Smart Grid: Revolució Energètica amb Generació Distribuïda i Emmagatzematge

Xarxa Intel·ligent (Smart Grid)

La xarxa elèctrica tradicional funciona de manera centralitzada i unidireccional: l'energia es genera en centrals i es distribueix als consumidors. Amb les smart grids, el model canvia cap a una xarxa bidireccional i descentralitzada, on l'energia pot fluir tant cap als consumidors com des d’aquests, ja que poden ser també prosumidors (productors i consumidors d’energia alhora).

Les xarxes intel·ligents integren tecnologies digitals per gestionar millor l’energia, fent el sistema més eficient, segur, sostenible i amb menys pèrdues. Els avantatges principals són:

• Integració de renovables i generació distribuïda.
• Participació activa dels usuaris.
• Reducció de l’impacte ambiental.
• Facilita l’ús massiu de vehicles elèctrics.
• Transformació d’una xarxa passiva a una d'interactiva i intel·ligent.

Generació Distribuïda

La generació distribuïda consisteix a produir energia a petita escala, a prop del lloc on es consumirà, aprofitant recursos locals, especialment renovables com el sol, el vent, la biomassa, etc. Això contrasta amb el model tradicional, on grans centrals (carbó, nuclear, etc.) generen electricitat lluny dels usuaris, amb pèrdues per transport.

En aquest model, els consumidors poden convertir-se en prosumidors, generant energia en espais com teulades, granges o centres de salut.

Avantatges de la generació distribuïda

• Reducció de pèrdues en el transport d’energia.
• Estalvi d’energia primària.
• Reducció d’emissions contaminants (més ecològic).
• Millor eficiència i diversificació energètica.
• Menor impacte visual i socialment més acceptat.
• Millora la seguretat i estabilitat del subministrament.
• Pot suposar estalvis econòmics.

Inconvenient principal

Xoca amb el model tradicional controlat pels grans oligopolis energètics.

Microxarxes

Les microxarxes són petits sistemes locals que combinen generació, consum i emmagatzematge d’energia (elèctrica i tèrmica). Poden funcionar tant connectades a la xarxa general com de manera independent (aïllades).

Estan formades per:

• Fonts de generació renovable (com plaques solars o aerogeneradors).
• Sistemes d’emmagatzematge (bateries, aire comprimit…).
• Càrregues o consums locals.

Gestionen de forma intel·ligent l'energia, decidint quan consumir, guardar o enviar electricitat a la xarxa, segons la demanda i el preu.

Avantatges de les microxarxes

• Autonomia energètica i millor equilibri entre generació i consum.
• Coordinació eficient dels recursos interns.
• Millora la integració de renovables.
• Reducció de pèrdues elèctriques.
• Augment de la seguretat i estabilitat del subministrament.

Emmagatzematge d’Energia

Un dels grans reptes del nou model energètic (renovables, microxarxes, etc.) és emmagatzemar l’energia sobrant generada en moments de baixa demanda per utilitzar-la en hores punta. Un sistema destacat és l’emmagatzematge amb aire comprimit (CAES): Quan hi ha excés d’energia, es fa servir per comprimir aire dins d’una cambra. Quan cal energia, aquest aire s’allibera i mou una turbina que genera electricitat.

Avantatges del sistema CAES

• Gran capacitat d’emmagatzematge (en MWh o desenes de MWh).
• L’energia es pot conservar durant molt de temps (fins i tot anys).
• Més econòmic que les bateries, especialment si s’utilitzen cavitats naturals.
• Menys impacte ambiental, no fa servir tants materials químics.

Inconvenients del CAES

• Rendiment més baix que les bateries (hi ha pèrdues mecàniques i tèrmiques).
• No és 100% eficient.

Sistemes d’Emmagatzematge d’Energia

Els sistemes d’emmagatzematge d’energia són essencials per gestionar l’equilibri entre la generació i el consum, especialment quan es treballa amb fonts renovables que són intermitents. Permeten conservar l’energia sobrant i utilitzar-la més endavant, quan la demanda augmenta.

Tipus principals de sistemes d’emmagatzematge:

• Bateries: Emmagatzemen energia en corrent continu. Són molt usades en sistemes petits (com fotovoltaics domèstics). Bon rendiment, però contenen materials químics i tenen una vida útil limitada.
• Bombeig hidràulic: Utilitzat en centrals hidroelèctriques reversibles. En hores de baixa demanda, es bomba aigua a un dipòsit superior. Quan cal energia, l’aigua baixa i genera electricitat. Ideal per emmagatzematge a gran escala.
• CAES (Aire Comprimit): Es comprimeix aire amb excés d’energia i després s’utilitza per generar electricitat. Gran capacitat i llarga durada, però menor rendiment que altres sistemes.
• Volants d’inèrcia (o molins d’inèrcia): Emmagatzemen energia com a energia cinètica en un rotor que gira. Ràpida resposta, però per curtes durades i petites quantitats d’energia.
• Supercondensadors: Emmagatzemen energia en corrent continu com les bateries. Ofereixen càrrega i descàrrega molt ràpida, però poca capacitat.
• Hidrogen: L’energia sobrant es pot usar per produir hidrogen (electròlisi). Aquest hidrogen pot emmagatzemar-se i després cremar-se o convertir-se en electricitat. Ideal per emmagatzematge a llarg termini, però encara en desenvolupament.

Comptadors Intel·ligents (Smart Metering)

Els comptadors intel·ligents són dispositius clau de les xarxes elèctriques intel·ligents (smart grids), ja que permeten conèixer en temps real el consum i la generació d’energia en cada punt de la xarxa.

Funcionament

Cada usuari (casa, empresa, etc.) disposa d’un comptador intel·ligent que recull dades sobre el seu consum i, si escau, sobre l’energia que genera (si és prosumidor). Aquesta informació es transmet als centres de transformació, on hi ha concentradors que centralitzen les dades. Les dades s'envien via telegestió a la companyia elèctrica, que les utilitza per gestionar millor la xarxa, millorar l’eficiència i detectar problemes.

Comptadors parcials o secundaris

Són comptadors que mesuren consums específics (com climatització, il·luminació, maquinària…). Permeten detectar consums excessius i optimitzar l’ús de l’energia.

Avantatges del smart metering

• Coneixement precís i instantani del consum energètic.
• Millora la gestió de la demanda.
• Permet facturació justa i en base al consum real.
• Facilita la detecció d’anomalies i la millora de l’eficiència energètica.

Vehicle Elèctric (VE)

El vehicle elèctric és una nova càrrega distribuïda dins la xarxa elèctrica, especialment en la xarxa de baixa tensió (BT). A mesura que augmenti el seu ús, requerirà una quantitat considerable d’energia per a la recàrrega.

Aspectes clau

La seva implantació suposa nous desafiaments per a la xarxa, com la gestió de la demanda, la necessitat de punts de recàrrega i la integració amb les energies renovables. La connexió del vehicle elèctric a la xarxa ha de complir amb la normativa tècnica ITC-BT-52 del Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió (REBT-2002), que regula els requisits per a la instal·lació de punts de recàrrega.

Relació amb la Smart Grid

Pot actuar com a element actiu de la xarxa: a més de consumir, pot arribar a retornar energia a la xarxa (vehicle-to-grid). És fonamental la seva coordinació amb sistemes intel·ligents per evitar sobrecàrregues i aprofitar les tarifes horàries més econòmiques.