Demanda dinámica es el nombre de una tecnología semipasiva para respaldar la respuesta a la demanda mediante el ajuste de la demanda de carga en una red eléctrica . También es el nombre de una organización independiente sin fines de lucro en el Reino Unido apoyada por una subvención 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 intermitentes domésticas e industriales se encienden y apagan en momentos óptimos para equilibrar la carga general de la red con la generación, lo que reduce los desajustes de energía críticos. [1] Como este cambio solo adelantaría o retrasaría el ciclo de funcionamiento del aparato unos segundos, sería imperceptible para el usuario final. Esta es la base del control dinámico de la demanda. En los Estados Unidos, en 1982, se emitió 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 de apagado.
Las empresas eléctricas pueden predecir con una precisión razonable (generalmente con un margen de error del uno o dos por ciento) el patrón de demanda a lo largo de un día determinado. Esto significa que el mercado libre de electricidad puede programar con antelación la carga base suficiente . Cualquier desequilibrio restante se debe a imprecisiones en la predicción o a cambios no programados en la oferta (como una avería en una central eléctrica ) o en la demanda. Estos desequilibrios se eliminan solicitando a los generadores que funcionen en el llamado modo de respuesta de frecuencia (también llamado modo de control de frecuencia ), alterando su salida de forma continua para mantener la frecuencia cerca del valor requerido.
La frecuencia de la red es un indicador de desequilibrio general de la potencia en todo el sistema. Por ejemplo, disminuirá si hay demasiada demanda porque los generadores comenzarán a disminuir ligeramente su velocidad. Un generador en modo de respuesta de frecuencia funcionará, en condiciones nominales , a una potencia reducida para mantener un margen de capacidad de reserva. Luego modificará continuamente su potencia segundo a segundo según las necesidades de la red con control de velocidad de caída .
Esta reserva de energía 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 que se utiliza para una respuesta rápida suele ser la que se alimenta con combustibles fósiles , que producen 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 mayores emisiones de gases de efecto invernadero .
En principio, cualquier aparato que funcione según un ciclo de trabajo (como aires acondicionados industriales o domésticos , calentadores de agua , bombas de calor y refrigeración ) podría usarse para proporcionar un servicio de equilibrio de red constante y confiable, cronometrando sus ciclos de trabajo en respuesta a la carga del sistema.
Como es posible medir la frecuencia de la red desde cualquier toma de corriente de la red, es posible diseñar controladores para aparatos eléctricos que detecten cualquier desequilibrio de frecuencia en tiempo real. Los aparatos que funcionan con demanda dinámica reaccionarían a esta misma señal. Cuando la frecuencia disminuye, es más probable que se apaguen, reduciendo la carga en la red y ayudando a restablecer el equilibrio. Cuando la frecuencia aumenta por encima del estándar, es más probable que se enciendan, consumiendo la energía sobrante. Obviamente, el controlador también debe garantizar que en ningún momento el aparato se desvíe de su rango de funcionamiento aceptable. Como la frecuencia de la línea está directamente relacionada con la velocidad de rotación de los generadores del sistema, millones de dispositivos de este tipo que actúen juntos actuarían como una enorme central eléctrica de reacción rápida en horas punta .
El controlador dinámico también podría proporcionar otros servicios auxiliares , como ayudar a la recuperación de arranque en negro (la capacidad de una red eléctrica de volver a funcionar después de un corte de energía ) si se programa con esa función. Generalmente, los arranques en negro se hacen más difíciles debido a la gran cantidad de cargas reactivas que intentan consumir energía simultáneamente en el arranque cuando los voltajes son bajos. Esto causa enormes sobrecargas que disparan los disyuntores locales y retrasan la recuperación total del sistema. El controlador dinámico podría hacer que estas cargas "esperen su turno", por así decirlo, hasta que se haya restablecido la energía total.
Otro servicio de equilibrio vital es la "reserva rápida", que consiste en utilizar una planta de reserva para reemplazar una posible pérdida de generación (por ejemplo, debido a una falla en el generador o a una pérdida de la línea eléctrica ). Al eliminar la carga rápidamente mientras los generadores en funcionamiento se ponen en marcha y luego volver a encenderlos para que la frecuencia vuelva a la estándar, los controladores dinámicos podrían ahorrar el alto costo de los generadores de reserva rápida . Además, la rápida velocidad de respuesta de este método evitaría posibles apagones .
La tecnología también podría ayudar a facilitar un mayor uso de la generación a partir de fuentes variables, como la energía eólica . Las técnicas orientadas a la demanda podrían ser una forma eficiente y rentable de ayudar a integrar este recurso en la red. En particular, permitiría que estas fuentes funcionen 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 demanda dinámica tienen el potencial de ahorrar cantidades considerables de energía gracias a los servicios que proporcionan. Pero antes de que el control de la demanda dinámica pueda incorporarse ampliamente, se debe establecer una regulación que obligue a instalarlos al menos en los nuevos aparatos o se debe crear un mecanismo de mercado eficaz para recompensar la instalación de la tecnología de manera justa. Un método contemplado es permitir que el medidor de electricidad que mide el consumo de electricidad 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 dirá entonces que se utilizaron tantas horas (y tantos kilovatios hora ) en la tarifa regular y unas pocas horas en la tarifa de suministro corto. Los consumidores que no tienen una gestión inteligente de la demanda tienen que pagar el costo adicional, pero aquellos que instalen tecnologías inteligentes que se adapten a los períodos de suministro corto 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 HVAC 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 una respuesta de regulación de frecuencia comercial a National Grid en el Reino Unido. La empresa ahora se llama Open Energi. [9]
La red nacional del Reino Unido ya es un usuario masivo de esta tecnología a escala industrial: se pueden perder hasta 2 GW de carga instantáneamente si los relés sensibles a la frecuencia apagan las acerías, etc., lo que se compensa en un ciclo de 20 minutos con hasta 2 GW de generadores diésel de emergencia bastante pequeños. Para una descripción completa de este complejo sistema, véase, por ejemplo, "Emergency Diesel Standby Generator's Potential Contribution to Dealing With Renewable Energy Sources Intermittency And Variability" (La posible contribución de los generadores diésel de emergencia para hacer frente a la intermitencia y variabilidad de las fuentes de energía renovables), una charla de David Andrews de Wessex Water, que trabaja en estrecha colaboración con la Red Nacional del Reino Unido para proporcionar este servicio, impartida en el seminario de la Open University "Coping with Variability - Integrating Renewables into the Electricity System" (Cómo hacer frente a la variabilidad: cómo integrar las energías renovables en el sistema eléctrico), el 24 de enero de 2006. [10]
En Francia se utilizan hasta 5 GW de generación de este tipo a partir de diésel para fines similares, pero estas tecnologías parecen ser relativamente desconocidas [11] [ se necesita una mejor fuente de información ] y no hay razón para que no se las amplíe masivamente [12] [ se necesita una mejor fuente de información ] para hacer frente incluso a la intermitencia introducida por la energía eólica.
En agosto de 2007, el gobierno del Reino Unido publicó un informe que describe el potencial que ve para 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 refrigeradores domésticos en el Reino Unido incorporando un sistema de control de carga dinámico. [14] [ se necesita una mejor fuente ]
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