Preparación de la red para la electrificación

El mundo se electrifica cada vez más. Como resultado, las alternativas eléctricas ganan rápidamente presencia en el mercado en casi todos los procesos o equipos que actualmente funcionan con otra fuente de energía.

Los automóviles de pasajeros y otros medios de transporte eléctricos sustituyen a los vehículos con motores de combustión interna y los propietarios de viviendas utilizan cada vez menos el petróleo y el gas natural para la cocina y los sistemas de calefacción y refrigeración. Asimismo, la automatización industrial y el auge de los cobots aumentan la presencia de equipos eléctricos en las plantas de producción.

Esta «Electrificación de todo» genera una enorme demanda de electricidad limpia y confiable. De acuerdo con la Agencia internacional de la energía, las predicciones indican que, para el año 2030, la demanda mundial de energía aumentará entre un 25 % y un 30 %, hasta alcanzar aproximadamente los 30,000 teravatios-hora (TWh). Y se pronostica que, solo los vehículos eléctricos, representarán 1.100 TW de consumo eléctrico para el año 2030, lo que equivale a aproximadamente el 4 % de la demanda total de electricidad. Esa cifra equivale al doble del consumo total actual de electricidad en Brasil^[1].

Para hacer realidad la promesa de la electrificación a nivel mundial, será necesario llevar a cabo cambios significativos en las redes eléctricas. Debemos modernizar los sistemas actuales para que sean más inteligentes, sostenibles, confiables y resilientes.

TE Connectivity trabaja en estrecha colaboración con clientes que se encuentran directamente involucrados con la electrificación en todas las industrias, como fabricantes de vehículos eléctricos, especialistas en electromovilidad y empresas de toda la industria energética. Y, como resultado de esa experiencia, hemos identificado cuatro cambios fundamentales que son necesarios para crear las redes eléctricas del futuro.

El sistema energético mundial se enfrenta a dos retos contradictorios: Cómo satisfacer la creciente demanda de electricidad y cumplir a la vez los objetivos de reducir emisiones de carbono. Sustituir la energía generada a partir de combustibles fósiles por fuentes de energía renovables puede ayudar a lograr ambas metas, pero el cambio no significa sustituir lo uno por lo otro.

Las fuentes de energía renovables, como la eólica y la solar, no proporcionan el mismo flujo constante de electricidad que los generadores de vapor tradicionales o las plantas nucleares. Por el contrario, factores como la velocidad del viento y la exposición a la luz solar determinan la cantidad de electricidad que generan las fuentes renovables, lo que hace que las redes eléctricas sean vulnerables a los déficits cuando las condiciones no son favorables. De hecho, una planta nuclear produce entre cuatro y siete veces más energía que una planta solar con la misma capacidad instalada.

Para garantizar la energía necesaria para satisfacer la demanda máxima de electricidad, los propietarios de las redes deben aumentar la capacidad de las energías renovables de forma considerable y con rapidez. Y para desarrollar esta capacidad se necesitan soluciones que faciliten la configuración de las instalaciones de generación de energía renovable y su conexión a la infraestructura existente. No obstante, se requieren más inversiones en toda la red.

Los propietarios de las redes deben construir más subestaciones y líneas de distribución y transmisión para llegar a los lugares donde agregaron capacidad renovable, además de modernizar otros equipos. Por ejemplo, integrar energías renovables requiere transformadores modernos con regulación automática para ajustar el voltaje a distintos niveles según la fuente de energía, a diferencia de los transformadores tradicionales que ajustan el voltaje con niveles predefinidos.

Aumentar la capacidad instalada de energías renovables cambiará la forma de generar electricidad, ya que pasará de un sistema centralizado y unidireccional a uno más descentralizado y dinámico. En respuesta a ello, las empresas de servicios públicos necesitan sistemas avanzados de monitoreo y control para optimizar el rendimiento de la red eléctrica. 

Uno de los retos es transportar con facilidad el exceso de electricidad de un lugar a otro para equilibrar la oferta y la demanda. Y dado que cada vez son más los usuarios que instalan paneles solares en sus hogares y negocios, administrar el flujo bidireccional de energía se convierte en una tarea aún más compleja.

Además de estos requisitos en tiempo real, los operadores de las redes necesitan sistemas avanzados que les ayuden a manejar los problemas de rendimiento a largo plazo. Tradicionalmente, las empresas de servicios públicos operaban sus redes a niveles de carga de alrededor del 60 % para prolongar la vida útil de la infraestructura. En la actualidad, las condiciones variables del viento y del sol generan mayores fluctuaciones en la producción de electricidad, lo que exige más a las redes eléctricas y, con frecuencia, las obliga a operar con cargas más altas. Estas cargas más altas pueden aumentar las necesidades de mantenimiento y reducir la vida útil de los equipos.

Para ayudar a las empresas de servicios públicos a responder a esta mayor exigencia, se prevé una rápida evolución de las redes eléctricas inteligentes, que amplían la recopilación de datos con sensores adicionales de tensión, corriente y temperatura para monitorear el estado de la red. Y al introducir estos datos en un punto de recopilación central, los operadores obtienen una mayor visibilidad de las condiciones en toda la red.  Gracias a los avances en la capacidad de conmutación automatizada y la inteligencia artificial, las redes eléctricas podrán autorregular el flujo de energía.

La durabilidad siempre ha sido fundamental para los componentes de la infraestructura eléctrica que operan en condiciones climáticas adversas, especialmente en lo que respecta a los vulnerables puntos de conexión. La industria responde a los nuevos requisitos y hace frente a las exigencias previstas por las cargas de energía variables, la vibración constante de las turbinas eólicas, las condiciones extremas en alta mar y otros entornos exigentes.

Por ejemplo, desarrollamos nuevos conectores para turbinas eólicas de última generación de 15 MW y trabajamos en conectores que cumplan con las especificaciones de las próximas turbinas de 20 MW, con base en la experiencia obtenida durante las últimas tres décadas.

Otro de nuestros objetivos es hacer que la instalación de proyectos de energía renovable sea más fácil, segura y confiable. Por ejemplo, nuestros conectores desmontables para parques eólicos marítimos facilitan que una sola persona realice las conexiones en una turbina. Asimismo, ofrecemos capacitación para instruir a los instaladores y a los técnicos de empalmes de cables en técnicas para realizar instalaciones precisas y seguras, ya que instalar correctamente los equipos desde el principio es esencial para la confiabilidad a largo plazo de la red eléctrica.

De todas las mejoras necesarias para preparar las redes para la electrificación de todo, una de las más importantes es la necesidad de contar con almacenamiento de energía confiable y a gran escala. En el pasado, el almacenamiento de energía era una prioridad secundaria, ya que las empresas de servicios públicos podían encender o apagar con facilidad los generadores que funcionan con combustibles fósiles en función de la demanda. Sin embargo, la generación variable de las fuentes de energía renovable requiere formas de almacenar el excedente de energía cuando las condiciones son favorables y disponer de esa energía cuando la demanda supera el suministro disponible. 

La industria de los servicios públicos explora distintas tecnologías de almacenamiento, como sistemas que utilizan el excedente de electricidad para bombear agua hacia áreas de almacenamiento y liberarla después para generar energía con turbinas hidroeléctricas cuando sea necesario. Del mismo modo, los sistemas neumáticos utilizan el excedente de electricidad para comprimir y almacenar aire que después impulsa turbinas. Los avances en la tecnología de baterías también impulsarán un mayor uso de sistemas de almacenamiento con baterías que pueden cargarse con energías renovables cuando las condiciones son favorables.

En definitiva, el hidrógeno es una opción sólida para el almacenamiento de energía sostenible a largo plazo. El exceso de electricidad puede utilizarse para producir hidrógeno, que las empresas de servicios públicos pueden almacenar y utilizar cuando la producción de las fuentes de energía renovable es baja. Y ese proceso ya está comprobado, pero la baja eficiencia actual para producir hidrógeno a partir del excedente de electricidad limita su viabilidad comercial. Sin embargo, una vez que las redes eléctricas globales generen mucha más energía de la necesaria para cubrir la demanda actual —y esa electricidad provenga de fuentes renovables—, la conversión a hidrógeno verde puede convertirse en un componente clave para resolver los retos energéticos del mundo.

Estos cambios ya están ocurriendo, pero creemos que el ritmo de la innovación debe acelerarse para estar a la altura de la creciente demanda impulsada por la electrificación de todo. Además, los avances no pueden limitarse a un solo ámbito, sino que deben desarrollarse de manera simultánea en torno a capacidad de generación, subestaciones, cableado, conectores, sensores, sistemas de monitoreo y tecnologías de almacenamiento.

La colaboración en toda la industria de la energía es la clave para transformar con éxito las redes eléctricas. Y TE Connectivity contribuirá al trabajar con sus clientes para integrar más generación de energía renovable en sus redes y desarrollar mejoras que garanticen que la próxima generación de infraestructura eléctrica sea inteligente, más segura, protegida, sostenible, estable y duradera.