En la actualidad, la sostenibilidad es uno de los pilares fundamentales del desarrollo global. Sin embargo, el camino hacia un futuro sostenible se enfrenta a un desafío complejo conocido como el trilema energético, que consiste en equilibrar tres elementos cruciales: seguridad energética, equidad social y mitigación del impacto ambiental. La transición hacia fuentes de energía más limpias, el acceso equitativo a la energía y la garantía de un suministro fiable son objetivos que, en muchas ocasiones, se encuentran en tensión. En este contexto, las microrredes surgen como una solución prometedora para enfrentar estos desafíos, especialmente dentro de comunidades energéticas que buscan maximizar el uso de recursos locales y renovables, mejorar la resiliencia y asegurar la calidad del suministro eléctrico.
Ventajas de las Microrredes para las Comunidades Energéticas
Las microrredes ofrecen varias ventajas que las convierten en una solución atractiva y eficaz para las comunidades energéticas:
Fig. 1 Propuesta conceptual de comunidades energéticas de acuerdo con el número de conexiones al SDL según la resolución CREG 701 51 de 2024.
- Autonomía energética: Al operar en modo aislado, las microrredes pueden proporcionar a las comunidades un nivel de independencia energética, permitiendo la continuidad del suministro incluso en casos de interrupciones en la red principal. Esto es particularmente crucial en regiones remotas o en áreas con infraestructuras eléctricas vulnerables.
- Optimización de recursos locales: Permiten el aprovechamiento óptimo de los recursos energéticos locales, como la energía solar, eólica o biomasa, lo que reduce la dependencia de combustibles fósiles y disminuye los costos operativos a largo plazo.
- Resiliencia y seguridad: Aumentan la resiliencia del sistema eléctrico de la comunidad al permitir una rápida respuesta ante fallos o emergencias, mejorando la seguridad energética y protegiendo a la comunidad contra apagones prolongados.
- Participación y empoderamiento comunitario: Permiten a los miembros de la comunidad participar activamente en la generación y gestión de su energía, lo que fomenta una mayor conciencia energética y un sentido de propiedad y responsabilidad compartida.
- Flexibilidad y adaptabilidad: Son altamente flexibles y pueden adaptarse a las necesidades específicas de cada comunidad, escalando según el crecimiento de la demanda o la disponibilidad de recursos. Además, su capacidad de operar tanto conectadas a la red principal como de manera aislada ofrece una versatilidad que es particularmente beneficiosa en entornos cambiantes o de rápida evolución.
- Sostenibilidad y reducción de la huella de carbono: Al integrar fuentes de energía renovable y maximizar su uso, contribuyen significativamente a la reducción de la huella de carbono de las comunidades, alineándose con los objetivos globales de sostenibilidad y lucha contra el cambio climático.
Implementación de microrredes en comunidades energéticas
La implementación de microrredes dentro de las comunidades energéticas no sólo es factible, sino también estratégica. La capacidad de estas redes para proporcionar un suministro energético confiable y sostenible las convierte en una solución ideal para abordar los desafíos que enfrentan las comunidades en su transición hacia un modelo energético más limpio y equitativo. Además, la creciente digitalización y la disponibilidad de tecnologías avanzadas de control y monitoreo permiten a las microrredes operar de manera más eficiente, garantizando una integración fluida de diversas fuentes de energía y mejorando la gestión del consumo.
Servicios ofrecidos por las microrredes
Las microrredes proporcionan una amplia gama de servicios tanto detrás como delante del medidor, esenciales para optimizar el funcionamiento de comunidades energéticas. Estos servicios incluyen:
- Gestión de Carga y Generación: Optimización de la generación local y coordinación con la red principal para equilibrar la carga, priorizar el uso de energías renovables y minimizar las pérdidas.
- Optimización de Energía: Facilitan el autoconsumo, almacenamiento y gestión de la energía, así como la compra/venta en el mercado eléctrico y el intercambio de energía con otras microrredes.
- Resiliencia y Seguridad: Aislamiento y respuesta rápida ante fallos locales, y mantenimiento del suministro durante interrupciones en la red principal, mejorando la estabilidad operativa.
- Estabilidad y Calidad: Regulación del voltaje y frecuencia para asegurar que la energía suministrada cumpla con los estándares de calidad requeridos.
Complejidad del control de las microrredes
A pesar de las significativas ventajas que las microrredes ofrecen en términos de servicios, su control es un desafío técnico complejo. La operación efectiva de una microrred requiere la integración y coordinación de diversas fuentes de energía, sistemas de almacenamiento y cargas, todo bajo un marco que garantiza estabilidad, seguridad y eficiencia.
El control de las microrredes se organiza típicamente en tres niveles jerárquicos:
- Control Primario: Se encarga de la regulación básica y rápida de parámetros críticos como la frecuencia y el voltaje. En este nivel, la prioridad es asegurar la estabilidad inmediata del sistema ante perturbaciones menores.
- Control Secundario: Coordina el intercambio de energía entre la microrred y la red principal o con otras microrredes, ajustando la operación para cumplir con objetivos de optimización como minimizar pérdidas o maximizar el uso de energías renovables.
- Control Terciario: Optimiza el rendimiento económico y operacional a largo plazo, tomando decisiones basadas en el análisis de datos históricos y predicciones futuras. Este nivel se enfoca en la gestión global de la energía de la microrred, incluyendo la compra y venta de energía en el mercado eléctrico.
Fig. 2 Ejemplo de la gestión de energía, llevada a cabo por el controlador de microrred, tarea que resulta clave para alcanzar la sostenibilidad.
Cada nivel de control debe operar en sincronía, manejando la complejidad de múltiples variables y condiciones fluctuantes, como cambios en la demanda, disponibilidad de recursos energéticos, y eventos imprevistos en la red. La implementación de esta estructura jerárquica es crucial para garantizar que la microrred opere de manera óptima, pero requiere una tecnología avanzada de automatización y control, así como una sólida experiencia en ingeniería para gestionar eficientemente estas dinámicas complejas.
Metodología para abordar estos desafíos
Abordar los desafíos del control de microrredes requiere tecnología avanzada y un profundo conocimiento técnico. Las herramientas de gemelo digital son esenciales para planificar, diseñar, operar y optimizar las microrredes, ya que permiten simular el comportamiento del sistema bajo diferentes escenarios y validar las estrategias de control antes de su implementación en el mundo real.
Además, se necesita un enfoque integral que incluya control, comunicación, protección y automatización para garantizar que las tecnologías implementadas funcionen de manera cohesiva y eficiente. La formación y experiencia en estas áreas son cruciales para el éxito de cualquier proyecto de microrred.
Estándares IEEE 2030.7 y IEEE 2030.8
Los estándares IEEE 2030.7 y IEEE 2030.8 proporcionan directrices clave para el diseño y operación de microrredes. IEEE 2030.7 define la arquitectura de control de microrredes, mientras que IEEE 2030.8 establece los requisitos de funcionamiento y las prácticas recomendadas para asegurar la interoperabilidad y el rendimiento óptimo del sistema.
Estos estándares son fundamentales para garantizar que las microrredes operen de manera segura, eficiente y conforme a las regulaciones establecidas, facilitando la integración de tecnologías avanzadas y la maximización de los beneficios de las microrredes.
Gemelo Digital ETAP
La plataforma de gemelo digital de ETAP es una herramienta poderosa para modelar, planificar y optimizar microrredes. Permite realizar análisis detallados desde la etapa de planificación hasta la implementación y operación, abarcando estudios de factibilidad, dimensionamiento de equipos, coordinación de protecciones, análisis de estabilidad y más.
Fig. 3 Vista conceptual del ciclo de vida del proyecto microrred y cómo se implementan los gemelos digitales de ETAP en él.
ETAP ofrece una capacidad única para crear modelos precisos de diferentes fuentes de generación, incluidos sistemas de almacenamiento y generación renovable, lo que facilita la evaluación de diversos escenarios operativos y la toma de decisiones informadas.
Gemelo digital en tiempo real OPAL-RT
OPAL-RT complementa las capacidades de ETAP al ofrecer un entorno de simulación en tiempo real para validar las funciones de los controladores de microrredes. A través de Hardware-In-the-Loop (HIL), OPAL-RT permite probar y ajustar los algoritmos de control en un entorno seguro antes de su despliegue, lo que minimiza los riesgos y asegura un rendimiento óptimo del sistema.
La combinación de ETAP y OPAL-RT proporciona una solución integral para el desarrollo y operación de microrredes, permitiendo una integración fluida desde el diseño hasta la validación en tiempo real.
Fortalecimiento de la Sostenibilidad a través de la Innovación de PTI
En PTI, nuestra visión se alinea con la necesidad de construir un futuro energético más sostenible y resiliente. Con más de 24 años de experiencia, hemos liderado la implementación de soluciones de control, automatización, protección y telecomunicaciones para sistemas eléctricos de potencia en Colombia y la región. Nuestra especialización en estas áreas nos ha permitido ser pioneros en el desarrollo de microrredes, incorporando tecnologías avanzadas que optimizan la operación y el control de los recursos energéticos distribuidos (DERs), asegurando que actúen de manera coordinada como una unidad controlable, eficiente y sostenible.
Como líderes en el sector, no solo implementamos tecnologías innovadoras, sino que también jugamos un rol clave en la evolución del marco regulatorio y la adopción de estándares internacionales. La integración de nuestras soluciones, respaldadas por plataformas de gemelo digital como ETAP y OPAL-RT, ha permitido a PTI desarrollar proyectos de microrredes que no solo cumplen con las exigencias técnicas y normativas, sino que también generan un impacto positivo en las comunidades al mejorar la resiliencia, reducir la huella de carbono y empoderar a los usuarios finales. Nuestra experiencia y compromiso con la innovación nos posicionan como el socio estratégico ideal para llevar adelante la transición hacia un sistema energético más limpio y equitativo.
Fig. 4 Vista conceptual de las pruebas de hardware-in-the-loop aplicables a la validación del control de microrredes bajo los estándares IEEE 2030.7/2017 y IEEE 2030.8/2018.
Integración intensiva en conocimiento
La implementación exitosa de microrredes requiere también de una integración intensiva de conocimiento y experiencia. PTI, como representante exclusivo de ETAP y OPAL-RT, ofrece un valor único al combinar tecnologías avanzadas con su experiencia en ingeniería y simulación en tiempo real. Su laboratorio de simulación en tiempo real permite realizar pruebas exhaustivas y ajustar los sistemas antes de su implementación, garantizando la fiabilidad y eficiencia de las microrredes.
Además, PTI cuenta con un profundo conocimiento de los estándares y regulaciones aplicables, lo que le permite ofrecer soluciones personalizadas que cumplen con los requisitos técnicos y regulatorios, asegurando así el éxito de los proyectos de microrredes.
Conclusiones
Las microrredes representan una solución clave para enfrentar los desafíos del trilema energético, proporcionando flexibilidad, resiliencia y sostenibilidad en el suministro eléctrico. La integración de tecnologías avanzadas, como los gemelos digitales ETAP y OPAL-RT, es esencial para superar la complejidad inherente al control y operación de microrredes. Además, la experiencia y conocimiento técnico de un integrador especializado, como PTI, son fundamentales para garantizar que las microrredes se implementen de manera eficaz, cumpliendo con los estándares y maximizando los beneficios para las comunidades energéticas.
Con lo anterior, el desarrollo de microrredes es un paso crítico hacia un futuro energético más sostenible, y las herramientas y conocimientos adecuados son imprescindibles para asegurar su éxito en el mundo real.
