Los recursos energéticos descentralizados (DER) están transformando el paisaje energético global desplazando la generación de electricidad de centrales eléctricas grandes y remotas a instalaciones locales más pequeñas conectadas directamente a la red de distribución. Estos recursos, incluidos paneles solares en tejados, turbinas de viento pequeñas, sistemas de almacenamiento de baterías y cargas controlables, están creciendo rápidamente en los sectores residencial y comercial.

¿Qué son los recursos de energía descentralizados?

Los recursos energéticos descentralizados se refieren a tecnologías modulares de generación de energía y almacenamiento a pequeña escala que se encuentran cerca del punto de consumo. A diferencia de la generación centralizada, que se basa en unas pocas centrales de energía grandes conectadas a líneas de transmisión de alta tensión, los DERs se ubican a nivel de distribución, típicamente en locales de clientes o en redes locales de utilidad.

  • Sistemas fotovoltaicos (PV) – Paneles montados en techo o en tierra que convierten la luz solar en electricidad, con capacidades que van desde unos kilovatios hasta varios megavatios.
  • Turbinas de vidrio – Turbinas de pequeña escala (a menudo menos de 100 kW) instaladas en viviendas, fincas o propiedades comerciales.
  • Sistemas de almacenamiento energético de batería (BESS) – Litio-ion, flujo u otras tecnologías de baterías que almacenan la generación de exceso para uso posterior, proporcionando servicios de red como afeitado pico y regulación de frecuencias.
  • Unidades de calor y energía combinadas (CHP) – Sistemas que generan tanto electricidad como energía térmica útil de una única fuente de combustible, a menudo gas natural o biomasa.
  • Cargadores eléctricos de vehículos (EV) con capacidad de vehículo a red – Cargos bidireccionales que permiten a las baterías EV exportar energía de vuelta a la red.
  • Cargas de control] – Electrodomésticos inteligentes, calentadores de agua y sistemas HVAC que pueden ser gestionados remotamente para cambiar la demanda en respuesta a las condiciones de la red.

Los DER son propiedad típica de individuos, empresas o desarrolladores de terceros en lugar de los servicios tradicionales. Este modelo de propiedad permite una mayor elección del consumidor, independencia energética y participación en los mercados de electricidad. Según el Departamento de Energía de los Estados Unidos, la capacidad solar distribuida superó por sí sola 40 gigavatios en los Estados Unidos a principios de 2023, lo que representa un aumento dramático en el último decenio.

Cómo los DER están cambiando la infraestructura de distribución tradicional

La red de distribución heredada fue diseñada para el flujo de energía unidireccional, desde estaciones centrales generadoras a través de líneas de transmisión, subestaciones y alimentadores hasta consumidores finales. DERs introduce flujos bidireccionales, generación intermitente y condiciones de calidad de potencia variable. Estos cambios crean oportunidades y desafíos para los operadores de sistemas de distribución.

Carga reducida en las rejillas centrales

Cuando los DER generan energía local, los activos centrales de transmisión y distribución experimentan una menor demanda neta durante la máxima luz solar o períodos de viento. Esto puede aplazar mejoras costosas a subestaciones y líneas de transmisión, reducir las pérdidas energéticas del transporte de larga distancia y mejorar la eficiencia del sistema global. En algunas regiones, la alta penetración de DER ha permitido a los servicios públicos evitar construir nuevas plantas de pico.

Estabilidad de la red y gestión de tensión

La alta penetración de los DERs renovables variables, especialmente los PV solares, puede causar fluctuaciones de tensión, flujos de energía inversa en los alimentadores de distribución y condiciones potenciales de sobrevoltaje cuando la generación supera la carga local. Los sistemas de distribución no fueron diseñados originalmente para tales escenarios. Las tecnologías avanzadas de inversor con comunicación inteligente pueden ayudar a mitigar estos efectos proporcionando soporte de energía reactiva, regulación de tensión y control de rampa.

Necesidad de actualización de infraestructura

Para integrar con seguridad grandes cantidades de DERs, las redes de distribución requieren modernización.

  • Reconductor alimentadores] para manejar el aumento de la capacidad y los flujos bidireccionales.
  • Reguladores de tensión de instalación y bancos de condensadores para mantener la calidad de la energía.
  • Desplegar sensores y redes de comunicación para el monitoreo y control en tiempo real.
  • Integrar sistemas de gestión de recursos energéticos distribuidos (DERMS)] para coordinar miles de generadores pequeños.

El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) ha publicado extensas investigaciones que muestran que la modernización proactiva de la red, en lugar de los arreglos reactivos, reduce significativamente los costos de integración y mejora la resiliencia del sistema.

Modernización de la red y tecnología de la red inteligente

La modernización de la infraestructura de distribución con tecnologías inteligentes de rejilla es esencial para desbloquear todo el potencial de los DERs manteniendo la fiabilidad. Las redes inteligentes permiten la comunicación bidireccional entre los servicios públicos y los dispositivos DER, permitiendo respuestas automatizadas a las condiciones cambiantes.

Infraestructura de Medición Avanzada (AMI)

Los medidores inteligentes proporcionan datos granulares y sincronizados con el tiempo sobre consumo y generación.Estos datos permiten a las empresas de servicios implementar las tarifas de tiempo de uso, detectar los outages más rápido y verificar los créditos de medición de red. AMI también soporta programas de respuesta a la demanda que cambian la carga para alinearse con los picos de generación renovable.

Distribución Automatización

Los interruptores automáticos, reclosores y sistemas de localización de fallas pueden aislar los outages y reconfigurar los alimentadores con una intervención manual mínima. Al combinarse con las capacidades de insular de DER, estos sistemas pueden crear microgridos que continúan sirviendo cargas críticas durante los apagones de toda la red. IEEE Standard 1547-2018 proporciona directrices para la interconexión e interoperabilidad de DERs con la automatización de distribución.

Energy Storage Integration

El almacenamiento de baterías actúa como un búfer para la salida intermitente de DER, suavizar la variabilidad y proporcionar capacidad de respuesta rápida. Los sistemas de almacenamiento pueden absorber la generación solar sobrante durante el mediodía y la descarga durante los picos de la noche, desplazando eficazmente la energía renovable a tiempos de mayor valor. Las utilidades están cada vez más emparejando el almacenamiento con subestaciones de distribución solar para aplazar las actualizaciones y mejorar la confiabilidad.

Consideraciones económicas y reglamentarias

La viabilidad económica de los DER depende de políticas como la medición neta, los aranceles de entrada de alimentos, los incentivos fiscales y el acceso a los mercados. Los cambios en estas políticas pueden afectar drásticamente las tasas de despliegue y la salud financiera de los servicios públicos y los consumidores.

Diseños de medición y aranceles netos

La medición neta permite a los propietarios de DER recibir crédito para la generación de exceso alimentado de nuevo a la red. A medida que crece la penetración de DER, algunas utilidades argumentan que los cambios de medición netos cuestan a los no participantes, lo que conduce a debates sobre la reforma de tarifas. Las estructuras arancelarias alternativas, como la facturación neta, los arreglos de compra o venta total, o los cargos fijos, están siendo piloto para mejorar la compensación con el costo de los servicios de DER.

Participación en el mercado y agregación

Los DER son demasiado pequeños para participar directamente en los mercados mayoristas. Los Aggregadores — las empresas de terceros que agrupan miles de DER— pueden destinar estos recursos a la oferta en los mercados de capacidad, energía y servicios auxiliares. La Comisión Reguladora Federal de Energía (FERC) Orden 2222 en los Estados Unidos abrió estos mercados para agregar recursos distribuidos, un hito que todavía está siendo implementado por las organizaciones regionales de transmisión.

Future Outlook

La integración de los DER no es una tendencia que pasa, sino un cambio fundamental hacia un sistema de energía descentralizado, descarbonizado y digitalizado. A medida que los costos continúan cayendo para energía solar, eólica y baterías, y a medida que proliferen los vehículos eléctricos, el impacto en la infraestructura de distribución se profundizará.

  • Extensión microgrid] – Los microgridos de la comunidad y el campus funcionarán cada vez más tanto conectados como insulares, requiriendo controles avanzados y mercados energéticos locales.
  • Inteligencia artificial y aprendizaje automático – AI mejorará los DERMS predeciendo generación, carga y fallas para optimizar las operaciones.
  • Integración de vehículos eléctricos – Los automóviles capaces de V2G pueden convertirse en activos de almacenamiento móvil, pero requerirá mejoras de distribución significativas para manejar cargas de carga.
  • Evolución de la política] – Las políticas estatales y federales deben evolucionar para apoyar el acceso equitativo, la fiabilidad de la red y la asignación de costos. Las normas de interoperabilidad Smart Grid proporcionan una base para la consistencia técnica y reglamentaria.

Los responsables de la formulación de políticas, los servicios públicos, los proveedores de tecnología y los consumidores deben colaborar para diseñar un futuro en el que los DER fortalezcan en lugar de ceder la red. Las inversiones en infraestructura, las reglamentaciones actualizadas y el despliegue de redes pueden convertir los desafíos en oportunidades: la generación de electricidad más limpia, más resistente y más asequible para todos.