Demanda dinámica (energía eléctrica)

La demanda dinámica es el nombre de una tecnología semipasiva que apoya la respuesta a la demanda ajustando la carga en una red eléctrica . También es el nombre de una organización independiente sin fines de lucro en el Reino Unido, apoyada por una donación benéfica de la Fundación Esmée Fairbairn , dedicada a promover esta tecnología. El concepto es que, al monitorear la frecuencia de la red eléctrica, así como sus propios controles, las cargas domésticas e industriales intermitentes se encienden/apagan en momentos óptimos para equilibrar la carga total de la red con la generación, reduciendo los desajustes críticos de potencia. ^{[ 1 ]} Como esta conmutación solo adelantaría o retrasaría el ciclo de funcionamiento del aparato unos pocos segundos, sería imperceptible para el usuario final. Esta es la base del control de la demanda dinámica. En Estados Unidos, en 1982, se otorgó una patente (ahora caducada) para esta idea al ingeniero de sistemas de energía Fred Schweppe . ^{[ 2 ]} Se han emitido otras patentes basadas en esta idea. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

La demanda dinámica es similar a los mecanismos de respuesta a la demanda para gestionar el consumo doméstico e industrial de electricidad en respuesta a las condiciones de suministro, por ejemplo, haciendo que los clientes de electricidad reduzcan su consumo en momentos críticos o en respuesta a los precios. ^{[ 7 ]} La diferencia es que los dispositivos de demanda dinámica se apagan pasivamente cuando se detecta estrés en la red, mientras que los mecanismos de respuesta a la demanda responden a las solicitudes transmitidas para apagarse,

Las compañías eléctricas pueden predecir con bastante precisión (generalmente con un margen de error del uno o dos por ciento) el patrón de demanda a lo largo del día. Esto significa que el libre mercado eléctrico puede programar con antelación la carga base necesaria . Cualquier desequilibrio restante se debería a imprecisiones en la predicción o a cambios imprevistos en la oferta (como una avería en una central eléctrica ) o en la demanda. Estos desequilibrios se corrigen solicitando a los generadores que operen en modo de respuesta en frecuencia (también llamado modo de control de frecuencia ), ajustando continuamente su producción para mantener la frecuencia cerca del valor requerido.

La frecuencia de la red es un indicador global del desequilibrio energético. Por ejemplo, disminuirá si la demanda es excesiva, ya que los generadores reducirán ligeramente su velocidad. Un generador en modo de respuesta de frecuencia, en condiciones nominales , funcionará a una potencia reducida para mantener una reserva de capacidad. Posteriormente, ajustará continuamente su potencia segundo a segundo según las necesidades de la red mediante un control de velocidad de caída .

Esta reserva rotatoria representa un gasto significativo para las compañías eléctricas, ya que a menudo es necesario quemar combustible o perder ventas potenciales de energía para mantenerla. El tipo de generación utilizada para la respuesta rápida generalmente se basa en combustibles fósiles, lo que produce emisiones de entre 0,48 y 1,3 toneladas de CO₂ _equivalente por cada megavatio-hora (MWh) generado. Por lo tanto, este desequilibrio conlleva una importante carga ambiental, en forma de un aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero .

En principio, cualquier aparato que funcione con un ciclo de trabajo (como los aires acondicionados industriales o domésticos , los calentadores de agua , las bombas de calor y los sistemas de refrigeración ) podría utilizarse para proporcionar un servicio de equilibrio de la red eléctrica constante y fiable, sincronizando sus ciclos de trabajo en respuesta a la carga del sistema.

Dado que es posible medir la frecuencia de la red desde cualquier toma de corriente , se pueden diseñar controladores para electrodomésticos que detecten cualquier desequilibrio de frecuencia en tiempo real. Los electrodomésticos con capacidad de gestión dinámica de la demanda reaccionarían a esta misma señal. Cuando la frecuencia disminuye, tenderían a apagarse, reduciendo la carga en la red y ayudando a restablecer el equilibrio. Cuando la frecuencia supera el valor estándar, tenderían a encenderse, consumiendo el exceso de energía. Obviamente, el controlador también debe garantizar que el electrodoméstico nunca se salga de su rango de funcionamiento aceptable. Como la frecuencia de la red está directamente relacionada con la velocidad de rotación de los generadores del sistema, millones de estos dispositivos actuando conjuntamente funcionarían como una enorme central eléctrica de pico de respuesta rápida .

El controlador dinámico también podría proporcionar otros servicios auxiliares , como facilitar la recuperación tras un apagón (la capacidad de restablecer el servicio de una red eléctrica después de una interrupción del suministro ), si se programa con dicha función. Generalmente, los arranques en negro se dificultan debido a la gran cantidad de cargas reactivas que intentan consumir energía simultáneamente al arrancar, cuando los voltajes son bajos. Esto provoca sobrecargas enormes que disparan los interruptores locales, retrasando la recuperación total del sistema. El controlador dinámico podría hacer que estas cargas "esperen su turno" hasta que se restablezca el suministro eléctrico completo.

Otro servicio de equilibrio vital es la «reserva rápida», que consiste en el uso de plantas de reserva para reemplazar la posible pérdida de generación (por ejemplo, debido a un generador averiado o una línea eléctrica cortada ). Al reducir rápidamente la carga mientras los generadores en funcionamiento se ponen en marcha, y luego volver a conectarlos para restablecer la frecuencia estándar, los controladores dinámicos podrían ahorrar el alto coste de los generadores de reserva rápida . Además, la rápida respuesta de este método evitaría posibles apagones parciales .

Esta tecnología también podría facilitar un mayor uso de la generación a partir de fuentes variables, como la energía eólica . Las técnicas de gestión de la demanda podrían ser una forma eficiente y rentable de integrar este recurso a la red. En particular, permitirían que estas fuentes funcionaran en conjunto con reservas de energía virtuales, como las torres de agua municipales ^{[ 8 ],} para proporcionar una capacidad de despacho razonablemente predecible .

Los dispositivos de gestión dinámica de la demanda tienen el potencial de ahorrar cantidades considerables de energía gracias a los servicios que proporcionan. Sin embargo, antes de que el control dinámico de la demanda pueda incorporarse de forma generalizada, es necesario establecer una normativa que exija su instalación, al menos en los electrodomésticos nuevos, o bien crear un mecanismo de mercado eficaz que recompense equitativamente la instalación de esta tecnología. Un método contemplado consiste en que el contador eléctrico , que mide el consumo, también mida la frecuencia de la red y cambie a una tarifa más alta si la frecuencia cae por debajo de un cierto nivel. La factura mensual de electricidad indicará entonces que se consumieron X horas (y X kilovatios-hora ) con la tarifa normal y unas pocas horas con la tarifa de suministro limitado. Los consumidores que no cuenten con una gestión inteligente de la demanda tendrán que pagar el coste adicional, pero quienes instalen tecnologías inteligentes que se adapten a los periodos de suministro limitado ahorrarán dinero.

El 1 de marzo de 2011, RLtec lanzó su servicio de respuesta de frecuencia de demanda dinámica en dispositivos de carga de agua caliente y climatización distribuidos en una de las cadenas de supermercados más grandes del Reino Unido, Sainsbury's . Este servicio de planta de energía virtual a escala de megavatios proporciona respuesta comercial de regulación de frecuencia a la Red Nacional del Reino Unido. La empresa ahora se llama Open Energi. ^{[ 9 ]}

La red eléctrica nacional del Reino Unido ya utiliza masivamente esta tecnología a escala industrial:  se pueden perder hasta 2 GW de carga instantáneamente debido a relés sensibles a la frecuencia que desconectan acerías, etc., lo que se compensa en un ciclo de 20 minutos con hasta 2  GW de generadores diésel de emergencia relativamente pequeños. Para una descripción completa de este complejo sistema, véase, por ejemplo, «Contribución potencial de los generadores diésel de reserva de emergencia para gestionar la intermitencia y la variabilidad de las fuentes de energía renovables», una charla de David Andrews de Wessex Water, que colabora estrechamente con la red eléctrica nacional del Reino Unido para proporcionar este servicio, impartida en el seminario de la Open University «Cómo afrontar la variabilidad: integración de las energías renovables en el sistema eléctrico», el 24 de enero de 2006. ^{[ 10 ]}

En Francia se utilizan hasta 5  GW de generación diésel para fines similares, pero estas tecnologías parecen ser relativamente desconocidas ^{[ 11 ]} . No hay razón para que no se amplíe su alcance considerablemente ^{[ 12 ]} para hacer frente incluso a la intermitencia que introduce la energía eólica.

En agosto de 2007, el gobierno del Reino Unido publicó un informe que describía el potencial que veía en la tecnología de demanda dinámica. ^{[ 13 ]} El informe no llega a recomendar que el gobierno fomente su introducción. Enumera una serie de barreras técnicas y económicas para su introducción y recomienda que se investiguen antes de que el gobierno fomente el uso de la demanda dinámica. La demanda dinámica es un elemento de una investigación gubernamental más amplia sobre tecnologías que pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.

Sin embargo, en 2009 se anunció que ahora se venden en el Reino Unido refrigeradores domésticos que incorporan un sistema de control de carga dinámico. ^{[ 14 ]}

• Demanda dinámica en el Reino Unido
• Energía abierta
• Nota sobre el valor potencial del control de la "demanda dinámica" (en el Reino Unido/UE)
• "Control de frecuencia mediante gestión de la demanda" . National Grid. Archivado del original el 11 de junio de 2011. Consultado el 22 de noviembre de 2010 .