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A medida que llega el verano, la gente está encendiendo aires acondicionados en la mayoría de los Estados Unidos, pero si eres como yo, siempre te sientes un poco culpable por eso. Generaciones anteriores administradas sin aire acondicionado, ¿realmente lo necesito? ¿Y qué tan malo es usar toda esta electricidad para enfriar en un mundo de calentamiento?
Si dejo mi aire acondicionado, me calienta demasiado. Pero si todos encienden su aire acondicionado al mismo tiempo, la electricidad exige picos, lo que puede obligar a los operadores de la red eléctrica a activar algunas de las centrales eléctricas más caras y sucias. A veces, esos picos pueden pedir demasiado de la red y conducir a drogas o apagones.
Sin embargo, la investigación que publiqué recientemente con un equipo de académicos me hace sentir un poco mejor. Hemos descubierto que es posible coordinar el funcionamiento de un gran número de unidades de aire acondicionado en el hogar, equilibrar la oferta y la demanda de la red eléctrica, y sin hacer que las personas soporten altas temperaturas dentro de sus hogares.
Los estudios en este sentido, utilizando el control remoto de los aires acondicionados para apoyar la red, han explorado durante muchos años las posibilidades teóricas como esta. Sin embargo, se han demostrado pocos enfoques en la práctica y nunca para una aplicación de tan alto valor y a esta escala. El sistema que desarrollamos no solo demostró la capacidad de equilibrar la red en las escalas de tiempo de segundos, sino que también demostró que era posible hacerlo sin afectar la comodidad de los residentes.
Los beneficios incluyen aumentar la confiabilidad de la red eléctrica, lo que facilita que la red acepte más energía renovable. Nuestro objetivo es convertir los aires acondicionados de un desafío para la red eléctrica en un activo, lo que respalda un cambio de combustibles fósiles hacia una energía más limpia.
Equipo ajustable
Mi investigación se centra en baterías, paneles solares y equipos eléctricos, como vehículos eléctricos, calentadores de agua, aire acondicionado y bombas de calor, que puede ajustarse para consumir diferentes cantidades de energía en diferentes momentos.
Originalmente, la red eléctrica de EE. UU. Se construyó para transportar electricidad desde grandes centrales eléctricas a las casas y negocios de los clientes. Y originalmente, las centrales eléctricas eran operaciones grandes y centralizadas que quemaban carbón o gas natural, o cosecharon energía de las reacciones nucleares. Estas plantas generalmente siempre estaban disponibles y podían ajustar la cantidad de energía que generaban en respuesta a la demanda del cliente, por lo que la red se equilibraría entre la energía que provenía de los productores y los consumidores utilizados.
Pero la cuadrícula ha cambiado. Hay más fuentes de energía renovables, desde las cuales la energía no siempre está disponible, como paneles solares por la noche o en turbinas eólicas en días tranquilos. Y están los dispositivos y el equipo que estudio. Estas opciones más recientes, llamadas “recursos energéticos distribuidos”, generan o almacenan energía cerca de donde la necesitan los consumidores, o ajustan cuánta energía están utilizando en tiempo real.
Sin embargo, un aspecto de la cuadrícula no ha cambiado: no hay mucho almacenamiento integrado en el sistema. Entonces, cada vez que enciende una luz, por un momento no hay suficiente electricidad para suministrar todo lo que quiere en ese momento: la cuadrícula necesita un productor de energía para generar un poco más de potencia. Y cuando apagas una luz, hay demasiado: un productor de potencia necesita aumentar.
La forma en que las centrales eléctricas saben qué ajustes de energía en tiempo real se necesitan monitoreando de cerca la frecuencia de la cuadrícula. El objetivo es proporcionar electricidad a una frecuencia constante, 60 hertz, en todo momento. Si se necesita más potencia que la que se produce, la frecuencia cae y una planta de energía aumenta la producción. Si se produce demasiada potencia, la frecuencia aumenta y una planta de energía ralentiza un poco la producción. Estas acciones, un proceso llamado “regulación de frecuencia”, ocurren en cuestión de segundos para mantener la cuadrícula equilibrada.
Esta flexibilidad de salida, principalmente de las centrales eléctricas, es clave para mantener las luces encendidas para todos.
Encontrar nuevas opciones
Estoy interesado en cómo los recursos energéticos distribuidos pueden mejorar la flexibilidad en la red. Pueden liberar más energía, o consumir menos, para responder a la oferta o la demanda cambiante, y ayudar a equilibrar la red, asegurando que la frecuencia permanezca cerca de 60 Hertz.
Algunas personas temen que hacerlo sea invasivo, dándole a alguien fuera de su hogar la capacidad de controlar su batería o aire acondicionado. Por lo tanto, queríamos ver si podíamos ayudar a equilibrar la red con regulación de frecuencia utilizando unidades de aire acondicionado en el hogar en lugar de centrales eléctricas, sin afectar cómo los residentes usan sus electrodomésticos o cuán cómodos están en sus hogares.
De 2019 a 2023, mi grupo en la Universidad de Michigan intentó este enfoque, en colaboración con investigadores de Pecan Street Inc., Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad de California, Berkeley, con fondos del Departamento de Proyectos de Investigación de Energía de los Estados Unidos.
Reclutamos a 100 propietarios de viviendas en Austin, Texas, para hacer una prueba del mundo real de nuestro sistema. Todas las casas tenían sistemas de enfriamiento de aire forzado en toda la casa, que conectamos a tableros de control y sensores personalizados que los propietarios nos permitieron instalar en sus hogares. Este equipo nos permite enviar instrucciones a las unidades de aire acondicionado en función de la frecuencia de la cuadrícula.
Antes de explicar cómo funcionó el sistema, primero necesito explicar cómo funcionan los termostatos. Cuando las personas establecen termostatos, eligen una temperatura y el termostato cambia el compresor de aire acondicionado para mantener la temperatura del aire dentro de un pequeño rango alrededor de ese punto de ajuste. Si la temperatura se establece a 68 grados, el termostato enciende el AC cuando la temperatura es, por ejemplo, 70, y la apaga cuando se enfría para, por ejemplo, 66.
Cada pocos segundos, nuestro sistema cambió ligeramente el momento de la conmutación del compresor de aire acondicionado para algunos de los 100 aires acondicionados, lo que hace que el consumo de energía agregado de las unidades cambie. De esta manera, nuestro pequeño grupo de aires acondicionados en el hogar reaccionó a la red cambia la forma en que lo haría una planta de energía, utilizando más o menos energía para equilibrar la red y mantener la frecuencia cerca de 60 Hertz.
Además, nuestro sistema fue diseñado para mantener las temperaturas del hogar dentro del mismo pequeño rango de temperatura alrededor del punto de ajuste.
Probar el enfoque
Ejecutamos nuestro sistema en cuatro pruebas, cada una duración de una hora. Encontramos dos resultados alentadores.
Primero, los aires acondicionados pudieron proporcionar una regulación de frecuencia al menos con tanta precisión como una planta de energía tradicional. Por lo tanto, demostramos que los aires acondicionados podrían desempeñar un papel importante en el aumento de la flexibilidad de la red. Pero quizás lo más importante, al menos en términos de alentar a las personas a participar en este tipo de sistemas, descubrimos que pudimos hacerlo sin afectar la comodidad de las personas en sus hogares.
Descubrimos que las temperaturas del hogar no desviaban más de 1.6 Fahrenheit de su punto de ajuste. A los propietarios se les permitió anular los controles si se sentían incómodos, pero la mayoría no. Para la mayoría de las pruebas, recibimos solicitudes de anulación cero. En el peor de los casos, recibimos solicitudes de anulación de dos de las 100 casas en nuestra prueba.
En la práctica, este tipo de tecnología podría agregarse a los termostatos conectados a Internet disponibles comercialmente. A cambio de créditos en sus facturas de energía, los usuarios podrían optar por unirse a un servicio dirigido por la compañía de termostatos, su proveedor de servicios públicos o algún otro tercero.
Luego, las personas podrían encender el aire acondicionado en el calor del verano sin esa punzada de culpa, sabiendo que estaban ayudando a hacer que la red sea más confiable y más capaz de acomodar las fuentes de energía renovables, sin sacrificar su propia comodidad en el proceso.
Proporcionado por la conversación
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Cita: Cómo su aire acondicionado puede ayudar a la red eléctrica, en lugar de sobrecargarla (2025, 11 de junio) recuperado el 11 de junio de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-06-condicionar-power-power-grid-overloading.html
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