Homeostatic control of renewable micro-generation power systems :towards a new approach to sustainable energy systems linked to energy efficiency

Este trabajo presenta un enfoque innovador para abordar la coordinación y control de sistemas híbridos de energía conectados a la red eléctrica para suministrar electricidad a un grupo de casas denominado, para el propósito de esta tesis, como block sustentable. La iniciativa se basa en un esfuerzo por integrar las energías renovables no convencionales (ERNC) al sistema de distribución eléctrica a través de proyectos de generación distribuida (GD) destinados a comunidades rurales donde el suministro de electricidad es costoso y muchas veces poco fiable. Esto debido al mal funcionamiento de equipos, fallas de la red o a fenómenos climáticos u otros desastres naturales como terremotos, todo lo cual puede socavar las redes de distribución de energía eléctrica. Aquí empleamos un pensamiento de sistemas y un enfoque cibernético y miramos a estos sistemas híbridos de energía como sistemas adaptativos complejos, intrínsecamente dinámicos, compuestos por varios subsistemas con relaciones jerárquicas bien definidas. Mas aun, la presente aproximación a dichos sistemas los aborda como sistemas sociotécnicos complejos, donde los usuarios de la energía juegan un papel activo y fundamental como 'cargas activas' dentro del block sustentable al que se acopla la microrred.Como tal este tipo de sistema es capaz de autorregulación, coordinación y auto-organización cuando se integra e interactúa con otros sistemas de orden superior, de los cuales los clientes y sus particulares patrones de consumo de energía y hábitos de vida son parte, así como también lo es la red eléctrica local. De esta manera la microrred inteligente en última instancia comprende el sistema híbrido de energía y el block sustentable al cual esta acoplada, funcionando ambos conectados a la red de distribución eléctrica de la cual la microrred es un subsistema. Por lo tanto podemos distinguir aquí un complejo conjunto de relaciones e interacciones fluidas entre los diferentes sistemas que comprenden el meta-sistema. Tales relaciones e interacciones dinámicas regulan y apoyan la estructura subyacente del sistema de micro-generación donde estrategias de coordinación y control inspiradas en la homeostasis (control homeostático) en los organismos vivos tiene lugar para alcanzar un equilibrio eficiente. Esta tesis discute las bases teóricas detrás del enfoque basado en el control homeostático de sistemas de energía eléctrica, el que pretende abordar y entender a dichos sistemas como organismos vivos que, cuando se construyen en un arreglo de microrred inteligente, conectadas a la red para suministrar energía a un block sustentable, pueden comportarse como sistemas inteligentes abiertos en medio de otros sistemas de orden superior, con los cuales interactúan e intercambiar energía. Basándose en este marco teórico se proponen estrategias de coordinación y control basadas en control homeostático para microrredes conectadas a la red.El enfoque propuesto pretende estudiar y eventualmente desarrollar nuevas formas de abordar y controlar dichos sistemas y desarrollar nuevas tecnologías para integrar energías renovables en proyectos de GD de electricidad y calor, trabajando en paralelo con la red y ofreciendo nuevas alternativas y beneficios a los usuarios en todas partes. Con el uso de medidores inteligentes y otras tecnologías, estos sistemas inteligentes capaces de comunicarse e interactuar con otros sistemas pueden alcanzar una solución eficiente y equilibrada de energía. Todo esto tiene como objetivo traer beneficios adicionales a los consumidores y a los sistemas de energía eléctrica en su totalidad, en línea con la nueva visión actual de la GD: la microrred orientada al cliente [37-40]. A diferencia de (y complementando) la tendencia emergente de investigación en sistemas de gestión energética para microrredes basado en tecnologías de ERNC que emplean principalmente mecanismos de gestión de la demanda de energía, este estudio se enfoca en la gestión de respuesta de los sistemas involucrados, en lo que respecta a la generación, suministro y uso de energía renovable y sus fuentes. Se enfoca también en el acoplamiento de sistemas, la coordinación y mutua asistencia entre dichos sistemas y en todos los aspectos relevantes de su interacción para suministrar energía de forma más efectiva y eficientemente bajo un esquema de control homeostático.El principal problema que abordo en mi investigación es cómo coordinar y controlar de forma eficaz y más eficiente una microrred, desarrollando un fuerte lazo con los conceptos de eficiencia energética y frugalidad en el uso y manejo de la energía, los que se busca integrar como parte estructural de las estrategias de control propuestas para microrredes inteligentes conectadas a la red eléctrica; con la cual estarán operando en paralelo, para suministrar energía a un bloque sustentable con y sin sistemas de almacenamiento de energía.