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La venganza de Edison: el auge de la energía CC
En 1903, como último esfuerzo para mantener la corriente continua como estándar para la distribución de electricidad en los Estados Unidos, Thomas Edison presidió un evento notorio destinado en parte a demostrar el peligro de la corriente alterna: la electrocución de Topsy, un elefante de circo. considerada una amenaza para los humanos, por una carga de CA de 6.600 voltios. El truco de Edison fue puro miedo (la CC es igualmente peligrosa a alto voltaje), y falló: nuestra red hoy es principalmente CA.
Pero poco más de un siglo después del colapso de Topsy, es AC el que parece cada vez más inestable. Gracias al creciente consumo de energía de los dispositivos digitales de todo tipo, la alimentación de CC está regresando, esta vez por sus propios méritos.
Todo lo que use transistores depende de la corriente continua, el flujo de electricidad en una dirección. Eso explica por qué las PC, iPhones y televisores de pantalla plana tienen cajas convertidoras para convertir la corriente alterna en los enchufes de pared (que invierte la dirección 120 veces por segundo) en corriente continua.
Estos dispositivos de consumo digital representan hasta una quinta parte del consumo total de energía en la actualidad, según Greg Reed, director de Power & Energy Initiative de la Universidad de Pittsburgh. Reed dice que la pronunciada curva de crecimiento de la energía de CC se debe no solo a las computadoras, sino también a la propagación de dispositivos como LED y paneles solares.
En los próximos 20 años, definitivamente podríamos ver que hasta el 50 por ciento de nuestras cargas totales se compone de consumo de CC, dice. Se está acelerando incluso más de lo que esperábamos.
Con el creciente número de dispositivos que generan y utilizan corriente continua, dice Reed, surge una gran oportunidad para ahorrar energía. Al distribuir la energía de CC a los dispositivos de CC en lugar de convertirla en CA en el camino, es posible evitar pérdidas de energía sustanciales que ocurren cada vez que se convierte la electricidad.
Algunas instalaciones con gran cantidad de componentes electrónicos ahora están desarrollando microrredes totalmente de CC para alimentar a los usuarios. Considere los planes para una microrred de CC en la Universidad de Xiamen de China, anunciada en marzo. Una red eléctrica autónoma abarcará tres edificios del campus, conectando una matriz solar en la azotea de 150 kilovatios con sistemas de iluminación LED y bancos de servidores informáticos.
La expansión de los vehículos eléctricos podría hacer que la CC sea aún más importante: los automóviles eléctricos se cargan con corriente continua y requieren cantidades sustanciales de energía. Dragan Maksimovic, un experto en electrónica de potencia de la Universidad de Colorado en Boulder, estima que los cargadores de vehículos que funcionan con energía solar que está desarrollando su grupo deberían reducir las pérdidas de energía del 10 por ciento de lo que producen los paneles a solo el 2 por ciento. Maksimovic se ha asociado con Satcon, un fabricante de convertidores de energía, y cuenta con fondos de Hawaii Renewable Energy Development Venture; el equipo planea instalar cargadores solares esta primavera en un resort en la isla hawaiana de Lanai.
Otro impulsor de DC son los centros de datos que ejecutan las redes de telecomunicaciones e Internet. Las grandes granjas de computadoras consumen ahora más del 1.3 por ciento de la electricidad en todo el mundo, y esa cifra está aumentando rápidamente. La energía entrante es CA y debe convertirse. En lugar de tener convertidores de energía en cada computadora, algunas empresas están instalando grandes convertidores centralizados y distribuyendo energía CC de 380 voltios en sus granjas de servidores. El gigante japonés de las telecomunicaciones NTT tiene cuatro centros de datos en la región de Tokio que operan en DC; el año pasado completó un centro de servidores con base en DC en la ciudad de Atsugi, al suroeste de Tokio, que es el primero en atender a clientes externos.
Los ahorros de energía se logran en gran medida reemplazando los convertidores de CA a CC conectados a servidores individuales por inversores centralizados más eficientes. Hacer ese cambio y eliminar los convertidores AC-DC en los sistemas de respaldo de batería redujo el consumo de energía en un 15 por ciento en comparación con las configuraciones de CA convencionales, según Keiichi Hirose, ingeniero de investigación senior de NTT Facilities en Tokio. Intel ha valorado el ahorro de energía anual para un centro de datos de tamaño mediano en los EE. UU. En $ 1.2 millones, y el valor debería ser considerablemente mayor en Japón y Europa, donde los precios de la energía son más altos.
También se están poniendo de moda los circuitos de iluminación de CC. Emerge Alliance, un consorcio con sede en San Ramón, California, que aboga por la distribución de energía de CC en edificios comerciales, ha establecido un estándar para los circuitos de techo de CC de 24 voltios y dice que la instalación de luces de techo LED en líneas de CC consume hasta un 15 por ciento menos de energía. que hacer el interruptor de CA a CC dentro de los accesorios. Emerge ahora está trabajando para llevar alimentación de CC a los escritorios de los empleados, permitiéndoles conectar computadoras o teléfonos sin la necesidad de cajas convertidoras de funcionamiento en caliente.
¿Se extenderá la rebelión de DC más allá de los edificios para apoderarse de las líneas más grandes que alimentan vecindarios, ciudades y más allá, como Edison alguna vez esperó? Muchos expertos en energía se muestran escépticos. La corriente alterna es el estándar para transmitir electricidad por la red y muchos dispositivos, como los motores eléctricos, se prestan a la alimentación de CA. No creo que vaya a haber una transformación total del sistema eléctrico en CC, dice Maksimovic de UC Boulder.
Pero otros, como Reed, ven una adquisición de DC como inevitable. Señala que las líneas de transmisión utilizan cada vez más energía de CC, porque las líneas de CC de alto voltaje (HVDC) son más fáciles de controlar y tienen menores pérdidas que las líneas de CA. Las líneas de larga distancia suelen ser la clave para aprovechar los recursos renovables ubicados lejos de las ciudades que necesitan energía, como la energía eólica y solar.
La expansión de la distribución de energía de CC en los niveles superior e inferior de la cadena alimentaria eléctrica crea una oportunidad para cerrar la brecha con la distribución regional en CC también, tal como Edison alguna vez imaginó. Reed señala que convertir la energía de CA de alto voltaje en 120 voltios para uso residencial conduce a pérdidas alrededor de un 5 por ciento más altas que con los sistemas de CC equivalentes. Si tiene HVDC en un extremo y consumo de CC en el otro, eso se convierte en un habilitador de CC de voltaje medio entre ellos, dice.
Con ahorros como ese, Reed predice que la primera entrega directa de energía de CC desde la línea de alto voltaje al usuario final puede no estar tan lejos, especialmente en economías en rápido desarrollo que están construyendo nueva infraestructura de energía. Creo que estamos dentro de los 10 años aquí, dice, y dentro de los tres a cinco años en China.