El aumento de dispositivos conectados a la red eléctrica podría disminuir su eficiencia

En los últimos años, la transición energética se ha convertido en un concepto de importancia creciente. Forma parte de la agenda de los Gobiernos y es uno de los retos más importantes de nuestra sociedad. Con este término se hace referencia a un cambio estructural en el sistema energético, muy basado hasta ahora en los combustibles fósiles, hacia uno de bajas emisiones de carbono.

El auge de la electrificación

Uno de los pilares para alcanzar ese nuevo modelo energético más sostenible es la electrificación, basada en sustituir equipos que usan otras fuentes o vectores energéticos, por dispositivos eléctricos. Un ejemplo típico de electrificación es la del transporte, sustituyendo los vehículos de motor de combustión por vehículos eléctricos.

En el sector residencial el avance de la electrificación ha ido de la mano del crecimiento de dispositivos basados en electrónica de potencia. Hoy en día, y cada vez más, los dispositivos que conectamos a la red eléctrica hacen uso de gran cantidad de electrónica, que permite convertir la electricidad que llega a nuestras casas (en corriente alterna, con una determinada frecuencia y tensión) en la que necesitan nuestros consumos.

Por ejemplo, el cargador de un portátil convierte la corriente alterna a continua a un cierto nivel de tensión. El variador que alimenta el motor de los frigoríficos modernos convierte la electricidad en alterna con una frecuencia variable y una tensión determinada.

Los avances y el abaratamiento de la electrónica de potencia nos han permitido mejorar la eficiencia de los electrodomésticos, pero también han incrementado la cantidad de dispositivos eléctricos de los que disponemos.

Consecuencias para la red eléctrica

Estas dos tendencias actuales, el aumento de la potencia eléctrica que demandamos de la red y la mayor penetración de dispositivos basados en electrónica de potencia, traen consigo una serie de problemas colaterales que deben ser tenidos en cuenta.

Cuando conectamos cualquier dispositivo a la red, la electricidad que llega a nuestras casas lo hace a través de un intrincado recorrido que va desde los lugares de generación, pasando por la red de transporte para, por último, viajar a través de la red de distribución.

La electricidad que demandamos a la red tiene unas características determinadas, como son el valor de la tensión, la frecuencia o la forma de onda, que debe ser senoidal. Los dispositivos con electrónica de potencia pueden afectar a esta última característica, distorsionando la forma de onda de la tensión de la red.

Dado que todos los consumidores estamos conectados a la misma gran red, la presencia de consumos que distorsionan la forma de onda puede afectar a los demás consumidores provocando envejecimiento anticipado de los equipos o mayores pérdidas en el sistema.

Además, la electricidad que consumimos en nuestras casas es monofásica. Los enchufes disponen de dos clavijas y los cables que los alimentan están formados por dos conductores activos. Sin embargo, en las redes de transporte y distribución las corrientes y tensiones son trifásicas (los cables tienen tres conductores activos), lo que mejora la eficiencia.

Las redes están diseñadas para que la demanda de cargas monofásicas a sistemas trifásicos se haga de forma coherente o equilibrada con consumos similares entre las tres fases. Cuando la demanda en los consumos monofásicos aumenta de forma desordenada pueden generarse desequilibrios, que de nuevo dan lugar a menor eficiencia y al envejecimiento de los equipos.

Cómo podemos paliar las distorsiones

En una situación como la actual, de aumento de demanda y mayor electrónica de potencia, se prevé que cada vez sean más frecuentes los problemas de distorsión, que se conocen como armónicos, y también de desequilibrios. Esto es especialmente importante en las redes de distribución residencial, que están poco monitorizadas y cada vez juegan un papel más crucial.

En cuanto a la distorsión armónica, hay diferentes formas de reducirla o controlarla. Algunas medidas son la instalación de complejos filtros o el aumento de la potencia de los transformadores de las redes. Otras más sencillas se basan en aprovechar que distintos dispositivos pueden provocar distorsiones contrarias que tienden a compensarse, como es el caso de los vehículos eléctricos en determinadas circunstancias de carga.

Además, existen normas técnicas que marcan la distorsión máxima que puede provocar un dispositivo para no poner en peligro la calidad de la electricidad del conjunto de la red.

Los desequilibrios pueden compensarse también de distintas formas. Un ejemplo sencillo es el caso de los vehículos eléctricos, que se ha estudiado que provocan menos desequilibrios si se cargan de forma dispersa en la red o en aparcamientos cercanos a la subestación. La aparición de la generación distribuida por medio de fotovoltaica también contribuye a disminuir los desequilibrios de la red, puesto que reduce la demanda efectiva de los consumidores.

En cualquier caso, es interesante tener en cuenta que todos los cambios que estamos viviendo y protagonizando hacia una sociedad más verde llevan consigo muchos factores que constituyen un gran reto tecnológico verdaderamente apasionante.

Pablo Rodríguez Pajarón, Profesor Ayudante en el área de Ingeniería Eléctrica, Universidad Politécnica de Madrid (UPM) and Araceli Hernández Bayo, Profesora titular en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid (UPM)

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