Qué necesitas saber antes
- Figura 2 Cuota de renovables y electricidad en la demanda energética Este crecimiento implica que las redes eléctricas necesitarán duplicarse y que la cuota de energías renovables en la red aumentará diez veces entre 2020 y 2050, pasando de unos 3.
- Figura 1 Evolución de la demanda de energía global A pesar de que la demanda total de energía se mantiene estable e incluso muestra un ligero descenso, el consumo energético per cápita ha aumentado alrededor del 50%.
- Esta mayor interconectividad para la energía (factor 10 en GW) en comparación con la producción energética (factor 2,5) se debe a la naturaleza variable de las energías renovables, que requieren almacenamiento para cubrir las diferencias entre oferta y demanda.
Harry Stokman y Stephan Rupp de la Current/OS Foundation abordan los impulsores de la corriente continua (CC) en las redes eléctricas, describiendo su evolución y subrayando su papel crucial en la transición energética.
La corriente continua en las redes eléctricas se considera principalmente como una autopista de energía, centrada en las conexiones HVDC que facilitan el transporte de electricidad a largas distancias e interconectan cada vez más parques eólicos en alta mar.
La mayoría de los enlaces HVDC son conexiones punto a punto, pero se espera que en los próximos años se transformen en configuraciones multipuerto. En el nivel de baja tensión, la tecnología CC avanza rápidamente, permitiendo la conexión directa de energías renovables, sistemas de almacenamiento energético, infraestructura de carga, bombas de calor, aire acondicionado y maquinaria en fábricas.
Al proporcionar un único punto de interconexión, las redes de CC alivian la carga de la red eléctrica y simplifican los códigos de red. Consorcios industriales como la Current/OS Foundation están estableciendo estándares para productos compatibles que operan en redes de CC.
Transición Energética Global
A pesar de que en 2020 los combustibles fósiles representaban el 80% de la energía mundial, el avance hacia las energías renovables es notable. Se prevé que la energía eólica y solar dominen la producción futura, complementada por biomasa, energía hidráulica e hidrógeno. Para 2030, la cuota de energías renovables alcanzará el 40% de la producción total de energía, con un objetivo ambicioso de alcanzar el 80% para 2025.
A pesar de que la demanda total de energía se mantiene estable e incluso muestra un ligero descenso, el consumo energético per cápita ha aumentado alrededor del 50%. Esta aparente contradicción proviene de la transición energética: las plantas de energía convencionales solo convierten aproximadamente un tercio de la energía del combustible en electricidad, mientras que el resto se pierde como calor. En cambio, el uso de combustibles fósiles para calefacción aprovecha el 100% de la energía. Las bombas de calor, por su parte, utilizan energía ambiental para calefacción mientras consumen solo una fracción de energía eléctrica.
En el caso de los vehículos, los motores de combustión solo transforman menos de un tercio de su consumo energético en movimiento. Un motor eléctrico, en contraste, necesita esa misma fracción de energía para producir el mismo efecto y puede recuperar energía en pendientes y al frenar, maximizando así el uso de la energía. Este aumento en la eficiencia mantiene constante la demanda total, mientras se proporciona más energía útil.
La electricidad como fuente predominante de energía
Los ejemplos muestran que las fuentes y consumidores de energía están evolucionando hacia lo eléctrico. En 2020, la electricidad representaba aproximadamente el 20% de la producción total de energía. Antes de 2030, se prevé que esta cifra aumente al 30%. En 2050, se espera que la electricidad constituya el 50% de la producción energética total, lo que implica un crecimiento considerable con respecto al 20% de 2020.
Este crecimiento implica que las redes eléctricas necesitarán duplicarse y que la cuota de energías renovables en la red aumentará diez veces entre 2020 y 2050, pasando de unos 3.000 GW de energía renovable en 2020 a unos 30.000 GW en 2050. Esta mayor interconectividad para la energía (factor 10 en GW) en comparación con la producción energética (factor 2,5) se debe a la naturaleza variable de las energías renovables, que requieren almacenamiento para cubrir las diferencias entre oferta y demanda.
La corriente continua en las redes eléctricas
Las energías renovables, como la solar y la eólica, operan de forma natural con sistemas de CC. Los sistemas de almacenamiento y producción deberían colocarse en proximidad para evitar extensiones innecesarias de la red. Los puntos de carga para vehículos eléctricos, así como muchos dispositivos eléctricos, también funcionan con CC.
Para gestionar esta transformación, las redes eléctricas deben expandirse aproximadamente un 250%. Las redes de CC pueden aliviar la carga interconectando directamente los sistemas de CC, lo que facilitaría la integración de energías renovables. Un convertidor central, denominado Interlink Converter, se encargará de gestionar esta interconexión.
Los convertidores Interlink implementarán el código de la red CA y organizarán los sistemas de CC. Este desarrollo abarcará niveles de baja, media y alta tensión, con un enfoque actual en redes de baja tensión donde los convertidores están situados detrás del medidor, permitiendo que la red CC sea una instalación privada que no es visible para el operador de la red.
Instalaciones de Referencia de Current/OS
La Current/OS Foundation crea estándares para un código de red de CC que garantizará la operación estable de los sistemas en estas redes. Actualmente, hay varias instalaciones de redes de CC que operan bajo estas especificaciones.
Un claro ejemplo es la autopista N470 en los Países Bajos, que integra paneles solares en sus barreras acústicas. Combinada con un sistema de almacenamiento de batería de 1MWh, forma una microrred de CC que alimenta de forma sostenible la iluminación y las señales de tráfico de la carretera, logrando un ahorro energético del 10% en comparación con sistemas de CA similares.
Otro caso es el edificio WAVE en Lille, Francia, que utiliza DC proveniente de paneles solares para parte de sus oficinas, logrando una reducción del consumo energético del 20%, sin necesidad de convertidores para los equipos informáticos.
En el Hospital Rosie, en Cambridge, un sistema de 750 kW se conecta a un conjunto solar de 80 kW, formando una microrred de CC que cubre hasta el 90% de las necesidades de HVAC del hospital. Este modelo se ha replicado en cinco hospitales en el sureste de Gran Bretaña, logrando ahorros de eficiencia eléctrica del 7% al evitar el paso innecesario de energía a través de la red de 50Hz. Estos ahorros pueden aumentar al 15% sincronizando la producción de HVAC con la intensidad solar.
Sobre los autores
Harry Stokman es empresario de CC desde 1988 y cuenta con un trasfondo en sistemas de energía, electrónica de potencia y control de corrosión. Participa en la normalización de IEC y NEN, además de co-presidir el Plan de Acción de la UE sobre CC.
Stephan Rupp se centra en el desarrollo empresarial de la electrónica de potencia en Maschinenfabrik Reinhausen, Alemania, enfatizando la integración de fuentes de energía renovable en las redes eléctricas utilizando redes de CC. También enseña ingeniería eléctrica en la Universidad de Estado Cooperativo de Baden-Württemberg.
