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Los retos de la energía
El futuro de las redes inteligentes
Elena León Muñoz
Directora del Negocio de Redes de Iberdrola.
Es ampliamente conocido que el sector eléctrico, por su capacidad de integrar energía renovable, es esencial para conseguir la descarbonización de la economía. Lo que es más novedoso es el papel absolutamente fundamental que juegan las redes de transporte y distribución, ya que, como elemento integrador del sistema eléctrico, son la clave para que las inversiones en renovables o en autoconsumo reduzcan las emisiones de manera eficaz.
Las redes se enfrentan a un reto de profunda transformación, necesitan hacerse más inteligentes para poder suministrar un servicio de calidad cada vez mayor, y adaptarse a las nuevas funcionalidades que el cliente requiere.
En España, el objetivo actual para 2030 es instalar 52 000 MW de nuevas instalaciones renovables, dar servicio a 5 millones de vehículos eléctricos y conectar 4 millones de bombas de calor, entre otras funcionalidades. Para ello, las redes necesitarán inversiones de 60 000 M€ en ampliación, digitalización y modernización, lo que supone además un enorme impulso para el desarrollo tecnológico e industrial, para la creación de empleo cualificado y para la generación de actividad económica.
El papel de las redes eléctricas es asegurar que el futuro sin emisiones sea posible. Este artículo explica los retos y oportunidades de las redes inteligentes, el «gigante silencioso de la transición energética».
El papel de las redes eléctricas en la transición energética
La descarbonización es, sin duda, el reto medioambiental más relevante de nuestra época. Los distintos estudios y políticas energéticas han puesto de manifiesto que la forma más eficaz y económica de reducir emisiones es a través de las energías renovables, fundamentalmente la hidroeléctrica, la eólica y la solar. La descarbonización de la economía requiere de una transición energética en dos pasos diferenciados:
- Descarbonización del sector eléctrico: se trata de sustituir la generación de electricidad de origen fósil por fuentes renovables. En las dos últimas décadas se han impulsado distintas políticas que han permitido incrementar significativamente el peso de las fuentes renovables en la generación de electricidad. En España, el vigente Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) plantea como objetivos que el 74 % de la producción eléctrica sea renovable en 2030 y el 100 % en 2050. A finales de junio se ha publicado para consulta la actualización del PNIEC, que propone incrementar el objetivo renovable de 2030 a 81%. A cierre de 2022, la potencia renovable instalada en nuestro país era de 74 000 MW, lo que ha supuesto una contribución del 44 % al sistema.
Inversiones anuales en energía limpia, 2015-2023e
- Electrificación de la economía: dado que la electricidad ya está descarbonizada en origen por las renovables, se puede descarbonizar mediante la sustitución de equipos que utilizan combustibles fósiles por equipos eléctricos. Los coches, furgonetas y camiones eléctricos permitirán reducir emisiones en el sector del transporte, mientras que las bombas de calor, la generación distribuida y el autoconsumo contribuirán a la descarbonización del agua caliente sanitaria y la calefacción.
Como consecuencia de lo anterior, el sector eléctrico se convierte en el pilar fundamental de la descarbonización y sus redes pasan a desempeñar un papel protagonista en este proceso, muchas veces desconocido, de ahí que se las suela llamar «el gigante silencioso de la transición energética». Según referencias internacionales, como el World Energy Outlook 2022 de la Agencia Internacional de la Energía, se estima que a nivel mundial hará falta invertir unos 0.75 dólares en redes por cada dólar invertido en renovables en esta década. Esta ratio aumentará en las próximas décadas, llegándose a necesitar 1 dólar de inversión en redes por cada dólar invertido en renovables.
Por tanto, el crecimiento del sector no se limita únicamente a las renovables, sino también a las redes de electricidad, que suponen una enorme oportunidad a todos los niveles debido a la necesidad de acometer inversiones muy significativas durante los próximos años, en parte para conectar las nuevas instalaciones renovables a la red y, muy especialmente, para transformarse y poder suministrar el servicio con la calidad y las nuevas funcionalidades que el cliente requiere.
Y es que vamos a pasar de un suministro eléctrico de flujo unidireccional —en el que la producción se genera en las centrales, se transporta y finalmente se distribuye a los clientes para su consumo— a un suministro totalmente integrado y bidireccional, en el que los clientes alternan su papel como consumidores de electricidad con el de productores en el mismo día, o incluso en la misma hora. Por ejemplo, un hogar enviará electricidad a la red cuando sus placas fotovoltaicas generen más de lo que consume, o cuando la batería del vehículo eléctrico vuelque su energía acumulada a la red porque resulte económicamente más rentable descargarla y cargarla de nuevo en otro momento.
El reto, por tanto, es evolucionar y pasar de ser un Operador de la Red de Distribución (DNO por sus siglas en inglés) a un Operador del Sistema de Distribución (DSO). La complejidad de este cambio y especialmente su gestión en tiempo real requieren de las denominadas redes inteligentes o smart grids, detrás de las cuales hay importantes procesos de innovación y digitalización.
Transformación de la actividad de distribución
Las redes inteligentes
Las redes inteligentes añaden una capa de inteligencia a los activos tradicionales de la red (líneas, subestaciones, transformadores, etc.) enviando multitud de señales en tiempo real que permiten detectar incidencias y resolverlas automáticamente, sin que medie ninguna acción humana. A modo ilustrativo, durante el evento meteorológico Filomena —que paralizó el movimiento de gran parte de la zona centro de España debido a la nieve acumulada—, la distribuidora del Grupo Iberdrola (i-DE) consiguió restaurar de forma automática el 70 % de sus averías en menos de 30 minutos, lo que redujo de manera drástica el impacto de la tormenta y, muy especialmente, el riesgo de accidentes laborales en unas condiciones tan extremas.
Para este proceso de digitalización de la red, se necesitan incorporar varios aspectos tecnológicos:
- Sensores: se trata de instalar distintos dispositivos en los activos tradicionales de red para monitorizar su funcionamiento, identificar el lugar de las incidencias y operar la red en remoto. A mayor número de sensores, más acotada será la ubicación de las averías y, con ello, más rápida y eficaz será su solución. Entre estos dispositivos destacan los interruptores para abrir o cerrar líneas y redirigir el flujo eléctrico, o los contadores inteligentes que, a día de hoy, son los sensores con mayor penetración en la red eléctrica, ya que se encuentran instalados prácticamente en la totalidad de los suministros españoles y proveen la lectura en remoto.
- Sistemas de telecomunicaciones: todos los datos producidos por los sensores dispersos en las redes precisan ser enviados y centralizados para su posterior gestión, por lo que las comunicaciones deben ser muy robustas. Como ejemplo, en España tenemos 28 millones de contadores inteligentes con mediciones horarias, lo que supone más de 245 millones de datos de lectura cada año. Las comunicaciones con fibra óptica, por radio, las redes 4G, o la utilización de los sistemas PLC (power line communications) en media tensión conforman un entramado indisolublemente ligado al desarrollo de la red eléctrica, conectando en tiempo real todos los elementos que la conforman. En el futuro, las redes inteligentes requerirán de nuevos desarrollos tecnológicos, como el LPWAN (low-power wide-area network) o el 5G, con velocidades hasta 100 veces superiores a las 4G y con menor tiempo de latencia.
• Sistemas de control: monitorizan los flujos y niveles de carga de la red y permiten la ejecución de operaciones en remoto de la red eléctrica. Algunas empresas, como i-DE en España, disponen de sistemas de reposición automática del servicio que toman decisiones de operación de los elementos de la red sin necesidad de intervención humana. La siguiente evolución de los sistemas de control, que ya está en marcha, es la realización de cálculos eléctricos en tiempo real y la gestión activa de la demanda y generación eléctricas, siendo el elemento clave que permitirá a los actuales distribuidores dar el salto a su transformación en DSO.
Analítica de datos: el desarrollo de tecnologías disruptivas, como la inteligencia artificial y sus ramas, como machine learning, deep learning o digital twin, permiten aplicaciones avanzadas que nos proporcionarán, entre otras funcionalidades, la automatización de configuraciones de red óptimas; la identificación de las mejores ubicaciones para la instalación de energías renovables; o la simulación del comportamiento futuro de los activos de red en base a la creación de una réplica digital completa. Esto último nos permitirá estimar probabilidades de fallo en los elementos y programar las acciones necesarias para alargar su vida útil, es decir, pasar de un mantenimiento correctivo a un mantenimiento predictivo.
- Ciberseguridad: este es, sin duda, un aspecto clave a considerar en cualquier proceso de transformación y de desarrollo tecnológico, máxime teniendo en cuenta el carácter estratégico del sector eléctrico. Es evidente que se genera y procesa una gran cantidad de información, y cualquier robo o manipulación podría provocar desde algún tipo de fraude en el consumo energético hasta posibles interrupciones de suministro.
¿Qué necesitan las redes inteligentes?
Los distribuidores deben acometer fuertes inversiones para desarrollar y transformar sus redes en inteligentes. Se estima que a 2030 los países de la Unión Europea invertirán 411 000 M€ en redes bajo el escenario de Fit-for-55, mientras que un escenario similar en EE. UU. requerirá 580 000 M$ de inversión en esta década.
Lo más relevante es conseguir que las redes habiliten e impulsen la descarbonización y la electrificación de la economía, gestionando la demanda de cada momento y anticipándose a las necesidades crecientes de los clientes. Así, las instalaciones renovables deben poder evacuar su energía en el momento en el que se finalice su construcción y las instalaciones de autoconsumo deben poder conectarse de forma masiva sin crear problemas de tensión en la red. Para ello es clave disponer de:
- Marcos regulatorios estables, predecibles y que fomenten la inversión: las redes son una actividad regulada muy intensiva en capital y, por ello, precisan de una regulación estable que dé certidumbre y seguridad jurídica a las cuantiosas inversiones que se han de realizar.
- Agilidad en los permisos: los proyectos de redes pueden durar varios años y habitualmente requieren permisos a distintos niveles administrativos (estatal, autonómico y local), lo que dilata el proceso y alarga los tiempos de ejecución.
- Innovación tecnológica: la transformación que precisan las redes, en particular para las actividades de gestión de las nuevas formas de generación y consumo en el sector eléctrico, conlleva también el desarrollo de nueva tecnología en todos los procesos.
En este sentido, la seguridad de las personas es la máxima prioridad y, por ello, se está ya avanzando en la aplicación de técnicas de realidad virtual y aumentada para tareas de capacitación de operarios, telesupervisión y operación asistida. Asimismo, existe un área importante de mejora con el uso de la robotización, especialmente indicada para actuaciones de riesgo que antes eran ejecutadas manualmente.
El desarrollo tecnológico también permitirá evolucionar el equipamiento y los materiales hacia soluciones más sostenibles. Por ejemplo, las líneas aéreas se están dotando de sistemas muy eficaces para la protección de la avifauna, los interruptores que utilizan hexafluoruro de azufre pasarán a utilizar aislantes con nulo efecto invernadero y los transformadores ya están utilizando dieléctricos de menor volumen y totalmente inocuos para la salud.
Beneficios para la industria y la sociedad
Como ya se ha comentado, el principal impacto positivo de las redes eléctricas es el de contribuir e impulsar la descarbonización de la economía. Las redes permiten conectar las grandes instalaciones de producción renovable con los centros de consumo y, al mismo tiempo, habilitan las nuevas funcionalidades de la electricidad, como las placas de autoconsumo doméstico o las baterías, que pueden pasar inmediatamente de modo consumo a modo producción.
Asimismo, las redes inteligentes tienen un efecto muy importante en la calidad de servicio y en la experiencia del cliente. La detección temprana de incidencias y su resolución automática no solo mejoran las métricas de calidad de suministro, sino que también permiten que el cliente esté informado del tiempo estimado de reposición de servicio. Porque, en un mundo cada vez más dependiente de la electricidad y que evoluciona en tiempo real, es fundamental un suministro fiable que nos permita estar permanentemente conectados.
Adicionalmente, es de destacar el fuerte efecto tractor en la economía que tienen las redes de electricidad, y muy especialmente las de distribución. El hecho de que sea una actividad intensiva en capital por todo el territorio permite estimular el desarrollo de proveedores locales y la atracción de talento cualificado. Concretamente, en España las redes invertirán 60 000 M€ en 2030, generando un volumen similar de compras asociadas y más de 100 000 nuevos empleos, tanto directos como indirectos.
Por último, cabe resaltar el fuerte impulso que la actividad de redes da a la innovación, dedicando cerca del doble de inversión en I+D+i respecto a la media de la industria manufacturera. Fruto de este esfuerzo, podemos destacar algunos ejemplos de éxito, como el desarrollo de nuevas tecnologías de automatización de red y de electrónica de potencia, que han situado a España en una posición de liderazgo mundial en este campo. Así, los contadores inteligentes, en su desarrollo e implantación, han generado estructuras como la Prime Alliance para estandarizar soluciones innovadoras y acelerar la industrialización de su producción.
Otro caso destacado es la creación en Bilbao del Global Smart Grids Innovation Hub por parte de i-DE, un ecosistema de innovación que impulsa y desarrolla la investigación de nuevas tecnologías y el talento relacionados con las redes inteligentes mediante la colaboración con el tejido industrial y las universidades. En sus 1000 m2 de superficie tienen cabida 5 laboratorios tecnológicos y varios espacios colaborativos en los que trabajan más de 200 profesionales de start-ups, pymes, grandes empresas, universidades y centros tecnológicos. En la actualidad se están desarrollando 120 proyectos, con una inversión prevista en los próximos cinco años de 200 M€, y se están habilitando además desarrollos industriales que cuadruplican la inversión inicial en innovación.