Fuera de la red o fuera de la red es una característica de los edificios y un estilo de vida [1] diseñado 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 que 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. Generalmente, un edificio fuera de la red debe poder suministrar energía y agua potable para sí mismo, así como gestionar alimentos, desechos y aguas residuales.
La energía para la electricidad y la calefacción se puede derivar de la quema de hidrocarburos (por ejemplo, generadores diésel, calefacción a propano) o generarse en el sitio con fuentes de energía renovables como la solar (en particular con energía fotovoltaica ), la eólica o la microhidráulica . [2] Las formas adicionales de energía incluyen la biomasa, comúnmente en forma de madera, desechos y combustibles de alcohol y la energía geotérmica, que utiliza las diferencias de temperatura subterránea para regular los ambientes del aire interior de los edificios. [3] Es posible eliminar simplemente la escasez de energía (por ejemplo, a través de tecnología solar y eólica como en las comunidades Amish del Viejo Orden - aunque se usan y se sancionan, no todos están de acuerdo) [4] y Menonitas del Viejo Orden , y muchos Amish todavía usan máquinas de vapor . [5]
Los edificios conectados a la red reciben electricidad de plantas de energía, que utilizan principalmente recursos naturales como carbón y 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 red eléctrica, utiliza una mayoría de energías no renovables, mientras que las renovables populares, como la solar fotovoltaica y la eólica, son una pequeña parte. Cuando no están conectados a la red, como en África, donde el 55% de las personas no tienen acceso a la electricidad, [7] los edificios y las viviendas deben aprovechar las fuentes de energía renovables que los rodean, porque son las más abundantes y permiten la autosuficiencia.
La energía solar fotovoltaica (FV), que utiliza la energía del sol, es una de las soluciones energéticas más populares para los edificios que no están conectados a la red eléctrica. Los 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 que no están conectados a la red la capacidad de generar energía sin conexión a la red. Cada trimestre, Bloomberg New Energy Finance evalúa a los fabricantes en función de sus proyectos reales durante el trimestre anterior y publica una lista de fabricantes de módulos solares (paneles) de primer nivel.
La energía eólica se puede aprovechar mediante turbinas eólicas. Los componentes de las turbinas eólicas consisten en palas impulsadas por el viento, cajas de cambios, controladores, generadores, frenos y una torre. [9] La cantidad de energía mecánica capturada de 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]
En los lugares donde el agua es abundante, la energía hidroeléctrica es una solución energética prometedora. La energía hidroeléctrica a gran escala implica una presa y un embalse, y la microcentral hidroeléctrica a pequeña escala puede utilizar turbinas en ríos con niveles constantes de agua. [11] [12] La cantidad de energía mecánica generada es un factor del caudal de la corriente, el tamaño de la turbina, la densidad del agua y el coeficiente de potencia, de forma 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 en ese momento, la energía eléctrica suele destinarse 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 más comunes son las de plomo-ácido y las de iones de litio. [14]
Para protegerse contra problemas de intermitencia y fallas del sistema, muchas comunidades que no están conectadas a la red eléctrica crean sistemas de energía híbridos. Estos combinan energías renovables tradicionales como la solar fotovoltaica y la eólica, la microcentral hidroeléctrica, las baterías o incluso los generadores diésel. Esto puede resultar más económico y más eficaz que extender o mantener las redes a comunidades aisladas. [15]
Históricamente, las aplicaciones remotas, como faros, estaciones meteorológicas y similares, que consumen una cantidad pequeña pero continua de energía, se alimentaban con generadores termoeléctricos de radioisótopos (RTG), cuyos radioisótopos necesarios se extraían del combustible nuclear gastado o se producían en instalaciones especializadas. Tanto la Unión Soviética como los Estados Unidos emplearon numerosos dispositivos de este tipo en la Tierra y todas las sondas espaciales que han llegado más allá de la órbita de Marte (e incluso algunas al sistema solar interior) han contado con un RTG para proporcionar energía allí 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 como corriente continua y los edificios de CC eliminarían la necesidad de conversiones de CA a CC . Un tercio de la electricidad en el hogar se usa como CC para dispositivos electrónicos , luces LED y otros electrodomésticos . El mercado de electrodomésticos de CC está madurando, lo que es necesario para tener una casa alimentada al 100% con CC. El panel eléctrico , los disyuntores y los fusibles tendrían que reemplazarse con componentes compatibles con CC si se adapta una casa de CA a CC. Para la medición neta , para vender de vuelta a la red, todavía 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 a través de líneas eléctricas de manera eficiente a largas distancias, pero si se genera y almacena en baterías en el sitio, es un 10-20 por ciento más eficiente mantenerla como CC y hacer funcionar los electrodomésticos de esa manera sin invertir . [16] [17] [18]
Se podrían utilizar sistemas de refrigeración pasivos fuera de la red que utilicen energía solar para enfriar viviendas o para refrigeración, incluidos algunos que no requieren componentes eléctricos y permiten almacenar energía química a demanda. Estos sistemas pueden ser útiles para la mitigación y adaptación al cambio climático . [19] [20]
Las redes en malla como BATMAN podrían utilizarse para mantener o establecer comunicaciones sin infraestructura convencional. [21] Además, las tecnologías de comunicaciones fuera de la red podrían utilizarse para el monitoreo ambiental, de seguridad y agrícola, así como para comunicaciones y coordinación de emergencia, como para la asignación de trabajo .
Los drones se han utilizado para la atención sanitaria fuera de la red eléctrica, especialmente en las regiones más remotas del mundo. Si se habilitan las comunicaciones, se pueden enviar muestras para análisis, 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 tratamiento anaeróbico (con producción de biogás ). [24]
El agua es un elemento fundamental en los entornos sin red eléctrica, ya que debe recolectarse, usarse y desecharse de manera eficiente para aprovechar el medio ambiente. Existen 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 para obtener agua dulce. También se puede considerar el uso de los océanos con una desalinización adecuada.
Este método tradicional implica excavar hasta donde hay agua presente y abundante bajo tierra, generalmente hasta el nivel freático o un acuífero, y sacarla para su uso, o recolectarla en manantiales donde el agua subterránea llega a la superficie. [25] Los sistemas para llevar agua subterránea a los edificios incluyen bombas impulsadas 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 obtener agua. Los sistemas de captación se diseñan en función de la demanda de agua de los usuarios y las características de las precipitaciones locales. [28] El agua de lluvia suele canalizarse desde el techo de un edificio hasta los 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 otro lugar y del transporte hasta el lugar fuera de la red. [29]
Los generadores de agua atmosférica tienen un gran potencial para la generación de agua fuera de la red. [30]
Independientemente de dónde provenga el agua, debe ser segura para beber y usar en espacios cerrados. Existen diferentes estrategias de tratamiento del agua para diversos problemas relacionados con la calidad del agua.
Una barrera física permite que el agua pase y bloquea las impurezas en el agua y, si el filtro es lo suficientemente fino, puede filtrar contaminantes biológicos. [31]
Para desinfectar el agua se introducen sustancias como el cloro, el dióxido de cloro y el 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 de sal para desinfectar los contaminantes biológicos. [34] Combinado con la filtración, es un medio para proporcionar agua potable segura.
Algunas aguas subterráneas pueden tener altos niveles de salinidad [35] y pueden no ser potables, lo que se soluciona mediante destilación. Las comunidades costeras pueden beneficiarse obteniendo 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 dejar residuos en los vasos y los platos. Los sistemas de ablandamiento de agua introducen iones de sodio y potasio que hacen que los minerales duros se precipiten. [36]
En el caso de los edificios que no están conectados a la red, es necesario hacer un uso eficiente del agua para evitar que se agote el suministro. Si bien esto depende en última instancia de los hábitos, las medidas incluyen accesorios de bajo caudal para grifos, cabezales de ducha e inodoros que reducen 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 inodoros mediante el uso de un inodoro de compostaje . [37] Los detectores automáticos de fugas y los cierres de grifos pueden reducir las cantidades de agua desperdiciada. El reciclaje de aguas grises puede ahorrar aún más agua al reutilizar el agua de los grifos, las duchas, los lavavajillas y las lavadoras de ropa. Esto se hace almacenando y tratando las aguas grises, que luego se pueden reutilizar como fuente de agua no potable.
Si una casa que no está conectada a la red eléctrica no está conectada a un sistema de alcantarillado, también debe incluirse un sistema de aguas residuales . La gestión de las aguas residuales en el lugar generalmente se realiza mediante el almacenamiento y la lixiviación. Esto implica almacenar aguas grises y negras en un tanque séptico o un 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 opciones de tratamiento de aguas residuales más costosas, este es un medio común y confiable para eliminar las aguas residuales sin contaminar el medio ambiente.
Se podría salir de la red financiera mediante el uso de efectivo , tarjetas de débito , criptomonedas , monedas comunitarias alternativas , préstamos entre pares fuera de la red y monedas de lingotes . Podría ser útil para proteger los activos financieros de quiebras bancarias , fraude bancario , congelamiento de activos , pulso electromagnético y de acreedores o cobradores de deudas . [38]
Debido a que los edificios y comunidades fuera de la red dependen principalmente de energía renovable, la vida fuera de la red generalmente es buena para el medio ambiente y tiene 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 la infraestructura pública, que puede ser poco confiable en los países en desarrollo. En general, las preocupaciones aisladas sobre los impactos ambientales son el uso de generadores diésel, que producen gases de efecto invernadero, las baterías, que utilizan muchos recursos para fabricarse y pueden ser peligrosas , y la contaminación en entornos naturales por desechos sólidos y aguas residuales. Es prudente señalar que, si bien las preocupaciones a continuación abordan los impactos ambientales negativos, la vida fuera de la red en su conjunto es una opción viable para ayudar a reducir los impactos en el medio ambiente al reemplazar 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". [39] 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 , el agotamiento de los recursos y más. [40]
El concepto de una comunidad sostenible fuera de la red eléctrica debe tener en cuenta las necesidades básicas de todos los que viven en la comunidad . Para llegar a ser verdaderamente autosuficiente , la comunidad tendría que proporcionar toda su propia energía eléctrica , alimentos, refugio y agua . El uso de energía renovable , una fuente de agua en el lugar , la agricultura sostenible y las técnicas de cultivo vertical son fundamentales para sacar a una comunidad de la red eléctrica. 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 se agregan vecindarios utilizando el mismo modelo que el primero. Una comunidad autosuficiente reduce su impacto en el medio ambiente al controlar sus desechos y su huella de carbono .
En situaciones en las que se ha alcanzado la paridad de red , resulta más barato generar la propia electricidad que comprarla de la red. Esto depende de los costes de los equipos, de la disponibilidad de fuentes de energía renovables y del coste de la conexión a la red. Por ejemplo, en determinadas zonas remotas la conexión a la red sería prohibitivamente cara, lo que daría lugar a la paridad de red de inmediato.
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 de servicios públicos tradicionales. Otras personas optan por vivir en casas donde el costo de los servicios externos es prohibitivo, o a una distancia tal que resulta impráctico. En su libro How to live off-grid (Cómo vivir fuera de la red) , Nick Rosen enumera siete razones para vivir fuera de la red. Las dos principales son ahorrar dinero y reducir la huella de carbono. Otras incluyen los supervivientes , prepararse para el colapso de la economía petrolera y devolver la vida al campo. [41]
Los sistemas eléctricos centralizados y fiables han proporcionado una constancia de suministro que ha reforzado las sociedades y sus economías. [42] La electricidad ofrece oportunidades para mejorar la productividad, el aprendizaje y los usos finales higiénicos en el hogar, como cocinar sin el uso de fuentes de combustible de biomasa contaminantes, pero en 2016, el 20 por ciento de las personas en todo el mundo vivían sin ella. [43] Se ha proyectado que cerrar la brecha entre la actual falta de suministro de electricidad de la red y el acceso universal requerirá 17 billones de dólares y 30 años, incluso si se sigue un cronograma riguroso. [44] Los investigadores han argumentado que la falta de infraestructura energética centralizada puede dar lugar a una baja resiliencia a los daños a la productividad y la propiedad causados por el cambio climático y las condiciones meteorológicas extremas. [44] [45] Además, las ventajas de la generación y distribución centralizada de energía están disminuyendo ante la degradación climática debido a la generación alimentada por combustibles fósiles, las vulnerabilidades a los fenómenos meteorológicos extremos y la manipulación electrónica, y los procesos de diseño y reglamentación cada vez más complejos. [42]
Los sistemas de energía descentralizados y fuera de la red pueden constituir una alternativa provisional sostenible para ampliar las redes nacionales a los clientes rurales. [45] Quienes utilizan la energía fuera de la red limitada como trampolín hacia el acceso eventual 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 [45] y neutralidad de carbono . Sin embargo, proporcionar electricidad fuera de la red a los usuarios rurales sin incluir también capacitación y educación sobre su uso y aplicaciones puede resultar en una subutilización. [44] [46] Para contrarrestar esta posibilidad, los sistemas fuera de la red deben reflejar las estructuras culturales, los valores y las costumbres de las comunidades anfitrionas. [43] [47]
Los sistemas eléctricos fuera de la red pueden alimentar residencias individuales o una comunidad conectada en un arreglo compartido conocido como microrred . Además, pueden ser alimentados por fuentes de energía renovables o por combustibles fósiles convencionales. En Kenia, el municipio de Mpeketoni inició un proyecto de microrred comunitaria alimentada con diésel (el Proyecto de Electricidad de Mpeketoni [MEP]) en 1994 con una inversión de aproximadamente US$40.000, y eventualmente creció hasta dar servicio a 105 residencias y 116 edificios comerciales, educativos, gubernamentales y de atención médica. [48] El MEP demostró efectos imprevistos de oferta y demanda cuando los artesanos que usaban herramientas alimentadas con electricidad MEP aumentaron su productividad lo suficiente como para causar la depreciación de sus productos, lo que requirió una reducción de sus precios; sin embargo, mayores volúmenes de ventas eventualmente compensaron estas pérdidas. [48] La electricidad MEP facilitó el almacenamiento en frío de productos agrícolas, además del bombeo de pozos, lo que permitió que los estudiantes que anteriormente pasaban varias horas al día buscando agua pasaran ese tiempo estudiando por la noche con luz eléctrica. [48] La electricidad proporcionada por el MEP también amplió las horas de enseñanza y el saneamiento en las escuelas locales mediante iluminación eléctrica y agua bombeada. [48] 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 una recuperación de costos del 94 por ciento en sus primeros diez años de operación. [48]
La generación fuera de la red a veces puede inhibir los esfuerzos para desarrollar infraestructura permanente, como en el caso de los dispositivos para la generación de agua y las redes permanentes de suministro de agua potable . [30] Además, las redes a menudo pueden ser sustancialmente más eficientes y efectivas o necesarias, como en el caso de las redes inteligentes y las superredes para la energía sostenible , y, por lo tanto, a menudo solo pueden ser útiles a gran escala para el desarrollo de alternativas por parte de comunidades autónomas, como respaldo, para la respuesta a desastres , para otra ayuda humanitaria durante la reubicación temporal y para el apoyo inicial del desarrollo de infraestructura a largo plazo.
Los laboratorios terrestres ofrecen un entorno de aula al aire libre para que los estudiantes aprendan sobre tecnologías y métodos fuera de la red. En 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 charter, las escuelas privadas y la educación en el hogar pueden beneficiarse del uso de un entorno de laboratorio terrestre para enseñar a los estudiantes sobre la sostenibilidad, la independencia y los sistemas ecológicos.
La implementación de 52 sistemas de energía autónomos por parte de Western Power ya se ha completado, lo que le ha permitido eliminar alrededor de 230 km de líneas eléctricas aéreas. pudo evitar el costoso reemplazo de alrededor de 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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