Fuera de la red o fuera de la red es una característica de los edificios y un estilo de vida [1] diseñados de manera independiente sin depender de uno o más servicios públicos . El término "fuera de la red" tradicionalmente se refiere a no estar conectado a la red eléctrica , pero también puede incluir otros servicios públicos como agua, gas y sistemas de alcantarillado, y puede escalar desde hogares residenciales hasta pequeñas comunidades. La vida fuera de la red permite que los edificios y las personas sean autosuficientes, lo cual es ventajoso en lugares aislados donde los servicios públicos normales no pueden llegar y es atractivo para quienes desean reducir el impacto ambiental y el costo de vida. En general, un edificio aislado de la red debe poder suministrarse energía y agua potable, así como gestionar alimentos, residuos y aguas residuales.
La energía para energía eléctrica y calefacción puede derivarse de la quema de hidrocarburos (por ejemplo, generadores diésel, calefacción de propano) o generarse in situ con fuentes de energía renovables como la solar (particularmente con energía fotovoltaica ), la eólica o la microhidráulica . [2] Otras formas de energía incluyen la biomasa, comúnmente en forma de madera, desechos y combustibles alcohólicos, y la energía geotérmica, que utiliza las diferencias en la temperatura subterránea con respecto al aire interior normal de los edificios. [3] Es posible eliminar simplemente la escasez de energía, por ejemplo, con tecnología solar y eólica, como en las comunidades Amish del Antiguo Orden (aunque se usan y sancionan, no todas están de acuerdo) [4] y en las comunidades menonitas del Antiguo Orden , y muchos amish todavía usan máquinas de vapor. . [5]
Los edificios conectados a la red reciben electricidad de las centrales eléctricas, que utilizan principalmente recursos naturales como el carbón y el gas natural como energía para convertirla en energía eléctrica. El desglose de las fuentes de energía mundiales de 2017 [6] muestra que el mundo, que depende principalmente de la energía de la red, utiliza una mayoría de energías no renovables, mientras que las energías renovables populares, como la energía solar fotovoltaica y la energía eólica, son una pequeña porción. Cuando están fuera de la red, como en África, donde el 55% de la población no tiene acceso a la electricidad, [7] los edificios y hogares deben aprovechar las fuentes de energía renovables que los rodean, porque son las más abundantes y permiten la autosuficiencia. .
La energía solar fotovoltaica (PV), que utiliza energía del sol, es una de las soluciones energéticas más populares para edificios aislados de la red. Los paneles fotovoltaicos (paneles solares) permiten convertir la energía del sol en energía eléctrica. La energía fotovoltaica depende de la radiación solar y de la temperatura ambiente. Otros componentes necesarios en un sistema fotovoltaico incluyen controladores de carga, inversores y controles de apagado rápido. [8] Estos sistemas brindan a los sitios fuera de la red la capacidad de generar energía sin conexión a la red. Cada trimestre, Bloomberg New Energy Finance evalúa a los fabricantes según sus proyectos reales durante el trimestre anterior y publica una lista de fabricantes de módulos (paneles) solares de nivel 1.
La energía eólica se puede aprovechar mediante turbinas eólicas. Los componentes de las turbinas eólicas constan de palas que son empujadas por el viento, cajas de cambios, controladores, generadores, frenos y una torre. [9] La cantidad de potencia mecánica capturada por una turbina eólica es un factor de la velocidad del viento, la densidad del aire, el área de rotación de las palas y el coeficiente de potencia aerodinámica de la turbina. [10]
Donde el agua abunda, la energía hidroeléctrica es una solución energética prometedora. La energía hidroeléctrica a gran escala implica una presa y un embalse, y las microhidráulicas a pequeña escala pueden utilizar turbinas en ríos con niveles constantes de agua. [11] [12] La cantidad de energía mecánica generada es un factor del flujo de la corriente, el tamaño de la turbina, la densidad del agua y el coeficiente de potencia, similar a las turbinas eólicas. La energía de las olas y las mareas también puede proporcionar energía a las zonas costeras. [13]
Cuando las energías renovables producen energía que no se necesita actualmente, la energía eléctrica generalmente se dirige a cargar una batería. Esto resuelve los problemas de intermitencia causados por la producción no constante de energías renovables y permite variaciones en las cargas de los edificios. Las baterías comunes incluyen la batería de plomo-ácido y la batería de iones de litio. [14]
Para protegerse contra problemas de intermitencia y fallas del sistema, muchas comunidades fuera de la red crean sistemas de energía híbridos. Estos combinan energías renovables tradicionales como la energía solar fotovoltaica y generadores eólicos, microhidráulicos, baterías o incluso diésel. Esto puede resultar más económico y eficaz que ampliar o mantener las redes en comunidades aisladas. [15]
Históricamente, las aplicaciones remotas, como faros, estaciones meteorológicas y similares, que consumen una cantidad pequeña pero continua de energía, eran alimentadas por generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), cuyos radioisótopos necesarios se extraían del combustible nuclear gastado o se producían en instalaciones dedicadas. Tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos emplearon numerosos dispositivos de este tipo en la Tierra y cada sonda del espacio profundo que llega más allá de la órbita de Marte (e incluso algunas en el sistema solar interior) ha tenido un RTG para proporcionar energía donde los paneles solares ya no suministran suficiente electricidad. por unidad de masa.
La electricidad producida por la energía fotovoltaica es de corriente continua y se almacena en baterías, ya que los edificios de corriente continua y CC eliminarían la necesidad de conversiones de CA a CC . Un tercio de la electricidad en el hogar ya se utiliza como CC para aparatos electrónicos , luces LED y otros electrodomésticos . El mercado de electrodomésticos DC está madurando, algo necesario para tener un hogar 100% alimentado DC. El panel eléctrico , los disyuntores y los fusibles deberían reemplazarse con componentes compatibles con CC si se adapta una casa de CA a CC. Para la medición neta , para volver a vender a la red, aún se necesitaría un inversor , y también para usar la red como respaldo, si todavía se usa un sistema eléctrico conectado a la red . La electricidad de CC no se transmite de manera eficiente a través de líneas eléctricas a largas distancias, pero si se genera y almacena en baterías en el sitio, es entre un 10 y un 20 por ciento más eficiente mantenerla como CC y hacer funcionar los electrodomésticos de esa manera sin invertir . [16] [17] [18]
Se podrían utilizar tipos de sistemas de enfriamiento pasivos fuera de la red de energía solar para enfriar casas y/o refrigeración, incluidos algunos que no requieren componentes eléctricos y permiten energía almacenada químicamente a pedido. Esto puede ser útil para la mitigación y adaptación al cambio climático . [19] [20]
Meshnets como BATMAN podrían usarse para mantener o establecer comunicaciones sin infraestructura convencional. [21] Además, las tecnologías de comunicaciones fuera de la red podrían usarse para el monitoreo ambiental, de seguridad y agrícola, así como para comunicaciones y coordinación de emergencia, como por ejemplo para la asignación de trabajos .
Los drones se han utilizado para la atención sanitaria fuera de la red, especialmente en las regiones más remotas del mundo. Con las comunicaciones habilitadas, entregan muestras de prueba, medicamentos, vacunas, alimentos, agua y antídotos. [22] [23]
Se informó que las técnicas de gestión de residuos a pequeña escala en Europa occidental, a menudo para residuos específicos o estandarizados, utilizan principalmente una de dos estrategias principales: tratamiento aeróbico (con plantas) y anaeróbico (con producción de biogás ). [24]
El agua es una consideración crucial en el entorno fuera de la red, que debe recolectarse, usarse y eliminarse de manera eficiente para aprovechar el medio ambiente. Hay muchas formas de suministrar agua para uso doméstico en interiores, que varían según el acceso y las preferencias locales.
Los arroyos, estanques, ríos y lagos cercanos son puntos de fácil acceso al agua dulce. Los océanos también pueden considerarse con una desalinización adecuada.
Este método tradicional implica excavar hasta donde hay agua presente y abundante bajo tierra, generalmente hasta el nivel freático o hasta un acuífero, y sacarla para su uso, o recolectarla en manantiales donde el agua subterránea sale a la superficie. [25] Los sistemas para llevar agua subterránea a los edificios incluyen bombas accionadas por energía eólica y solar o bombas manuales. [26] El agua de pozo debe analizarse periódicamente y cuando se produzcan cambios en el sabor, el olor o la apariencia del agua para garantizar su calidad. [27]
Este sistema depende del clima para proporcionar agua. Los sistemas de captación se diseñan en función de la demanda de agua de los usuarios y las características locales de las precipitaciones. [28] El agua de lluvia generalmente se canaliza desde el techo de un edificio a tanques de agua donde se almacena hasta que se necesita.
Otro método, menos autosuficiente, consiste en llevar grandes cantidades de agua limpia al lugar donde se almacena. Este sistema depende del acceso a agua potable en otros lugares y del transporte al sitio fuera de la red. [29]
Los generadores de agua atmosférica tienen un gran potencial para la generación de agua fuera de la red. [30]
Cualquiera que sea el origen del agua, debe ser segura para beber y utilizar en interiores. Para diversos problemas relacionados con la calidad del agua, se encuentran disponibles diferentes estrategias de tratamiento del agua.
Una barrera física permite el paso del agua y bloquea las impurezas en el agua y, si el filtro es lo suficientemente fino, puede filtrar los contaminantes biológicos. [31]
Para desinfectar el agua se introducen cloro, dióxido de cloro y ozono que matan los microorganismos. [32]
Un sistema UV utiliza bombillas que emiten luz ultravioleta en agua filtrada para matar todo tipo de virus, bacterias y protozoos. [33]
Un enfoque menos típico consiste en aplicar una corriente al agua a la que se le ha añadido una pequeña solución salina para desinfectar los contaminantes biológicos. [34] Combinado con la filtración, este es un medio para proporcionar agua potable segura.
Algunas aguas subterráneas pueden tener altos niveles de salinidad [35] y pueden ser no potables, lo que se fija mediante destilación. Las comunidades costeras pueden beneficiarse al obtener agua del océano mediante el uso de plantas desalinizadoras que eliminan la sal.
La presencia de ciertos minerales en el agua crea agua dura que puede obstruir las tuberías con el tiempo, interferir con el jabón y los detergentes y puede dejar espuma en vasos y platos. Los sistemas de ablandamiento de agua introducen iones de sodio y potasio que hacen que los minerales duros precipiten. [36]
Para los edificios fuera de la red, es necesario un uso eficiente del agua para evitar que se agote el suministro de agua. Si bien, en última instancia, esto depende del hábito, las medidas implican accesorios de bajo flujo para grifos, cabezales de ducha e inodoros, lo que disminuye el caudal de los grifos o el volumen de agua por descarga para reducir el agua total utilizada. El agua se puede eliminar de los sanitarios mediante el uso de un sanitario de compostaje . [37] Los detectores automáticos de fugas y los cierres de grifos pueden reducir la cantidad de agua desperdiciada. El reciclaje de aguas grises puede ahorrar aún más agua al reutilizar el agua de los grifos, duchas, lavavajillas y lavadoras de ropa. Esto se logra mediante el almacenamiento y tratamiento de las aguas grises, que luego pueden reutilizarse como fuente de agua no potable.
Si una casa aislada no está conectada a un sistema de alcantarillado, también se debe incluir un sistema de aguas residuales . La gestión de aguas residuales in situ suele realizarse mediante almacenamiento y lixiviación. Se trata de almacenar aguas grises y negras en una fosa séptica o tanque de aireación para su tratamiento, que está conectado a un campo de lixiviación que permite que el agua se filtre lentamente hacia el suelo. Si bien también hay disponibles opciones de tratamiento de aguas residuales más costosas, este es un medio confiable y común para eliminar las aguas residuales sin contaminar el medio ambiente.
Debido a que los edificios y comunidades fuera de la red dependen principalmente de energía renovable, la vida fuera de la red es generalmente buena para el medio ambiente con poco impacto negativo. Los sistemas de energía híbridos también brindan a las comunidades una forma sostenible de vivir sin la dependencia y el costo de estar conectados a infraestructura pública que puede ser poco confiable en los países en desarrollo. Generalmente, preocupaciones aisladas de impacto ambiental son el uso de generadores diésel, que producen gases de efecto invernadero, baterías, que utilizan muchos recursos para fabricarse y pueden ser peligrosas , y la contaminación en ambientes naturales por desechos sólidos y aguas residuales. Es prudente señalar que, si bien las preocupaciones a continuación abordan los impactos ambientales negativos, desconectarse de la red en su conjunto es una opción viable para ayudar a reducir los impactos en el medio ambiente al reemplazar los edificios conectados a la red que contribuyen al calentamiento global y al cambio climático.
Canadá tiene alrededor de 175 comunidades aborígenes y del norte fuera de la red, definidas como "una comunidad que no está conectada a la red eléctrica de América del Norte ni a la red de gas natural por tuberías; es permanente o de largo plazo (5 años o más), y Los asentamientos tienen al menos 10 edificios permanentes." [38] Asuntos Aborígenes y Desarrollo del Norte de Canadá enumera las siguientes preocupaciones ambientales para estas comunidades fuera de la red:
También se deben considerar los impactos ambientales de los sistemas utilizados en edificios fuera de la red debido a la energía incorporada , el carbono incorporado , la elección y la fuente de los materiales, que pueden contribuir a problemas mundiales como el cambio climático, la contaminación del aire, el agua y el suelo , y los recursos . agotamiento y más. [39]
El concepto de una comunidad sostenible fuera de la red debe tener en cuenta las necesidades básicas de todos los que viven en la comunidad . Para llegar a ser verdaderamente autosuficiente , la comunidad necesitaría proveerse de su propia energía eléctrica , alimentos, refugio y agua . El uso de energía renovable , una fuente de agua in situ , agricultura sostenible y técnicas agrícolas verticales es fundamental para sacar a una comunidad de la red. Un diseño conceptual reciente de Eric Wichman muestra una comunidad multifamiliar que combina todas estas tecnologías en un vecindario autosuficiente . Para hacer crecer la comunidad, simplemente agregue vecindarios usando el mismo modelo que el primero. Una comunidad autosostenible reduce su impacto en el medio ambiente al controlar sus residuos y su huella de carbono .
En situaciones en las que se ha alcanzado la paridad de la red , resulta más barato generar la propia electricidad que comprarla de la red. Esto depende de los costos de los equipos, la disponibilidad de fuentes de energía renovables y el costo de la conexión a la red. Por ejemplo, en determinadas zonas remotas una conexión a la red sería prohibitivamente cara, lo que daría lugar a que se alcanzara inmediatamente la paridad de red.
A menudo se hace en edificios residenciales que sólo se ocupan ocasionalmente, como cabañas de vacaciones, para evitar los altos costos iniciales de las conexiones tradicionales de servicios públicos. Otras personas optan por vivir en casas donde el costo de los servicios públicos externos es prohibitivo, o a una distancia tal que resulta poco práctico. En su libro Cómo vivir fuera de la red, Nick Rosen enumera siete razones para desconectarse de la red. Los dos principales son ahorrar dinero y reducir la huella de carbono. Otros incluyen a los supervivientes , que se preparan para el colapso de la economía petrolera y devuelven la vida al campo. [40]
Los sistemas eléctricos centralizados confiables han proporcionado constancia en el suministro, lo que ha impulsado a las sociedades y sus economías. [41] La electricidad brinda oportunidades para mejorar la productividad, el aprendizaje y los usos finales higiénicos en el hogar, como cocinar sin el uso de fuentes contaminantes de combustible de biomasa; sin embargo, en 2016, el 20 por ciento de las personas en todo el mundo vivían sin ella. [42] Se prevé que cerrar la brecha entre el actual suministro insuficiente de electricidad de la red y el acceso universal requerirá 17 billones de dólares y 30 años, incluso con un calendario riguroso. [43] Los investigadores han argumentado que la falta de infraestructura energética centralizada puede resultar en una baja resiliencia a los daños a la productividad y la propiedad causados por climas cambiantes y condiciones climáticas severas. [43] [44] Además, las ventajas de la generación y distribución central de energía están disminuyendo ante la degradación climática debido a la generación impulsada por combustibles fósiles, la vulnerabilidad a eventos climáticos extremos y la manipulación electrónica, y procesos regulatorios y de diseño cada vez más complejos. [41]
Los sistemas energéticos descentralizados y fuera de la red pueden constituir una alternativa provisional sostenible a la ampliación de las redes nacionales a los clientes rurales. [44] Aquellos que utilizan energía limitada fuera de la red como paso hacia un eventual acceso a la red pueden acumular conocimientos, comportamientos y productos energéticamente eficientes que confieren mayor resiliencia, mientras que las redes de la red aumentan en confiabilidad [44] y neutralidad de carbono . Sin embargo, proporcionar electricidad fuera de la red a usuarios rurales sin incluir también capacitación y educación sobre su uso y aplicaciones puede resultar en una subutilización. [43] [45] Para contrarrestar esta posibilidad, los sistemas fuera de la red deben reflejar las estructuras culturales, los valores y las costumbres de las comunidades anfitrionas. [42] [46]
Los sistemas eléctricos fuera de la red pueden alimentar residencias individuales o una comunidad vinculada en un acuerdo compartido conocido como microrred . Además, pueden funcionar con fuentes de energía renovables o con combustibles fósiles convencionales. En Kenia, el municipio de Mpeketoni inició en 1994 un proyecto comunitario de microrred alimentada por diésel (el Proyecto de Electricidad de Mpeketoni [MEP]) con un desembolso de aproximadamente 40.000 dólares estadounidenses, y con el tiempo creció hasta dar servicio a 105 residencias y 116 establecimientos comerciales, educativos, edificios gubernamentales y sanitarios. [47] El MEP demostró efectos inesperados de la oferta y la demanda cuando los artesanos que utilizaban herramientas alimentadas por electricidad del MEP aumentaron su productividad lo suficiente como para provocar la depreciación de sus productos, lo que requirió una reducción de sus precios; sin embargo, mayores volúmenes de ventas finalmente compensaron estas pérdidas. [47] La electricidad del MEP facilitó el almacenamiento en frío de productos agrícolas, además del bombeo de pozos, lo que permitió a los estudiantes que anteriormente pasaban varias horas al día acarreando agua, pasar ese tiempo estudiando por la noche con luz eléctrica. [47] La electricidad proporcionada por el MEP también amplió las horas de enseñanza y el saneamiento en las escuelas locales a través de iluminación eléctrica y agua bombeada. [47] El proyecto fuera de la red del MEP tuvo numerosos beneficios directos e indirectos para los miembros de la comunidad, y debido a que el MEP enfatizó la promoción de los usos de la electricidad y la comunidad tenía la capacidad de pagar tarifas nominales por su uso, el proyecto logró un costo del 94 por ciento. recuperación en sus primeros diez años de funcionamiento. [47]
La generación fuera de la red a veces puede inhibir los esfuerzos por desarrollar infraestructura permanente, como en el caso de dispositivos para la generación de agua y redes permanentes de suministro de agua por tuberías . [30] Además, las redes pueden ser a menudo sustancialmente más eficientes, efectivas o necesarias –como en el caso de las redes inteligentes y las superrredes para la energía sostenible– y, por lo tanto, a menudo sólo pueden ser útiles a gran escala para el desarrollo de alternativas por parte de comunidades autónomas, como respaldo, para respuesta a desastres , para otra ayuda humanitaria durante la reubicación temporal y para apoyo inicial al desarrollo de infraestructura a largo plazo.
Los laboratorios terrestres brindan un entorno de aula al aire libre para que los estudiantes aprendan sobre tecnología y métodos fuera de la red. Dentro de un laboratorio terrestre, los estudiantes pueden aprender sobre permacultura, energía fotovoltaica, captación de agua de lluvia, cría de animales, compostaje, horticultura, sistemas de biocarbón, digestores de metano, calentadores de masa de cohetes, horticultura, ecología y muchos otros conceptos fuera de la red.
Las escuelas públicas, las escuelas autónomas, las escuelas privadas y las escuelas en el hogar pueden beneficiarse del uso de un entorno de laboratorio terrestre para enseñar a los estudiantes sobre sostenibilidad, independencia y sistemas ecológicos.
El despliegue de 52 sistemas eléctricos independientes por parte de Western Power ya se ha completado, lo que le permite eliminar alrededor de 230 km de líneas eléctricas aéreas. pudo evitar la costosa sustitución de unos 230 kilómetros de líneas eléctricas aéreas. Los sistemas de energía autónomos (SAPS) combinaron varias cantidades de energía solar, almacenamiento de baterías y un generador diésel de respaldo, todo dependiendo de las necesidades y el consumo del cliente.
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