Cómo monitorear de cerca los datos de energía de los hogares puede desencadenar su producción solar y (posiblemente) generarles más dinero

Casi uno de cada tres hogares australianos tiene paneles solares en sus techos. La mayoría están motivados por el aumento de los precios de la electricidad y las preocupaciones ambientales.

A los hogares se les paga la llamada tarifa de alimentación por el excedente de energía que exportan a la red. Si bien a los clientes les encantaría recibir un pago por cada bit de energía que pueden exportar a la red más amplia, los operadores han impuesto un límite fijo o «estático» sobre la cantidad de energía que cada hogar puede exportar. Esto ayuda a mantener los voltajes de la red, o la presión eléctrica, dentro de un rango seguro.

Los límites son necesarios debido a la incertidumbre sobre los impactos en la red de las fluctuaciones en el uso y las exportaciones de energía de los hogares.

La red está conectada a los hogares a través de transformadores de «bajo voltaje» que reducen el voltaje a un nivel que los clientes pueden usar. La incertidumbre surge porque los operadores pueden ver lo que sucede en cada transformador, pero no lo que sucede en cada hogar.

Estamos trabajando en un proyecto de monitoreo de datos para permitir que los operadores de redes vean los datos de voltaje y corriente de los hogares en tiempo real. La idea es permitirles gestionar las fluctuaciones de tensión de la red con mayor precisión.

Esto podría permitir a los hogares exportar más energía solar de manera segura, según las condiciones de la red local. Podría decirse que las personas recibirían más dinero mientras aceleran la transición a la electricidad de cero emisiones al proporcionar más energía renovable a la red.

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Gestionar una transición complicada

La red eléctrica se configuró originalmente para la generación “a granel” a partir de centrales eléctricas centralizadas. El flujo fue en una dirección desde las estaciones de carbón, gas o hidroeléctricas hacia los usuarios de energía, incluidos los hogares.

Sin embargo, las fuerzas económicas y los sistemas envejecidos significan que muchas de estas centrales eléctricas se están retirando rápidamente. Están siendo reemplazados, en parte, por los llamados “recursos energéticos distribuidos”. Estos recursos incluyen energía solar en los techos, baterías domésticas o comunitarias y vehículos eléctricos.

El límite de exportación de los hogares a la red suele rondar los 5 kilovatios (kW), independientemente de la hora del día o de lo que generen o consuman los hogares. Pero, debido a la caída del costo de la energía solar, los sistemas residenciales de 10kW (capaces de producir el doble del límite de exportación) son cada vez más comunes.

El operador de red australiano, AEMO, prevé que la generación solar distribuida constituirá 69 GW de capacidad de red para 2050, en comparación con los 21 GW actuales.

Integrar esta generación de energía es un gran desafío para los operadores de redes de distribución, transporte y mercado de energía.

El estándar australiano para el voltaje doméstico tiene zonas de operación «permitidas» y «preferidas» alrededor de 230 voltios. Mantener el voltaje dentro de estas zonas es mejor para la eficiencia energética y la vida útil del electrodoméstico.

Pero cuando el flujo de energía es «bidireccional» e impredecible, tanto hacia como desde las casas, se vuelve más difícil mantener el voltaje dentro de estas zonas. Cuando las luces parpadean o los electrodomésticos están dañados, eso es una señal de que el voltaje está fuera de estos límites de seguridad.

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¿Cuántos datos domésticos necesitan los operadores?

Si los operadores pudieran ver los datos de voltaje y corriente de los hogares en tiempo real, podrían establecer límites «dinámicos» en los hogares para la importación y exportación de energía. Eso significa que los límites pueden fluctuar según las condiciones de la red local, en lugar de ser estáticos. Entonces, los hogares podrían exportar más energía en general que ahora.

Un proyecto a largo plazo de la Agencia Australiana de Energía Renovable, Project SHIELD, tiene como objetivo responder una pregunta clave aquí. Es decir, ¿cuántos datos necesitan los operadores para permitir esta flexibilidad, mientras siguen coordinando de manera segura los flujos de energía hacia y desde la red?

El proyecto involucra a la Universidad de Queensland, operadores de red y el sector privado. Un socio del proyecto, Luceo Energy (una rama de una empresa que anteriormente empleó a uno de los autores), en colaboración con Energex, Ergon y Essential Energy, ha implementado 20 000 dispositivos en hogares de Queensland que recopilan sus datos de energía en intervalos de un minuto.

Los medidores inteligentes instalados en Victoria suelen registrar datos de energía cada 30 minutos. Los nuevos dispositivos miden múltiples parámetros de electricidad, como voltaje y corriente, cada minuto.

Esto crea cantidades extraordinarias de datos, que se pueden utilizar en estudios y simulaciones de electricidad. También crea desafíos de almacenamiento y análisis.

Los datos recopilados se utilizan para responder «¿y si?» preguntas. Si un operador tuviera un conocimiento perfecto de las condiciones en cada casa conectada a un transformador, podría crear un límite dinámico seguro. Pero, ¿seguiría siendo seguro si pudieran ver los datos de solo el 50 %, o incluso el 20 %, de las casas?

Los primeros sistemas de simulación del mundo desarrollados por la empresa GridQube de Queensland permiten a los operadores responder a estas preguntas. Los datos recopilados por los dispositivos proporcionan una entrada clave.

Se han elegido varias ubicaciones y períodos de tiempo representativos para ver cómo la visibilidad de la red puede afectar la envolvente. La red local se simula utilizando un «flujo de potencia» con diferentes parámetros de red, como el voltaje. Entonces se pueden responder las preguntas clave sobre los límites seguros.

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Beneficios tanto para los consumidores como para los operadores

Por supuesto, este es solo un nivel de la red eléctrica. Todavía necesitamos construir cantidades considerables de transmisión de alto voltaje para integrar los crecientes recursos de energía distribuida. Esto ayudará a proporcionar un suministro de energía confiable y seguro.

Los datos generados por Project SHIELD informarán a los modeladores de electricidad y científicos de datos sobre lo que está sucediendo a nivel doméstico (tanto el uso de electricidad como la generación solar). Puede mejorar la previsión y el modelado, ya que los datos a esta escala no han estado disponibles anteriormente.

A medida que la implementación de dispositivos y la recopilación de datos continúan a gran velocidad, los operadores pueden comenzar a relajar los límites en las exportaciones de energía solar doméstica. Una mayor visibilidad de las redes locales ofrece claros beneficios tanto para los consumidores como para los operadores.