Microgeneración

La microgeneración es la generación a pequeña escala de calor y energía eléctrica por parte de individuos, pequeñas empresas y comunidades para satisfacer sus propias necesidades, como alternativas o complementos a la energía centralizada tradicional conectada a la red. Si bien esto puede estar motivado por consideraciones prácticas, como una red eléctrica poco confiable o una gran distancia de la red eléctrica, el término se usa principalmente actualmente para enfoques ambientalmente conscientes que aspiran a una huella de carbono cero o baja o a una reducción de costos. Se diferencia de la microenergía en que se relaciona principalmente con plantas de energía fijas en lugar de su uso con dispositivos móviles.

Historia

Tecnologías y configuración

Las tecnologías de microgeneración incluyen turbinas eólicas a pequeña escala, microhidroeléctricas, sistemas solares fotovoltaicos, celdas de combustible microbianas, bombas de calor geotérmicas y microinstalaciones combinadas de calor y energía. Estas tecnologías a menudo se combinan para formar una solución de energía híbrida que puede ofrecer un rendimiento superior y un costo menor que un sistema basado en un generador.

Planta de energía

Además de la planta de producción de electricidad (por ejemplo, turbina eólica y panel solar), normalmente se necesita y/o se prevé una infraestructura para el almacenamiento de energía y la conversión de energía y una conexión a la red eléctrica regular. Aunque una conexión a la red eléctrica regular no es esencial, ayuda a disminuir los costos al permitir esquemas de compensación financiera. Sin embargo, en el mundo en desarrollo, el costo inicial de este equipo es generalmente demasiado alto, por lo que no deja otra opción que optar por configuraciones alternativas.

Se necesita equipo adicional además de la planta de energía.

El conjunto del equipo necesario para instalar un sistema de trabajo y para una generación fuera de la red y/o una conexión a la red eléctrica se denomina en adelante un sistema de equilibrio y se compone de las siguientes partes con sistemas fotovoltaicos:

Aparato de almacenamiento de energía

Un problema importante con los sistemas solares y eólicos fuera de la red es que la energía se necesita a menudo cuando el sol no brilla o cuando el viento está en calma, esto generalmente no es necesario para los sistemas puramente conectados a la red:

• una serie de baterías de ciclo profundo, estacionarias o selladas libres de mantenimiento (la solución más común)

u otros medios de almacenamiento de energía (por ejemplo, pilas de combustible de hidrógeno, almacenamiento de energía Flywheel, hidroelectricidad de almacenamiento por bombeo, tanques de aire comprimido,...)

• un controlador de carga para cargar las baterías u otro almacenamiento de energía

Para convertir la energía de la batería de CC en CA según sea necesario para muchos electrodomésticos, o para alimentar el exceso de energía a una red eléctrica comercial:

• un inversor o un inversor interactivo con la red. El conjunto también se denomina a veces "equipo de acondicionamiento de energía".

Equipo de seguridad

• puestas a tierra, interruptores de transferencia o interruptores aisladores y protectores contra sobretensiones. El conjunto también se denomina a veces "equipo de seguridad".

Por lo general, en la microgeneración para hogares en el mundo en desarrollo, se utilizan sistemas de cableado doméstico prefabricados (como arneses de cableado o unidades de distribución prefabricadas) en su lugar. Las cajas y los cables de cableado doméstico simplificados, conocidos como arneses de cableado, se pueden comprar y montar fácilmente en el edificio sin requerir mucho conocimiento sobre el cableado en sí. Como tal, incluso las personas sin conocimientos técnicos pueden instalarlos. Además, también son comparativamente baratos y ofrecen ventajas de seguridad.

• medidores de batería (para tasa de carga y voltaje), y medidores para consumo de energía y suministro de electricidad a la red eléctrica regular

Aerogenerador específico

Con turbinas eólicas, plantas hidroeléctricas,... el equipo adicional necesario es más o menos el mismo que con los sistemas fotovoltaicos (dependiendo del tipo de turbina eólica utilizada), pero también incluye:

• un interruptor de desconexión manual
• base para la torre
• sistema de puesta a tierra
• Dispositivos de cierre y/o carga ficticia para usar con vientos fuertes cuando la energía generada excede las necesidades actuales y la capacidad del sistema de almacenamiento.

Energía vibro-eólica

Se está desarrollando una nueva tecnología de energía eólica que convierte la energía de las vibraciones de la energía eólica en electricidad. Esta energía, llamada tecnología Vibro-Wind, puede utilizar vientos de menor fuerza que las turbinas eólicas normales y puede colocarse en casi cualquier lugar.

Un prototipo consistía en un panel montado con osciladores hechos de piezas de espuma. La conversión de energía mecánica a eléctrica se realiza mediante un transductor piezoeléctrico, un dispositivo hecho de cerámica o polímero que emite electrones cuando está estresado. La construcción de este prototipo estuvo a cargo de Francis Moon, profesor de ingeniería mecánica y aeroespacial en la Universidad de Cornell. El trabajo de Moon en Vibro-Wind Technology fue financiado por el Centro Atkinson para un Futuro Sostenible en Cornell. La energía vibro-eólica aún no es comercialmente viable y se encuentra en las primeras etapas de desarrollo. Se necesitará un progreso significativo para comercializar esta empresa en etapa inicial.

Posibles configuraciones

Son posibles varias configuraciones de microgeneración. Estos son:

• Configuraciones fuera de la red que incluyen:
  • Configuraciones fuera de la red sin almacenamiento de energía (por ejemplo, batería,...)
  • Instalaciones aisladas de la red con almacenamiento de energía (p. ej., batería,...)
  • Estaciones de carga de baterías
• Configuraciones conectadas a la red que incluyen:
  • Red conectada con respaldo para alimentar cargas críticas
  • Instalaciones conectadas a la red sin esquema de compensación financiera
  • Instalaciones conectadas a la red con medición neta
  • Instalaciones conectadas a la red con compra y venta neta

Todas las configuraciones mencionadas pueden funcionar en una sola planta de energía o en una combinación de plantas de energía (en cuyo caso se denomina sistema de energía híbrido). Por seguridad, las configuraciones conectadas a la red deben apagarse automáticamente o entrar en un "modo anti-isla" cuando hay una falla en la fuente de alimentación principal. Para obtener más información al respecto, consulte el artículo sobre la condición de isla.

Costos

Dependiendo de la configuración elegida (esquema de compensación financiera, planta de energía, equipo adicional), los precios pueden variar. De acuerdo con Practical Action, la microgeneración en el hogar que utiliza lo último en tecnología de ahorro de costos (arneses de cableado, tableros listos, plantas de energía de bricolaje baratas, por ejemplo, turbinas de viento de bricolaje), el gasto doméstico puede ser extremadamente bajo. De hecho, Practical Action menciona que muchos hogares en comunidades agrícolas en el mundo en desarrollo gastan menos de $1 en electricidad por mes.. Sin embargo, si los asuntos se manejan de manera menos económica (usando sistemas/enfoques más comerciales), los costos serán dramáticamente más altos. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la ventaja financiera se obtendrá utilizando microgeneración en plantas de energía renovable; a menudo en el rango de 50-90%ya que la producción local no tiene pérdidas de transporte de electricidad en líneas eléctricas de larga distancia ni pérdidas de energía por el efecto Joule en transformadores donde, en general, se pierde entre el 8 y el 15 % de la energía.

En el Reino Unido, el gobierno ofrece subvenciones y pagos de retroalimentación para ayudar a empresas, comunidades y hogares privados a instalar estas tecnologías. Las empresas pueden descontar el costo total de la instalación de las ganancias imponibles, mientras que los propietarios de viviendas reciben una subvención a tanto alzado o pagos por kWh de electricidad generada y devuelta a la red nacional. Las organizaciones comunitarias también pueden recibir hasta £200,000 en subvenciones.

En el Reino Unido, el Esquema de Certificación de Microgeneración proporciona aprobación para los Instaladores y Productos de Microgeneración, lo cual es un requisito obligatorio de los esquemas de financiación como las Tarifas de Alimentación y el Incentivo de Calor Renovable.

Paridad de la red

La paridad de red (o paridad de enchufe) ocurre cuando una fuente de energía alternativa puede generar electricidad a un costo nivelado de energía (LCOE) que es menor o igual al precio de compra de energía de la red eléctrica. Se considera que alcanzar la paridad de la red es el punto en el que una fuente de energía se convierte en un competidor para un desarrollo generalizado sin subsidios ni apoyo gubernamental. Se cree ampliamente que se producirá un cambio total en una generación hacia estas formas de energía cuando alcancen la paridad de red.

La paridad de red se ha alcanzado en algunas localidades con energía eólica terrestre alrededor del año 2000, y con energía solar se logró por primera vez en España en 2013.

Comparación con la generación a gran escala

La mayoría de las formas de microgeneración pueden equilibrar dinámicamente la oferta y la demanda de energía eléctrica, al producir más energía durante los períodos de alta demanda y precios altos de la red, y menos energía durante los períodos de baja demanda y precios bajos de la red. Esta "red híbrida" permite que tanto los sistemas de microgeneración como las grandes centrales eléctricas operen con mayor eficiencia energética y rentabilidad de lo que cualquiera podría hacerlo por sí solo.

Autosuficiencia doméstica

La microgeneración se puede integrar como parte de una casa autosuficiente y, por lo general, se complementa con otras tecnologías, como sistemas domésticos de producción de alimentos (permacultura y agroecosistema), recolección de agua de lluvia, inodoros de compostaje o incluso sistemas completos de tratamiento de aguas grises. Las tecnologías de microgeneración doméstica incluyen: sistemas solares fotovoltaicos, turbinas eólicas a pequeña escala, microinstalaciones combinadas de calor y electricidad, biodiésel y biogás.

La generación privada descentraliza la generación de electricidad y también puede centralizar la puesta en común de los excedentes de energía. Si bien deben comprarse, las tejas y los paneles solares están disponibles. El costo de capital es alto, pero ahorra a largo plazo. Con la conversión de energía adecuada, los paneles solares fotovoltaicos pueden hacer funcionar los mismos aparatos eléctricos que la electricidad de otras fuentes.

El calentamiento solar pasivo del agua es otro método eficaz de utilizar la energía solar. El método más simple es la bolsa solar (o de plástico negro). Coloque entre 5 y 20 litros (1 a 5 galones estadounidenses) al sol y deje que se caliente. Perfecto para una ducha caliente rápida.

El calentador 'panera' se puede construir fácilmente con materiales reciclados y experiencia básica en construcción. Consistente en un solo tanque o en una matriz de tanques negros montados dentro de una caja resistente aislada en la parte inferior y los lados. La tapa, ya sea horizontal o en ángulo para captar la mayor cantidad de sol, debe estar bien sellada y ser de un material transparente (vidrio, fibra de vidrio o plástico moldeado resistente a altas temperaturas). El agua fría ingresa al tanque cerca del fondo, se calienta y sube a la parte superior donde se canaliza de regreso a la casa.

Las bombas de calor geotérmicas aprovechan las temperaturas estables del suelo al beneficiarse de la capacidad de almacenamiento de energía térmica del suelo. Por lo general, las bombas de calor de fuente terrestre tienen un alto costo inicial y son difíciles de instalar para el propietario promedio. Utilizan motores eléctricos para transferir el calor del suelo con un alto nivel de eficiencia. La electricidad puede provenir de fuentes renovables o de fuentes externas no renovables.

Combustible

El biodiesel es un combustible alternativo que puede alimentar motores diesel y puede usarse para calefacción doméstica. Numerosas formas de biomasa, incluidas la soja, el maní y las algas (que tiene el rendimiento más alto), se pueden utilizar para producir biodiesel. El aceite vegetal reciclado (de restaurantes) también se puede convertir en biodiesel.

El biogás es otro combustible alternativo, creado a partir del producto de desecho de los animales. Aunque menos práctico para la mayoría de los hogares, el entorno de una granja proporciona un lugar perfecto para implementar el proceso. Al mezclar los desechos y el agua en un tanque que deja espacio para el aire, el metano se produce naturalmente en el espacio aéreo. Este metano puede canalizarse y quemarse, y usarse para una fogata.

Política gubernamental

Los formuladores de políticas estaban acostumbrados a un sistema energético basado en grandes proyectos centralizados, como centrales eléctricas nucleares o de gas. Un cambio de mentalidad e incentivos está trayendo la microgeneración a la corriente principal. Las regulaciones de planificación también pueden requerir una simplificación para facilitar la adaptación de instalaciones de microgeneración en viviendas y edificios.

La mayoría de los países desarrollados, incluidos Canadá (Alberta), el Reino Unido, Alemania, Polonia, Israel y EE. UU., tienen leyes que permiten la venta de electricidad microgenerada a la red nacional.

Alberta, Canada

En enero de 2009, entró en vigor el Reglamento de Microgeneración del Gobierno de Alberta, que establece reglas que permiten a los habitantes de Alberta generar su propia electricidad ecológica y recibir crédito por cualquier energía que envían a la red eléctrica.

Polonia

En diciembre de 2014, el gobierno polaco votará un proyecto de ley que exige microgeneración, así como parques eólicos a gran escala en el Mar Báltico como una solución para reducir las emisiones de CO ₂ de las plantas de carbón del país, así como para reducir la dependencia polaca. en gas ruso. Según los términos del nuevo proyecto de ley, las personas y las pequeñas empresas que generen hasta 40 kW de energía "verde" recibirán el 100 % del precio de mercado de la electricidad que devuelvan a la red, y las empresas que instalen energía eólica marina a gran escala las granjas en el Báltico serán elegibles para recibir subsidios del estado. Los costos de implementar estas nuevas políticas se compensarán con la creación de un nuevo impuesto sobre el uso de energía no sostenible.

Estados Unidos

Estados Unidos tiene políticas de generación de energía inconsistentes en sus 50 estados. Las políticas y leyes energéticas estatales pueden variar significativamente según la ubicación. Algunos estados han impuesto requisitos a las empresas de servicios públicos de que un determinado porcentaje de la generación total de energía provenga de fuentes renovables. Para este propósito, las fuentes renovables incluyen energía eólica, hidroeléctrica y solar, ya sea de proyectos grandes o de microgeneración. Además, en algunas áreas, las compañías eléctricas necesitan créditos transferibles de "fuentes de energía renovable" para cumplir con estos mandatos. Como resultado, en algunas partes de los Estados Unidos, las compañías eléctricas pagarán una parte del costo de los proyectos de microgeneración de fuentes renovables en sus áreas de servicio. Estos reembolsos se suman a cualquier crédito fiscal federal o estatal por energía renovable que pueda ser aplicable. En otras áreas,

Reino Unido

El gobierno del Reino Unido publicó su estrategia de microgeneración en marzo de 2006, aunque muchos comentaristas la consideraron una decepción. Por el contrario, la Ley de Cambio Climático y Energía Sostenible de 2006 ha sido vista como un paso positivo. Para reemplazar esquemas anteriores, el Departamento de Comercio e Industria (DTI) lanzó el Programa de Edificios Bajos en Carbono en abril de 2006, que otorgó subvenciones a individuos, comunidades y empresas que deseaban invertir en tecnologías de microgeneración. Estos esquemas han sido reemplazados a su vez por nuevas propuestas del Departamento de Energía y Cambio Climático (DECC) para el reembolso de energía limpia a través de Feed-In Tariffs para generar electricidad a partir de abril de 2010 y el Incentivo de calor renovable para generar calor renovable a partir del 28 de noviembre de 2011.

Las tarifas de alimentación están destinadas a incentivar la generación de electricidad baja en carbono a pequeña escala (menos de 5MW). Estas tarifas de alimentación funcionan junto con la Obligación de Energías Renovables (RO), que seguirá siendo el mecanismo principal para incentivar el despliegue de la generación de electricidad renovable a gran escala. El Incentivo de Calor Renovable (RHI) tiene como objetivo incentivar la generación de calor a partir de fuentes renovables. Actualmente también ofrecen hasta 21 peniques por kWh a partir de diciembre de 2011 en la Tarifa de energía fotovoltaica más otros 3 peniques en la Tarifa de Exportación, una cifra global que podría hacer que un hogar gane el doble de lo que paga actualmente por su electricidad.

El 31 de octubre de 2011, el gobierno anunció un recorte repentino en la tarifa de alimentación de 43,3 peniques/kWh a 21 peniques/kWh y la nueva tarifa se aplicará a todas las nuevas instalaciones solares fotovoltaicas con fecha de elegibilidad a partir del 12 de diciembre de 2011.

Entre los políticos británicos destacados que han anunciado que instalarán instalaciones de microgeneración en sus hogares se encuentran el líder del Partido Conservador, David Cameron, y el Ministro de Ciencias Laborales, Malcolm Wicks. Estos planes incluían pequeñas turbinas eólicas de tamaño doméstico. A Cameron, antes de convertirse en primer ministro en las elecciones generales de 2010, se le preguntó durante una entrevista en The Politics Show de BBC One el 29 de octubre de 2006, si haría lo mismo si llegara al número 10 de Downing Street. “Si me dejaran, sí”, respondió.

En el Informe Preliminar de diciembre de 2006, el gobierno anunció que la venta de excedentes de electricidad de instalaciones diseñadas para uso personal no estaría sujeta al Impuesto sobre la Renta. En el Proyecto de Ley de Finanzas de 2007 se ha incluido legislación a tal efecto.

En la cultura popular

Varias películas y programas de televisión como The Mosquito Coast, Jericho, The Time Machine y Beverly Hills Family Robinson han hecho mucho para aumentar el interés en la microgeneración entre el público en general. Sitios web como Instructables y Practical Action proponen soluciones de bricolaje que pueden reducir el costo de la microgeneración, aumentando así su popularidad. Revistas especializadas como OtherPower y Home Power también brindan consejos prácticos y orientación.