisa Javeriana.

Así mismo, a partir de ese trabajo, la Javeriana formó a varios profesionales a nivel de maestría y doctorado que continúan trabajando en la línea de investigación de redes inteligentes, pensando, por ejemplo, en cómo almacenar eficientemente energía y construir dispositivos que inyecten y reciban energía, o gestionar sistemas que incluyan energías renovables e integrarlos a un sistema.

La profesora Cadena reflexiona: “Hemos formado personas, cursos en las universidades y líneas de investigación que siguen a pesar de no contar con una implementación a corto plazo. Si bien no se ha materializado la microred en Salitre, siguen proyectos de microredes en otros escenarios. El tema quizás no se ha ido hacia las ciudades inteligentes pero se van llenando necesidades”.

“No es fácil para las empresas eléctricas pasar de apostarle a un tipo de generación diferente a ‘yo controlo todo’. De hecho, ya hay un estudio de la UPME (Unidad de Planeación Minero Energética) sobre el impacto de las microredes hasta 2030 y existe la Ley 1715 de 2014, que habla del uso de energías renovables pero no está regulada de forma precisa. Así las cosas, tener una fuente de energía renovable en casa como un panel solar ya es difícil”, añade Patiño.

Las posibilidades de las microredes inteligentes no se agotan por su tamaño sino por sus servicios. Solo por mencionar un caso, el grupo de investigación liderado por el profesor Patiño trabaja ahora en un proyecto de regalías junto a la Gobernación de Cundinamarca para implementar un sistema aislado con gestión inteligente en escuelas del departamento que no cuentan con energía.


Investigación: SILICE III – Hacia una ciudad inteligente: Diseño de una microred inteligente piloto.
Período: 2012-2015
Investigadores y Co-investigadores:
Diego Alejandro Patiño Guevara – Pontificia Universidad Javeriana
Nicanor Quijano – Universidad de los Andes
Ángela Cadena – Universidad de los Andes
Andrés Pavas – Universidad Nacional
Participación de integrantes del grupo CEPIT – Sistemas de control, electrónica de potencia y gestión de la innovación tecnológica
Facultad de Ingeniería – Pontificia Universidad Javeriana