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 Por: FCP

Se está hablando de las Microredes como una revolución para los consumidores, que permitirá reducir la dependencia de la red eléctrica y aprovecharán de una forma más eficiente la energía. Básicamente se trata de usar las diferentes fuentes de producción de energía renovable, establecer sistemas de gestión inteligente y almacenamiento, y suministrarse de ella un pequeño grupo o población, de modo que no dependan de línea externa. Aunque también podrían estar conectados a la red pública para la comercialización del excendente.

Aunque hay diversos proyectos en todo el mundo, la falta de una normativa específica impide su generalización.

Introducción

La Directiva 96/92/EC [1] motivó una reordenación del sector eléctrico en toda Europa, a través del establecimiento de reglas para un mercado interno único. Este cambio fue motivado por factores económicos, buscando el incremento de la competencia a través de la liberalización del mercado eléctrico, así como por factores medioambientales. Las Directivas Europeas de electricidad y gas de 2003 [2, 3] han sustituido la antes mencionada Directiva 96/92/EC.

Desde entonces, los usuarios pueden elegir entre diferentes suministradores, lo que refuerza la separación de las actividades de lo que antes era un monopolio natural: Generación, Transporte, Distribución, Consumo.

El hecho de que los mercados de electricidad y gas sean complementarios, es otro factor que impulsa el aumento de la competencia. De hecho, utilities de un sector están entrando en el otro y viceversa.

Estos factores y otros como el cambio climático y las dificultades sociológicas del Operador de Transporte para ampliar sus redes con nuevas líneas están forzando la conexión de recursos de energía distribuidos a la red de distribución eléctrica. Dichas fuentes suelen ser o bien renovables o bien de alta eficiencia energética (cogeneración). Hoy en día su operación agregada comienza a ser una realidad.

La microrred es una agregación de generadores eléctricos y térmicos, unidades de almacenamiento y cargas, con unas características que las hacen estar en una muy buena posición para aprovechar las oportunidades que están apareciendo en este mercado liberalizado, y al mismo tiempo contribuir de una forma razonable y óptima en la operación de red.

Definición de microrred

En [4] la microrred se define como una agregación de cargas y microgeneradores operando como un sistema único que provee tanto potencia como calor. El funcionamiento y control de la mayoría de las microfuentes están basados en electrónica de potencia, con lo que poseen la flexibilidad necesaria para garantizar la operación de todo el sistema como uno único. Este control flexible permite a la microrred presentarse al sistema eléctrico como una unidad controlable que abastece las necesidades locales con fiabilidad y seguridad.

Por lo tanto en esta definición no está especificado si la microrred debería estar conectada o aislada de la red de distribución.

En [5] el concepto de microrred propone integrar un gran número de unidades de microgeneración sin interrumpir la operación de la red de la utility. Mediante una coordinación inteligente de las cargas y de la microgeneración, la microrred podría suponer menos problemas al operador de la red que la microgeneración convencional. Incluso la microrred podría proveer servicios auxiliares como control de tensión local. Además, potencialmente, durante eventos de red en la red general, las microrredes podrían desconectarse y operar autónomamente. Esta operación puede potencialmente aumentar la fiabilidad de suministro al cliente final.

En esta definición, por tanto, esta explícitamente incluida la posibilidad de conexión o desconexión de la microrred de la red pública de distribución.

En la microrred, junto con la red eléctrica, una red térmica puede aprovechar las energías renovables (solar térmico, geotérmico…) y los calientes gases de escape de los generadores eléctricos (turbinas de combustión, microturbinas, pilas de combustible…), y de esta forma proveer calor y aumentar la eficiencia energética de todo el sistema. Esta red térmica paralela puede ser instalada en aplicaciones industriales, comerciales y residenciales.

Sin embargo, en ninguna de las dos definiciones está especificada la tensión de operación o la tensión del punto de conexión de las microrredes. El concepto de microrred puede ser implementado tanto en Baja como en Media Tensión, dependiendo de la aplicación, potencia de pico y localización.

Evolución del concepto microrred

El concepto general de microrred como pequeño sistema eléctrico ha estado tradicionalmente asociado a localizaciones remotas donde la electrificación no era posible desde el punto de vista técnico, económico o ambiental.

Considerando las definiciones de microrred previamente consideradas, un subsistema eléctrico de potencia podría ser identificado como microrred cuando incluye:

• microfuentes eléctricas o térmicas o unidades de almacenamiento cerca de las cargas,
• características inteligentes y control para gestionar la energía generada de forma local,
• la posibilidad de funcionar tanto conectada como aislada de la red pública de distribución

La actual red pública de distribución evolucionará gradualmente a un conjunto de microrredes según se van invirtiendo cantidades económicas en soluciones que lo posibiliten. La colección de fuentes de generación y almacenamiento dispersas conectadas a la red se convierte en microrred:

• Primero, cuando los inversores o los generadores de la microrred tienen capacidades de regulación primaria.
• Segundo, cuando el operador de microrred puede despachar las unidades de generación y almacenamiento con estimaciones de carga del siguiente día, o mejor, próximos días, si existe alguna unidad de almacenamiento; o hace que dichas unidades suministren servicios auxiliares (regulación secundaria).
• Por último, la posibilidad de trabajar en modo aislado, no sólo depende de condiciones tecnológicas (interruptor estático, su tamaño y control), pero también de aspectos legales y de seguridad.

La tabla 1 muestra el Mapa de Ruta de las microrredes desarrollado con compañías industriales y la comunidad científica en Estados Unidos por NAVIGANT Consulting [6].

Producción eléctrica y regimen económico

La producción eléctrica está liberalizada en España, pero sujeta a regulación.

Cualquier unidad de producción eléctrica que emplee energías renovables, cogeneración o energía proveniente de residuos pertenece al Régimen Especial. De todas formas, el Real Decreto RD 661/2007 [10] y sus complementarios, que describen el sistema tarifario, subsidios e incentivos ayudan a la promoción de este tipo de tecnologías, no consideran la posibilidad de tener todas las tecnologías conectadas juntas como un solo un conjunto agregado. Esto sucede porque las instalaciones de generación deben ser clasificadas en una categoría o subcategoría dependiendo de ciertas características tecnológicas, para recibir las correspondientes primas, cuando exportan electricidad a la red.

Esto significa que si se quiere vender la energía eléctrica exportada a la red pública de distribución, todas las fuentes de generación de la microrred deben ser consideradas y conectadas de forma separada (incluso en el mismo punto), pero con contadores independientes.

Conexión de fuentes de generación

El RD 1663/2000 [11] es el único texto legal específico según tecnología, dado que está dedicado a instalaciones fotovoltaicas con una capacidad instalada menor de 100 kW y conectadas a la red pública de distribución de Baja Tensión. Por ejemplo, fuerza a tener un medidor eléctrico a la entrada de la instalación eléctrica (de la residencia, industria…) aguas abajo del punto de conexión, y no puede ser conectada ninguna unidad de almacenamiento entre las unidades de generación y los puntos de conexión.

El resto de tecnologías no tienen un documento legislativo específico relacionado que regule ninguna condición de conexión, pero sí uno general, la Orden Ministerial del 5 de Septiembre de 1985 [12]. De todas formas, si se busca la rentabilidad económica, la conexión como la indicada en el RD 1663/2000 es la lógica, para no consumir la energía generada pero para venderla.

Para no tener problemas de seguridad, la legislación española no permite el funcionamiento en isla de las unidades de generación clasificadas como de Régimen Especial. Cuando hay una falta en la línea, deben desconectarse y no pueden reconectarse hasta que el problema sea solucionado.

Líneas Directas

Estas líneas se refieren a aquellas líneas que conectan directamente la unidad de generación eléctrica con el consumidor. La autorización administrativa puede ser demandada por los productores, así como por los consumidores cualificados.

El uso de las líneas directas está excluido del régimen retributivo de las actividades de Transporte y Distribución. Los solicitantes de líneas directas deben mostrar su competencia legal, técnica y económica para promover la construcción referida.

Las líneas directas pueden ser usadas solo por los dueños de la autorización administrativa y por sus partes subsidiarias con la participación de al menos el 25%. No se permite el acceso a terceras partes.

El uso de las líneas por terceras partes fuerza la concesión o venta de las mismas al operador de distribución, de forma que la operación de estas líneas esté integrada en la red eléctrica pública de distribución.

Por lo tanto, el concepto de directas líneas permite la instalación de microrredes de una forma general.

Distribución eléctrica

Teniendo en cuenta la legislación española los siguientes puntos pueden afectar el funcionamiento de microrredes conectadas a la red pública de distribución eléctrica:

• Las compañías de distribución eléctrica deben suministrar energía eléctrica, así como mantener y gestionar sus activos de distribución. También deben vender la electricidad a los consumidores que deben elegir la tarifa regulada para consumo eléctrico (RD 1955/2000 [13]).
• Los operadores del sistema de distribución solo pueden denegar la conexión de una instalación debido a razones de calidad de suministro o de capacidad de red (RD 1955/2000).
• El suministro eléctrico debe ser hecho por los distribuidores (a consumidores según tarifa regulada) o a comercializadores (consumidores cualificados que deciden comprar en el Mercado eléctrico) (RD 1955/2000).
• Los productores que tienen sus unidades conectadas a la red sólo podrán estar conectadas en un punto en circunstancias normales (RD 661/2007).
• Las unidades de generación dimensionadas con capacidades mayores de 10 MW y clasificadas como Régimen Especial deben incluir un Centro de Control de Generación, que actuará como el interlocutor con el Operador del Sistema de Distribución. La unidad de generación remitirá información en tiempo real al centro y deberá ejecutar los comandos de respuesta recibidos desde el centro (RD 661/2007).
• Los dueños de las unidades de generación de más de 10 MW deben comunicar a su distribuidor sus planes/previsiones de generación para cada hora, en caso de no participar en el mercado.
• Para convertirse en distribuidor, una entidad debe mostrar su capacidad legal, técnica y económica (RD 1955/2000):
  • Legal: Debe ser una sociedad comercial española o europea, o constituirse en una sociedad cooperativa. Estas sociedades no pueden desarrollar actividades de generación y comercialización.
  • Técnica: debe poseer una capacidad de transformación mayor que 25 MVA, ó 50 kms de líneas eléctricas ó 1.000 (mil) clientes en sus instalaciones sin otras soluciones de calidad de suministro. Además, debe ser capaz de medir y facturar la energía a sus clientes.
  • Económica: la entidad debe poseer un mínimo de material inmovilizado por valor de 300.000 € (tres cientos mil euros), de los cuales al menos el 50% debe ser financiados por medios propios. Los primeros tres años de ejercicio esta actividad se considerará satisfecha mediante la presentación de garantías por esta cantidad.

Consecuentemente, si la energía es vendida a terceras partes, será realizado por los mecanismos permitidos (diario, intradiario, contratos bilaterales, a tarifa) y, en ese caso, la microrred formará parte de la red pública de distribución (la actividad está regulada).

Esto no permitiría la gestión de la microrred como un sistema independiente operado por un tercero dentro de la red general. Sin embargo, sí permitiría que el operador del sistema pudiese trabajar con parte de su red como una microrred que pudiese, incluso, ser autónoma y funcionar aisladamente en los casos en los que al operador del sistema le interesara.

Pongamos un ejemplo. Un grupo de vecinos de una cierta región de España quiere formar una cooperativa e instalar una pequeña microrred formada por unidades de generación eléctrica clasificadas como de Régimen Especial:

• Deberán gestionar la microrred de forma autónoma, es decir aislada de la red general; o,
• si quieren funcionar conectadas, formarán parte de la red general pública de distribución, y en ese caso podrán inyectar electricidad a la red y cobrar las primas reguladas en el Régimen Especial.
• En caso de satisfacer los requisitos y si quieren constituirse en agente distribuidor, deberían gestionar sus redes (microrred), pero deberían también hacer frente a sus obligaciones como distribuidores. Así, si un nuevo consumidor quisiera conectarse a la microrred (nuevo bloque de viviendas), el operador del sistema podría forzar a la cooperativa a extender sus líneas, de forma que la microrred evolucionaría a un sistema para el que no fue diseñado.

Algunas preguntas y respuestas:

Quién podría implantar las microredes?
Barrios de reciente construcción, nuevos centros comerciales, edificios de oficinas, polígonos industriales, explotaciones agrícolas, hospitales o industrias con requisitos especiales de calidad de suministro, países subdesarrollados sin electrificación o con una red muy débil…

En qué fuentes se basaría esta red?
Se trataría de una red eléctrica y térmica basada en diversas fuentes renovables de generación energética y de almacenamiento o de alta eficiencia: paneles solares, minigeneradores eólicos, microturbinas, geotermia, pilas de combustible, sistemas de cogeneración (generan electricidad y calor) y trigeneración (generan electricidad, calor y frío), dispositivos de almacenamiento de energía como baterías o almacenamientos térmicos, etc.

 
Imagen: Tecnalia empresa especialista en Microredes 

En la figura se pueden ver una descripción esquemática y una foto de la microrred de TECNALIA.

Qué ventajas aportaría?
Las microrredes permiten una mayor calidad del suministro, al realizar una regulación de tensión, un mayor ahorro y una menor dependencia de la red de distribución, ya que se controla más el consumo y se optimizan los elementos del sistema. Además, la cercanía de la ubicación de las fuentes de generación y el aprovechamiento en red de los diversos sistemas de energía y calor aumentan considerablemente la eficiencia energética del conjunto. Una microrred implica también utilizar la energía de forma descentralizada, lo que reduce la dependencia hacia la red de distribución eléctrica convencional. En situaciones de fallo, los usuarios podrían desconectarse de la red pública, suministrando energía en esta demanda interna crítica.

En el aspecto medioambiental, las microrredes utilizan menos energía que los sistemas actuales de generación y distribución centralizada, por lo que reducirían las emisiones de gases de efecto invernadero, causantes del cambio climático. Asimismo, su uso potenciaría la implantación de sistemas alternativos basados en energías renovables, más respetuosas con la naturaleza.

Qué proyectos existen:

Actualmente se están investigando en: Estados Unidos, Canadá, Japón y Europa, donde ya existen instalaciones piloto. Ejemplos:

•  Canadá, la microrred BC Hydro Boston Bar, (British Columbia Hydro), 1995;
• Portugal la compañía eléctrica EDP ( para modernizar el extremo de una pequeña sección de red radial y comercial);
• Japón: en Hachinohe y Kyotango varias empresas han implantado sendas microrredes que funcionan desde 2005;
• Alemania, Manheim la empresa MW Energie está construyendo una;
• California, el consorcio CERTS, en el que participan varias empresas y centros de investigación, cuenta con una microrred operativa desde 2006;
• en Derio (Bizkaia), Tecnalia ha diseñado e instalado una microrred, cofinanciada por la Diputación Foral, el Gobierno Vasco, el Ministerio de Ciencia y Educación y la Comisión Europea;  
• Por otra parte, los consocios de “Micrigrids” y “More Microgrids” trabajan en diversos proyectos en los que participan 22 empresas y centros de investigación de 11 países de la Unión Europea.

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