Los ingenieros del MIT proponen un nuevo “mercado local de electricidad” para aprovechar el potencial de energía de los propietarios’ dispositivos de borde de red.
Hay mucho potencial sin explotar en nuestros hogares y vehículos que podrían aprovecharse para reforzar las redes eléctricas locales y hacerlas más resistentes a interrupciones imprevistas, según un nuevo estudio.
En respuesta a un ataque cibernético o un desastre natural, una red de respaldo de dispositivos descentralizados — como paneles solares residenciales, baterías, vehículos eléctricos, bombas de calor y calentadores de agua — podría restaurar la electricidad o aliviar el estrés en la red, dicen los ingenieros del MIT.
Dichos dispositivos son “recursos de red-edge” que se encuentran cerca del consumidor en lugar de cerca de centrales eléctricas centrales, subestaciones o líneas de transmisión. Los dispositivos de borde de red pueden generar, almacenar o ajustar independientemente su consumo de energía. En su estudio, el equipo de investigación muestra cómo se podría recurrir a tales dispositivos algún día para bombear energía a la red, o reequilibrarla marcando o retrasando su uso de energía.
En un papel apareciendo esta semana en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias, los ingenieros presentan un plan sobre cómo los dispositivos de borde de red podrían reforzar la red eléctrica a través de una “mercado local de electricidad.” Los propietarios de dispositivos de borde de red podrían suscribirse a un mercado regional y esencialmente prestar su dispositivo para ser parte de una microrred o una red local de recursos energéticos de guardia.
En el caso de que la red eléctrica principal se vea comprometida, un algoritmo desarrollado por los investigadores se activaría para cada mercado eléctrico local, para determinar rápidamente qué dispositivos en la red son confiables. El algoritmo identificaría la combinación de dispositivos confiables que mitigarían de manera más efectiva la falla de energía, ya sea bombeando energía a la red o reduciendo la energía que obtienen de ella, en una cantidad que el algoritmo calcularía y comunicaría a los suscriptores relevantes. Los suscriptores podrían ser compensados a través del mercado, dependiendo de su participación.
El equipo ilustró este nuevo marco a través de una serie de escenarios de ataque a la red, en los que consideraron fallas en diferentes niveles de una red eléctrica, de diversas fuentes, como un ataque cibernético o un desastre natural. Aplicando su algoritmo, mostraron que varias redes de dispositivos de borde de red pudieron disolver los diversos ataques.
Los resultados demuestran que los dispositivos de borde de red, como paneles solares en la azotea, cargadores EV, baterías y termostatos inteligentes (para dispositivos HVAC o bombas de calor) podrían aprovecharse para estabilizar la red eléctrica en caso de un ataque.
“Todos estos pequeños dispositivos pueden hacer su poco en términos de ajustar su consumo,” dice el coautor del estudio Anu Annaswamy, científico investigador en el Departamento de Ingeniería Mecánica de MIT. “Si podemos aprovechar nuestros lavavajillas inteligentes, paneles en la azotea y EV, y poner nuestros hombros combinados al volante, realmente podemos tener una cuadrícula resistente
Los coautores del MIT incluyen al autor principal Vineet Nair y John Williams, junto con colaboradores de múltiples instituciones, incluido el Instituto Indio de Tecnología, el Laboratorio Nacional de Energía Renovable y otros lugares.
Impulso de potencia
El estudio de los equipos es una extensión de su trabajo más amplio en la teoría del control adaptativo y el diseño de sistemas para adaptarse automáticamente a las condiciones cambiantes. Annaswamy, quien dirige el Laboratorio de Control Activo-Adaptativo en el MIT, explora formas de aumentar la confiabilidad de las fuentes de energía renovables como la energía solar.
“Estas energías renovables vienen con una fuerte firma temporal, ya que sabemos con certeza que el sol se pondrá todos los días, por lo que la energía solar desaparecerá,” dice Annaswamy. “¿Cómo compensas el déficit?”
Los investigadores encontraron que la respuesta podría estar en los muchos dispositivos de borde de red que los consumidores están instalando cada vez más en sus propios hogares.
“Hay muchos recursos energéticos distribuidos que están surgiendo ahora, más cerca del cliente en lugar de cerca de grandes centrales eléctricas, y es principalmente debido a los esfuerzos individuales para descarbonizar, dice ” Nair. “Así que tienes toda esta capacidad en el borde de la cuadrícula. Seguramente deberíamos poder darles un buen uso.”
Al considerar formas de lidiar con las caídas de energía del funcionamiento normal de las fuentes renovables, el equipo también comenzó a analizar otras causas de caídas de energía, como los ataques cibernéticos. Se preguntaron, en estos casos maliciosos, si y cómo los mismos dispositivos de borde de red podrían intervenir para estabilizar la red después de un ataque imprevisto y dirigido.
Modo de ataque
En su nuevo trabajo, Annaswamy, Nair y sus colegas desarrollaron un marco para incorporar dispositivos de borde de red, y en particular, dispositivos de Internet de las cosas (IoT), de una manera que soportaría la red más grande en caso de un ataque o interrupción. Los dispositivos IoT son objetos físicos que contienen sensores y software que se conectan a Internet.
Para su nuevo marco, llamado EUREICA (Efficient, Ultra-REsilient, IoT-Coordinated Assets), los investigadores comienzan con la suposición de que algún día, la mayoría de los dispositivos de borde de red también serán dispositivos IoT, permitiendo que los paneles de techo, cargadores EV y termostatos inteligentes se conecten de forma inalámbrica a una red más grande de dispositivos igualmente independientes y distribuidos.
El equipo prevé que para una región determinada, como una comunidad de 1.000 hogares, existe una cierta cantidad de dispositivos IoT que podrían alistarse en la red local o microrred de la región. Dicha red sería administrada por un operador, que podría comunicarse con los operadores de otras microrredes cercanas.
Si la red eléctrica principal se ve comprometida o atacada, los operadores ejecutarían el algoritmo de toma de decisiones de researchers’ para determinar dispositivos confiables dentro de la red que puedan lanzar para ayudar a mitigar el ataque.
El equipo probó el algoritmo en varios escenarios, como un ataque cibernético en el que todos los termostatos inteligentes fabricados por un determinado fabricante son pirateados para elevar sus puntos de ajuste simultáneamente a un grado que altera drásticamente la carga de energía de una región y desestabiliza la red. Los investigadores también consideraron ataques y eventos climáticos que apagarían la transmisión de energía a varios niveles y nodos a través de una red eléctrica.
“En nuestros ataques consideramos que entre el 5 y el 40 por ciento del poder se pierde. Suponemos que algunos nodos son atacados, y algunos todavía están disponibles y tienen algunos recursos de IoT, ya sea una batería con energía disponible o un dispositivo EV o HVAC que es controlable, explica Nair. “Entonces, nuestro algoritmo decide cuál de esas casas puede intervenir para proporcionar generación de energía adicional para inyectar en la red o reducir su demanda para satisfacer el déficit
En cada escenario que probaron, el equipo descubrió que el algoritmo podía reestabilizar con éxito la red y mitigar el ataque o la falla de energía. Reconocen que para establecer una red de dispositivos de borde de red de este tipo se requerirá la aceptación de clientes, formuladores de políticas y funcionarios locales, así como innovaciones como inversores de energía avanzados que permiten a los EV inyectar energía nuevamente en la red.
“Este es solo el primero de muchos pasos que tienen que suceder en rápida sucesión para que esta idea de los mercados locales de electricidad se implemente y amplíe, dice” Annaswamy. “Pero creemos que es un buen comienzo.”
Este trabajo fue apoyado, en parte, por los Estados Unidos. Departamento de Energía y la Iniciativa Energética del MIT. MIT News. Ch. J. Traducido al español
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