Desde hace mucho tiempo, décadas, las microrredes eléctricas han estado presentes en la electrificación, con fuentes de energía propias o disponibles en su entorno, de varios tipos de comunidades: rurales o alejadas de las redes eléctricas tradicionales de transmisión y distribución; con muy alto impacto social. En este contexto, las microrredes contribuyen a complementar la operación confiable de las Redes Generales de Distribución (RGD) y podrían apoyar a un mejor desempeño de estas últimas.

En un sistema eléctrico de potencia, que incluye la generación, transmisión, distribución y uso de la energía, tanto las RGD como las microrredes eléctricas deben estar diseñadas para compartir la misma tecnología e incorporar los Recursos Energéticos Distribuidos (REDs) con criterios regulados de confiabilidad, eficiencia económica y energética, continuidad, calidad del suministro, seguridad energética y sustentabilidad ambiental.

Las microrredes pueden ser definidas como un grupo de cargas interconectadas y fuentes de energía distribuidas con límites claramente definidos que actúan como una sola entidad controlable con respecto a la RGD. Una microrred es, esencialmente, un segmento de una red de distribución eléctrica que normalmente opera conectado al sistema eléctrico de la empresa suministradora, pero que cuenta con la capacidad de autoabastecerse y operar de forma aislada cuando sea necesario, para aumentar la confiabilidad de suministro a la carga local. Para ello, la microrred debe contar, desde el lado de la oferta, con fuentes de energía distribuidas, renovables y no renovables, que satisfagan la demanda local durante cierto tiempo o permanentemente (Imagen 1). En el contexto de la transición energética en curso, en México, estas fuentes o microgeneradores en su mayoría deben ser renovables. Todos estos recursos distribuidos son conocidos como REDs y son necesarios para considerar un segmento de la red de distribución eléctrica como una microrred.

"Las microrredes comprenden sistemas de distribución en media o baja tensión junto con fuentes de generación distribuida, así como dispositivos de almacenamiento en su caso. La microrred puede ser operada tanto en modo no autónomo como autónomo, mediante su propio sistema de gestión energética."

Según su enfoque, alcance o propósito, las microrredes pueden clasificarse de la siguiente manera:

Microrredes comerciales/industriales: Se construyen generalmente con el objetivo de reducir la demanda y los costos durante la operación normal de las RGD. Aunque su operación durante interrupciones de suministro es también importante, especialmente para funciones críticas de centros de datos, por ejemplo.

Microrredes de comunidades/empresas de servicio: Se diseñan generalmente para mejorar la confiabilidad y también promueven la participación de la comunidad.

Microrredes de campus/institucionales: La mayoría de los campus ya tienen recursos de generación distribuida (GD), con tecnología de microrred ligándolos juntos. Son usualmente grandes y pueden vender la energía en exceso a la red eléctrica.

Microrredes militares: Se enfocan en la seguridad física y la ciberseguridad, tanto para bases fijas como para bases de operaciones de avanzada.

Microrredes remotas: Están permanentemente desconectadas de otras redes eléctricas y operan en modo isla.

Una microrred se puede conectar y desconectar para operar en modo isla, o para producir o consumir energía de la red de distribución.

Conectada a la RGD. Este es el modo normal de operación de una microrred, sin perturbar la calidad de la energía de la RGD. En este modo, la microrred puede hacerse cargo de todo su suministro, o bien, en función de la generación total de la energía de la red de distribución local, en el entorno de la RGD puede importar o exportar electricidad.

Modo Isla. En este modo, la microrred opera aislada de la RGD, produciendo y consumiendo su propia energía. En este modo de operación se garantiza la continuidad del servicio a las cargas conectadas en caso de fallas en la RGD. Su autonomía dependerá de su capacidad de generación vs consumo de KWh de las cargas conectadas.

Las microrredes se pueden clasificar en tres grupos, dependiendo del manejo de cargas y de generación distribuida que se quiera implementar, mismo que define la topología en los buses de corriente alterna (CA) y corriente directa (CD).

Microrredes de Corriente Alterna (CA). Es la microrred más utilizada en México. Cuenta con un bus común de CA al cual se conectan cargas que funcionan con corriente alterna/ directa, fuentes de energía renovable y sistemas de almacenamiento de energía. Se integran fácilmente a la red eléctrica convencional, pero presentan un decremento en su eficiencia energética, debido a la conversión de corriente directa/alterna de sus recursos, a problemas de sincronización de generadores distribuidos y al desbalanceo trifásico.

Microrredes de Corriente Directa (CD). Emplea un bus de CD para conectarse a su red local con un convertidor CA/ CD. Comparada con la microrred de CA, la microrred de CD es más eficiente, al reducirse las pérdidas de conversión de energía. En este tipo de microrredes los aparatos electrodomésticos, iluminación, computadoras, vehículos eléctricos, paneles fotovoltaicos, baterías, volantes de inercia etc., trabajan con convertidores CD/CD de alta eficiencia.

Microrredes híbridas de Corriente Alterna-Directa. Es una combinación de microrredes de CA y CD en el mismo segmento de red, facilitando la integración de recursos de generación distribuida en CA y CD, sistemas de almacenamiento de energía y de las cargas. Con las ventajas de ambos tipos de microrredes, se facilita la integración de RGD, y se reducen las etapas de conversión de energía y pérdidas de energía.

De acuerdo con el marco jurídico en materia energética vigente en México, con la Ley de Transición Energética (LTE) el autoabastecimiento de energía eléctrica favorece la incorporación de los recursos energéticos distribuidos en las microrredes eléctricas, y con ello contribuye a la operación confiable de las redes generales de distribución.

La apertura del Mercado Eléctrico Mayorista (MEM) implica la opción para que los usuarios finales participen en el mercado con su propia generación, vendiendo su excedente de energía para obtener beneficios económicos de ello, tal como ocurre en los mercados internacionales. Existe también el concepto, denominado: Demanda Controlable, el cual entrará en operación en el MEM mexicano en el futuro cercano, reduciendo la demanda de algunas cargas que así lo acepten, esto quiere decir que los usuarios pueden ofertar la energía que no consumen a cambio de alguna contraprestación, lo que permitirá diferir inversiones en generación para horas pico.

Ante este escenario, las microrredes deben considerar en su integración estos elementos de mercado eléctrico, para poder hacerle frente a los esquemas tarifarios nacionales, en caso de interconexión con la Red Eléctrica Nacional.

Como parte de la propuesta para el CEMIE-Redes, recientemente sometida al Fondo de Sustentabilidad Energética SENER-CONACYT, el INEEL incluyó un proyecto estratégico denominado: "Microrred eléctrica para desarrollar, integrar y evaluar tecnologías de generación distribuida, y el impacto en la futura red eléctrica inteligente Mexicana", en donde se coordinará a un grupo multidisciplinario de expertos de diferentes instituciones, para desarrollar una plataforma orientada a la investigación para el diseño, análisis y evaluación de microrredes con altos niveles de eficiencia y resiliencia, para su integración y exploración de nuevos servicios y mercados en la futura Red Eléctrica Inteligente de México.

El proyecto de la microrred impactaría positivamente en el desarrollo tecnológico del Sector Eléctrico de México, como parte de la innovación se evaluarán los impactos de la generación distribuida a las RGD, principalmente con componentes de fuentes renovables, también se analizará el comportamiento de los diferentes elementos al operar en forma autónoma e interconectada a la RGD. Se desarrollará un EMS (Energy Management System) y un BEMS (Building Energy Management System), estos sistemas administrarán la energía en forma más eficiente. Con el sistema de almacenamiento y convertidores locales de energía se integrará la inercia sintética a la microrred para participar como un elemento de apoyo en las RGD.

Con respecto a las políticas públicas, el proyecto establecerá los elementos técnicos para el impulso y aprovechamiento de los recursos energéticos y para el soporte de las RGD, también será un elemento básico de apoyo a la electrificación rural en zonas sin abasto de energía por parte de la CFE. Finalmente, la plataforma desarrollada establecerá las bases de apoyo para la gestión normativa, educativa y social, para el desarrollo de las microrredes en México.

La transición energética de México favorece el desarrollo y despliegue de microrredes eléctricas con generación en base, principalmente, de fuentes de energía limpia.

Las microrredes cuentan con la capacidad de autoabastecerse y, además de operar de forma aislada cuando sea necesario, pueden contribuir a la operación confiable de las Redes Generales de Distribución.

La administración o gestión de la energía es indispensable en una microrred para que opere de manera confiable y eficiente.

El desarrollo de mercados transactivos de energía eléctrica podría ofrecer modelos de negocios innovadores para las microrredes eléctricas.

Autores:
Javier Meneses Ruiz, jmeneses@ineel.mx
Julio César Montero Cervantes, jcmc@ineel.mx
Hebert Godínez Enríquez, hgodinez@ineel.mx


Los autores agradecen el apoyo del Doctor Joseph Guerrero, de la Universidad de Aalborg en Dinamarca, para la elaboración de este artículo.