La coordinación podría ahorrar miles de millones en costos de actualización de la red y acelerar la electrificación

Las redes eléctricas del futuro tendrán que manejar cargas mucho mayores debido a la electrificación del transporte y otros sectores. Esto puede significar costosas actualizaciones de infraestructura para mantenerlas funcionando de manera confiable, pero un nuevo estudio de la Universidad de Stanford dice que la mayoría de estas actualizaciones pueden ser innecesarias.

En cambio, se puede lograr una mayor confiabilidad de la red instalando software en hogares y empresas que coordine los diferentes requisitos y recursos de los consumidores. Tal coordinación no solo mejora la confiabilidad de la red eléctrica, sino que también ayuda a reducir su carga máxima, por ejemplo, durante condiciones climáticas extremas. Los investigadores dicen que la coordinación, si se implementa a gran escala, ahorraría a las empresas de servicios públicos y a sus clientes miles de millones de dólares en actualizaciones de infraestructura de red.

El estudio muestra que con el statu quo de demanda local y control de recursos, cuatro de cada cinco transformadores existentes fallarán para 2050. Estos transformadores deberán ser reemplazados, al igual que otra infraestructura como los reguladores de voltaje y posiblemente incluso las líneas de distribución de electricidad.

“Bajo el control centralizado de la demanda y los recursos en toda la red, las fallas de los transformadores se reducen a solo una cuarta parte”, dijo Ram Rajagopal, profesor de ingeniería civil y ambiental e ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford y coautor del estudio, que apareció en el diario Joule. “Reducciones tan drásticas en futuras actualizaciones de la red de distribución podrían acelerar el ritmo de implementación de la electrificación”.

La confiabilidad importa

Se prevé que la demanda de electricidad aumente en las próximas décadas, en parte porque se cree ampliamente que la electricidad es más respetuosa con el medio ambiente que los combustibles fósiles, y porque más personas en todo el mundo obtendrán acceso o cambiarán a calefacción y agua eléctrica en sus hogares. aire acondicionado y cocina.

Mientras tanto, los recursos de energía distribuida, como los paneles solares en los techos y las baterías residenciales y comerciales, seguramente aumentarán. También lo son los dispositivos inteligentes, como los cargadores de vehículos eléctricos, los calentadores eléctricos de espacio y de agua, y los acondicionadores de aire cuyo uso de energía se puede controlar para reducir los costos del consumidor y la demanda general del sistema de energía. Esto significa que cuando se conecta a través de Internet de las cosas, se pueden coordinar millones de dispositivos de última generación.

“El equipo se propuso analizar cómo la coordinación de los recursos de energía distribuida y los dispositivos inteligentes podría ayudar a la confiabilidad de la red”, dijo Abbas El Gamal, coautor principal del estudio, profesor de ingeniería eléctrica y miembro principal del Instituto Precourt. . “Descubrimos que los beneficios de la coordinación pueden ser muy significativos usando solo software. Sin nueva infraestructura. No se reemplazan las líneas de distribución. Todo esto se puede hacer utilizando la computación en la nube existente”.

Hoy en día, los dispositivos y las fuentes de energía de cada hogar o negocio funcionan de forma más o menos independiente. Cada consumidor toma decisiones sobre la calefacción y la refrigeración, el almacenamiento del excedente de energía solar y la carga de vehículos eléctricos en función de sus propias necesidades. Esto significa que actualmente no hay mucha coordinación de dichos recursos entre los diferentes consumidores.

Los enfoques actuales priorizan la reducción de los costos de electricidad para los consumidores en lugar de la confiabilidad de la red, pero existe una compensación. La disminución de la confiabilidad también puede aumentar el costo de la electricidad, ya que los transformadores y otras infraestructuras fallan y deben actualizarse.

Agradables sorpresas

Hasta ahora, nadie se ha molestado en este estudio en comprender y cuantificar esta compensación porque no es fácil. El equipo usó modelos de redes de distribución de varios tamaños, mezclas de hogares y negocios, y de diferentes climas en los Estados Unidos. Luego aplicaron las últimas proyecciones para el crecimiento de la electrificación y los recursos y escenarios de energía distribuida para su adopción para 2050.

“Desarrollamos nuestra metodología durante varios años. Fuimos conservadores en nuestras suposiciones y estimaciones”, dijo Thomas Navidi, un importante estudiante y autor del artículo, que pronto completará su doctorado. en ingeniería eléctrica. Navidi ha pasado la mayor parte de los últimos dos años detallando simulaciones y experimentos.

“El hallazgo clave que llamó nuestra atención fue lo valioso que es coordinar las cargas térmicas en nuestros hallazgos. Esto fue muy significativo, incluso más que el almacenamiento de baterías y la programación flexible de carga de vehículos eléctricos”, dijo Navidi, explicando que estas cargas incluyen cualquier cosa que use electricidad para subir o bajar la temperatura, desde enfriar o calentar el hogar hasta la producción de aluminio. “También ponemos nuestro software a disposición del público para que cualquiera pueda calcular los beneficios potenciales de la coordinación de sus redes bajo sus propias suposiciones”.

Además de mejorar la confiabilidad, el equipo también descubrió que la coordinación puede reducir la carga máxima en la red de distribución en alrededor de un 17 %, con el beneficio adicional de reducir los costos de electricidad en condiciones climáticas extremas.

Los próximos pasos incluyen desarrollar un esquema de coordinación que funcione en una gran cantidad de hogares y negocios, implementar un piloto y luego, si el piloto tiene éxito, desarrollar una implementación más amplia que incluya incentivos para que los consumidores instalen el software necesario para alcanzar una masa crítica de adopción que podría generar beneficios significativos.

“A la luz de estos ahorros de costos y beneficios, creemos que nuestro enfoque de coordinación basado únicamente en software merece atención”, dijo El Gamal. “Podría ahorrar miles de millones”