Cómo las microrredes solares podrían llevar energía a millones de personas

El pueblo de Tanjung Batu Laut parece surgir de un manglar en una isla frente a la costa del Borneo malasio. Las casas, apoyadas sobre el agua sobre pilotes, están empedradas con madera contrachapada vieja, acero corrugado y alambre de gallinero oxidado. Pero camine hacia el interior y llegará a un claro cubierto con una serie de cien paneles solares montados sobre brillantes marcos de metal nuevos. Los cables gruesos transmiten energía desde los paneles a un edificio robusto con puertas y ventanas nuevas. Entra y la fuerte humedad da paso al aire fresco y seco. Las luces fluorescentes iluminan una fila de gabinetes de acero con luces intermitentes y pantallas de computadora.

El edificio es el centro de control de una pequeña instalación de generación de energía de dos años que proporciona electricidad a las aproximadamente 200 personas de la aldea. Las computadoras administran la energía proveniente de los paneles solares y de los generadores diesel, almacenando parte de ella en grandes baterías de plomo-ácido y despachando el resto para satisfacer la creciente demanda local. Antes de que se instalara la pequeña planta, la aldea no tenía acceso a electricidad confiable, aunque algunas familias tenían pequeños generadores diesel. Ahora todos los residentes tienen energía virtualmente ilimitada las 24 horas del día.

Esta historia fue parte de nuestro número de noviembre de 2012

• Ver el resto del número
• Suscribir

Muchos de los techos de acero ondulado de la aldea llevan de forma incongruente antenas parabólicas de televisión. Algunas casas, con techos hundidos y orificios en las paredes para las ventanas, contienen televisores de pantalla plana, ventiladores de techo, electrodomésticos que consumen mucha energía, como planchas y ollas arroceras, y dispositivos que deben funcionar día y noche, como congeladores. Un sábado por la tarde de este verano, los niños deambulaban con frescas rodajas de sandía que le habían comprado a Tenggiri Bawal, el dueño de una pequeña tienda ubicada en una de las partes más inestables de las pasarelas de madera elevadas que unen las casas. Tres días antes, había recibido un refrigerador, donde ahora guarda sandía, refrescos y otros productos. Bawal sonrió cuando los niños se agruparon fuera de su tienda y dijo, en su limitado inglés, Business is good.

Las microrredes brindan [una nueva forma] de llevar servicios de energía a comunidades fuera de la red. La pregunta es, ¿será esto simplemente una linda cosa de desarrollo? ¿O se convertirá en parte de la economía dominante?

En todo el mundo, mil quinientos millones de personas carecen de electricidad, la mayoría de ellos habitantes de zonas rurales. (En India, por ejemplo, 268 millones de personas carecen de electricidad en las zonas rurales, pero solo 21 millones en las ciudades). La Agencia Internacional de Energía dice que el tipo de planta de energía instalada en Batu Laut, conocida como microrred híbrida, será esencial para llevando el poder a muchos de ellos. Esto se debe a que conectar una comunidad remota a la red eléctrica convencional, con sus grandes plantas centralizadas, es costoso y puede llevar más de una década. En algunos casos, es posible que la geografía y la economía nunca permitan el acceso a la red. Las microrredes híbridas pueden proporcionar electricidad confiable al combinar de manera inteligente la energía de múltiples fuentes locales, y construirlas es mucho más barato y rápido que extender la red a las áreas donde vive la mayoría de las personas sin electricidad.

Optimal Power Solutions (OPS), la empresa australiana que diseñó la microrred en Batu Laut, está duplicando sus instalaciones este año en todo el sudeste asiático e India. Y varias otras empresas, incluidos gigantes industriales como GE y ABB, están desarrollando y vendiendo tecnología similar (consulte Microgrid Keeps the Power Local, Cheap, and Reliable).

La realidad, sin embargo, es mucho más complicada. Algunas de las primeras microrredes han tenido problemas y la electricidad que proporcionan es más cara que la de las redes eléctricas centrales de la ciudad, en algunos casos casi 10 veces más cara. La tecnología involucrada en las microrredes, y los sistemas utilizados para operarlas y mantenerlas, deberán mejorar significativamente si quieren llevar energía confiable a cientos de millones de personas.

El pronóstico de la Agencia Internacional de Energía y otros grupos es que en 20 años, todavía tendremos mil millones y medio de personas sin electricidad, dice Daniel Kammen, profesor de energía en la Universidad de California, Berkeley, y asesor de el programa Energía Sostenible para Todos de las Naciones Unidas. Las microrredes brindan la oportunidad de pensar en un modelo realmente nuevo de cómo llevar los servicios de energía a las comunidades fuera de la red. La pregunta es, ¿será esto simplemente una linda cosa de desarrollo? ¿O se convertirá en parte de la economía dominante?

Cerca de la aldea de Tanjung Batu Laut, una gran fila de paneles solares (derecha) alimenta una serie de baterías de plomo-ácido (izquierda) dentro de un edificio. Los generadores diesel que se encuentran en la cubierta cubierta completan la planta de energía de microrred.

Hambrientos de poder

Es difícil exagerar la importancia de la electricidad para el desarrollo económico y social. Los ventiladores de refrigeración hacen que las aulas sean más propicias para el aprendizaje, y las luces permiten a los estudiantes leer y hacer la tarea por la noche. Los refrigeradores evitan que los alimentos y las vacunas se echen a perder. Un suministro constante de electricidad puede impulsar el desarrollo económico, a menudo comenzando con ejemplos modestos de comercio ampliado como la tienda de Bawal. A medida que la gente gana dinero con tales empresas, pueden permitirse más electricidad que hace posibles proyectos más ambiciosos, estableciendo un ciclo de riqueza creciente; es un patrón que los economistas han documentado en un país tras otro. A largo plazo, brindar a las empresas acceso a energía abundante, confiable y asequible hace posible desarrollar un sector de fabricación robusto con instalaciones tales como fábricas de chips y plantas automotrices. En la búsqueda por lograr los objetivos de desarrollo sostenible de la ONU, el secretario general Ban Ki-Moon ha dicho que claramente la herramienta más importante será la energía.

Suministrar esa energía requerirá alguna alternativa a la tecnología de red convencional: la IEA estima que más de dos tercios de los habitantes rurales que carecen de electricidad en la actualidad necesitarán energía de algún tipo de fuente distribuida, ya sea microrredes o sistemas de energía independientes para hogares individuales. , porque están lejos de la red o viven en un área geográficamente inaccesible (ver En el mundo en desarrollo, la energía solar es más barata que los combustibles fósiles).

Algunas partes del interior de Malasia no se pueden conectar a la red, no tienen carreteras. Así que las microrredes son la única solución, dice Ramdan Baba, el director de los programas de electrificación rural de Malasia, hablando desde el piso 23 de un edificio de oficinas en un distrito gubernamental en expansión cerca de Kuala Lumpur. El gobierno calculó, por ejemplo, que conectar un grupo de aldeas a 130 kilómetros de la línea eléctrica más cercana costaría 250 millones de ringgits de Malasia, o alrededor de 80 millones de dólares. Es una gran cantidad de dinero solo para electrificar 10 aldeas con un total de 800 habitantes, dice. Una microrred solo costaría alrededor de 92 millones de ringgits [$ 30 millones] y proporcionaría un suministro confiable de electricidad las 24 horas.

Baba dice que es probable que el gobierno cumpla su objetivo de llevar electricidad al 95 por ciento de la población en el Borneo malasio para fin de año (al inicio del proyecto hace dos años, el 25 por ciento de esa población no tenía electricidad). El éxito de la tecnología hasta ahora ha llevado al gobierno a subir la apuesta. En un intento por llevar energía a áreas aún más difíciles de alcanzar y electrificar el 99 por ciento del Borneo de Malasia, planea aumentar las instalaciones de microrredes para 2015.

Ahora, el vecino menos acomodado de Malasia, Indonesia, y otras partes del sudeste asiático también están comenzando a utilizar estos sistemas. India ha experimentado con microrredes; su gobierno está considerando cómo la tecnología podría usarse más ampliamente en áreas rurales y para apuntalar la red urbana notoriamente poco confiable (ver Cómo se pueden evitar los cortes de energía en la India un día). En los países más pobres, como Bangladesh, donde casi el 60 por ciento de la población carece de electricidad, los gobiernos y los financiadores externos están actualmente más interesados ​​en fuentes de energía de menor escala, como linternas solares y cargadores de teléfonos celulares o pequeños paneles solares montados. en viviendas individuales. Lo mismo ocurre con países africanos como Kenia, donde el 84 por ciento de la población carece de energía. Sin embargo, las linternas solares no aportan muchos de los beneficios de una red eléctrica local. Las microrredes, concluye la IEA en su lenguaje mesurado, son una solución competitiva en las zonas rurales y pueden permitir el crecimiento de la demanda en el futuro.

A medida que las microrredes llevan energía a áreas remotas, los aldeanos enchufan televisores, equipos de sonido y electrodomésticos como refrigeradores (arriba a la izquierda), y el dueño de una tienda de conveniencia comienza a vender paletas heladas (abajo). Un aserradero funciona con una microrred (arriba a la derecha).

Sin embargo, si la experiencia en Malasia es una indicación, el despliegue de los sistemas podría ser lento e ineficiente, en parte porque los gobiernos y las empresas de servicios públicos pueden desconfiar de las nuevas tecnologías. En Batu Laut, el gobierno requirió que OPS instalara 600 kilovatios de capacidad de generación de diesel de reserva, a pesar de que la microrred fue diseñada para una carga máxima de solo 200 kilovatios, porque los funcionarios no estaban seguros de que funcionaría como se anunciaba. La historia puede resultar similar en India. Todavía es un concepto nuevo, dice Himanshu Gupta, consultor de la comisión de planificación del gobierno en India. Los burócratas no saben nada de microrredes.

Paneles solares mohosos

Ubicada en una parte remota del noreste de Borneo, no lejos de una cuenca profunda oscurecida por acantilados que no fue descubierta por forasteros hasta la década de 1950, la aldea de Kalabakan no tenía una carretera pavimentada adecuada hasta hace unos años, y los residentes se conformaron con un par de horas de luz por la noche. Hace tres años, el gobierno de Malasia financió una microrred allí y la demanda de energía se disparó; los nuevos clientes incluyen un par de aserraderos que dan servicio a la industria maderera local. Sin embargo, a diferencia de su homólogo un poco más nuevo en Batu Laut, la microrred en Kalabakan ya está regresando a la jungla.

Este lugar se está derrumbando, dice Ritesh Lutchman, gerente senior de OPS, mientras conduce hacia los terrenos de la planta de energía de microrred. La carretera asfaltada, aunque tiene solo unos pocos años, está profundamente rajada y pandeada, víctima del suelo blando de Malasia y de las fuertes lluvias. Los paneles solares están cubiertos con una fina capa de molde, lo que reduce la producción de energía. El crecimiento tropical es casi tan alto como una matriz solar; en un lugar está comenzando a bloquear el sol. Un trabajador de servicios públicos local que ayuda a mantener la central eléctrica no puede encontrar la llave de la sala de control y tiene que abrir la cerradura con un destornillador. En el interior, hace calor porque falló un ventilador de enfriamiento automático. Lutchman sospecha que el calor podría estar dañando el costoso equipo, acortando su vida útil.

Peor aún, la mitad de la microrred ni siquiera recibe energía. Debido a que la salida de sus generadores diésel no estaba sincronizada, solo un generador puede funcionar a la vez y no se puede proporcionar suficiente electricidad para alimentar las dos redes de distribución que entregan electricidad. Lutchman no sabía sobre el problema porque, días antes, los trabajadores locales habían desconectado el centro de datos que era el único enlace de comunicación entre la microrred y OPS. Los trabajadores lo usaban para navegar por la Web, algo de lo que Lutchman se enteró solo cuando OPS recibió una gran factura.

El problema en Kalabakan refleja un problema más profundo: no existe un modelo práctico para mantener y operar una microrred. El gobierno paga por el sistema; empresas como OPS lo diseñan, instalan y mantienen en funcionamiento durante un período de garantía de dos años; y luego, en el caso de Malasia, entregan el control a la empresa de servicios públicos local, que es lo que sucedió en Kalabakan. Si bien OPS aún monitorea las microrredes que ha instalado, después de los primeros dos años ya no se paga por mantenerlas.

A diferencia de su homólogo un poco más nuevo en Batu Laut, la microrred en Kalabakan ya está regresando a la jungla. El crecimiento tropical es casi tan alto como una matriz solar; en un lugar está comenzando a bloquear el sol.

Los servicios públicos no están configurados para microrredes, dice Lutchman: a veces, el servicio público llamará a alguien que entienda los generadores, pero él no comprende cómo se conectan al resto del sistema. El corte de energía parcial actual ocurrió después de que un generador diesel fuera desconectado para una revisión programada regularmente. Cuando se volvió a conectar, su salida de voltaje no se ajustó para caer dentro de las especificaciones del sistema de control automático de la microrred. Arreglar eso es un ajuste simple, dice Lutchman, pero uno que los trabajadores de servicios públicos locales no sabían hacer. Las empresas de servicios públicos ni siquiera pidieron las microrredes, dice. Simplemente se los dieron, sin el entrenamiento que necesitarían para mantenerlos.

En Borneo, en medio de vastas plantaciones de aceite de palma, la red eléctrica se detiene repentinamente. El gobierno está expandiendo la red donde sea que tenga sentido económico.

El Banco Mundial emitió recientemente un informe que advierte sobre algunos de los desafíos. Pepukaye Bardouille, oficial de operaciones senior de la Corporación Financiera Internacional de la agencia, dice que su grupo está entusiasmado con las microrredes, pero están tratando de inyectar una dosis de realismo. Bardouille explica: Lo que suele suceder es que algunos ejemplos se promocionan como una solución basada en la tecnología o simplemente en el costo. Pero las formas de entregar la tecnología y mantenerla son en realidad una parte tan importante de la solución que si no se resuelven esas cosas, simplemente no es sostenible.

Ramdan Baba dice que su gobierno está trabajando en una nueva forma de financiar y mantener las microrredes. La empresa que diseñe e instale la tecnología recibirá una licencia para operarla y recibirá un precio garantizado por la energía que produce; obtendrá ganancias solo si puede mantener los costos bajo control y mantener la red produciendo energía durante la duración del contrato.

Este verano, en la sede de OPS en Malasia en Kuala Lumpur, los ingenieros y gerentes de la compañía estaban ocupados con llamadas telefónicas, reuniones con funcionarios gubernamentales y cálculos de última hora. La cuestión clave era estimar el costo por kilovatio-hora de la electricidad que producía la microrred, que sería clave para establecer el precio que se pagaría a OPS y otras empresas. Demasiado alto y OPS obtendría una ganancia inesperada a expensas del gobierno de Malasia; demasiado bajo y la empresa se quedaría estancada manteniendo una operación con pérdidas de dinero.

Problemas con la batería

Las microrredes enfrentan otro problema inminente, éste técnico. Los paneles solares y los generadores diésel pueden durar décadas, pero las baterías que los hacen posibles fallan mucho más rápidamente. Con una microrred, normalmente necesita un sistema de almacenamiento de energía que, con la tecnología actual, debe reemplazar cada tres, cinco o siete años. Ese es un costo de capital enorme, dice Katherine Steel, una ingeniera capacitada en el MIT que dirige el programa Lighting Africa del Banco Mundial. Si las baterías de repuesto no están en el presupuesto, la vida útil efectiva de la microrred se limita a unos pocos años.

Según OPS, las baterías de plomo-ácido mantienen el precio de las microrredes relativamente alto no solo porque necesitan ser reemplazadas con frecuencia, sino porque son tan caras que los diseñadores de microrredes se apoyan en gran medida en la generación diésel para proporcionar electricidad durante la noche. Es más barato hacer funcionar generadores diésel que agregar suficientes paneles solares y baterías para proporcionar energía durante todo el día. Para superar este problema, OPS está probando una batería de Aquion, una filial de la Universidad Carnegie Mellon en Pittsburgh; Casi podría eliminar la necesidad de diesel en las microrredes, reduciendo las emisiones y reduciendo en gran medida los costos operativos.

Las microrredes todavía usan una buena cantidad de diesel, dice Jay Whitacre, un profesor de Carnegie Mellon que inventó la tecnología de Aquion. El siguiente paso es ir a una situación en la que tienen un generador diésel presente, pero casi nunca se encienden. Nuestra batería podría permitir eso. Las baterías Aquion funcionan de manera muy similar a las baterías de iones de litio de duración relativamente larga que se usan en los autos eléctricos, que son mucho más caras que las baterías de plomo-ácido. Pero la tecnología de la empresa utiliza materiales mucho más baratos y es más fácil de fabricar, lo que mantiene los costos competitivos con las baterías menos duraderas que ahora se utilizan ampliamente en las microrredes (consulte Construcción de baterías baratas para eludir la red). Nuestra batería costará aproximadamente tanto como una batería de plomo-ácido de alta calidad por adelantado, dice. Pero esa batería de plomo-ácido tendrá que mantenerse más fría y tendrá que cambiarse después de un par de miles de ciclos. El nuestro durará mucho más que eso, dos o tres veces más.

Los ahorros derivados de la reducción del consumo de diésel podrían ser significativos. La microrred de Batu Laut está diseñada para obtener gran parte de su energía del diésel, pero un sistema diseñado con baterías más baratas podría necesitar generadores solo para emergencias y períodos prolongados de mal tiempo. Reducir los costos de las baterías y el consumo de diesel podría reducir el costo por kilovatio-hora de un dólar a tan solo 40 centavos.

Sin embargo, incluso eso es más alto que el precio de la electricidad de la red. El gobierno de Malasia subsidia la electricidad de la microrred para que los aldeanos paguen algo comparable a las tarifas de la ciudad, pero no puede seguir haciéndolo para siempre, en parte porque con cada kilovatio-hora adicional que consumen los aldeanos, el costo de los subsidios aumenta. En países más pobres como India, el alto costo de la energía de las microrredes podría ser un obstáculo aún mayor para el despliegue generalizado.

Para que las microrredes sean una tecnología avanzada como los teléfonos celulares, tendrían que ofrecer un servicio equivalente o superior a la red a un costo menor, dice Steel. Pero creo que es una transición que aún debe llevarse a cabo, y no diría que está a la vuelta de la esquina.

Un escenario más probable es que las microrredes y la red convencional se complementen entre sí. A medida que la red convencional se expande desde las ciudades y las carreteras mejoradas hacen que las comunidades sean menos remotas, extender la red a ellas tendrá más sentido económico. Donde existen microrredes, muchas eventualmente serán absorbidas por la red eléctrica más grande. En momentos de máxima demanda, las empresas de servicios públicos pueden recurrir a la electricidad almacenada en las baterías de las microrredes o utilizar sus generadores diésel para aumentar la potencia. Si esto sucede, las microrredes híbridas harán que la red existente sea mucho más resistente. De hecho, a medida que disminuyen los costos de las baterías, las microrredes son una opción cada vez más atractiva en las ciudades donde la energía de la red convencional no es confiable; podrían asegurar que las fábricas y otros usuarios tengan una fuente confiable de electricidad.

Estos tipos de grandes cambios de infraestructura llevarán años y requerirán inversiones importantes. Mientras tanto, sin embargo, las microrredes ya han comenzado a marcar la diferencia en algunas vidas. De vuelta en Batu Laut, el sistema continúa tarareando silenciosamente y los aldeanos están obteniendo nuevas ideas sobre cómo usar la electricidad. Una mujer adquirió una máquina de bordar y espera vender uniformes personalizados. El jefe del comité de desarrollo de la aldea está presionando para obtener una subvención del gobierno para construir una fábrica de procesamiento de alimentos que funcione con energía de la microrred. Y ahora que el pueblo tiene electricidad confiable, los maestros de la escuela local se están mudando de la ciudad en el continente para vivir en la isla.

Kevin Bullis es MIT Technology Review editor senior de energía.

esconder