Reimaginando y Fortaleciendo la Infraestructura Energética de República Dominicana: Microredes Frente a Eventos Catastróficos (1/2)

Una red eléctrica confiable es la columna vertebral de la sociedad actual. Ninguna nación moderna puede ser plenamente soberana, competitiva y sostenible sin prestar atención a esta premisa, a este axioma fundamental.

No obstante, Quisqueya no solo está “en el mismo trayecto del sol”, pero también en el constante ojo de la tormenta.

Vulnerabilidad Climática de la República Dominicana

La República Dominicana es uno de los países más vulnerables del mundo al cambio climático. Según el Índice de Riesgo Climático Global 2021 [1] , que cuantifica en qué medida los países se han visto afectados por los impactos de eventos climáticos en sus economías (tormentas, inundaciones, olas de calor, etc.), República Dominicana ocupa el puesto 50 0 .

No obstante, nuestros vecinos más cercanos, Puerto Rico (1 0 ) y Haití (3 0 ), han sido identificados dentro de los 10 países más afectados del mundo en los últimos 20 años, colocando a la isla y a la región como una de las más vulnerables.

En este contexto, es más que evidente que la magnitud del reto al que se enfrentan los dominicanos recae sobre la visión de los administradores, formuladores de políticas y reguladores de la infraestructura de nuestra nación.

En sus hombros está la responsabilidad de explorar las herramientas e innovaciones tecnológicas que permitirán no sólo aumentar nuestra capacidad de planificar, tomar decisiones y aumentar el nivel de resiliencia de nuestra infraestructura ante este tipo de eventos, pero también de construir el conocimiento técnico para integrar las tecnologías que harán esto posible.

El problema en perspectiva

El análisis de los Puntos Críticos de Vulnerabilidad al Cambio climático en República Dominicana muestra que 13 provincias (alrededor del 40% del país) presentan niveles de vulnerabilidad de alta a muy alta ante eventos climáticos.

Los elementos que hacen una región más vulnerable que otra son tanto factores climáticos, como factores ligados a la resiliencia y capacidad adaptativa de la población que reside en estos territorios. La ubicación geográfica del país, junto con factores históricos sociales, demográficos y económicos, y el hecho de que la república comparte la isla con el país más pobre del hemisferio occidental, exacerban las
condiciones de riesgo.

Mapa de Vulnerabilidad Climática Provincial Fuente: Puntos Críticos de Vulnerabilidad al Cambio climático en República Dominicana (2013).

La isla Hispaniola también presenta una alta amenaza sísmica, especialmente por el fragmento de placa integrado por el valle del Cibao, la cordillera Septentrional, la península de Samaná, la costa Atlántica y el talud insular norte.

Vulnerabilidad Territorial ante Amenazas de Origen Geodinámicos Fuente: Análisis de riesgos de desastres y vulnerabilidades en la República Dominicana Sistema Nacional de Prevención, Mitigación y Respuesta a Desastres (2009).

El análisis espacial también evidencia la vulnerabilidad de comunidades y centros urbanos ante inundaciones en las cuencas del rio Yaque del Norte y Yuna.

Al cruzar las zonas de alta exposición sísmica con los datos de vulnerabilidad, y asumiendo que las tormentas tropicales se intensificarán, que el nivel del mar aumentará y que los patrones de lluvias variarán continuamente, la provincia de San Cristóbal debe ser considerada como la de mayor peligrosidad ante estos eventos, seguida de Santo Domingo-Distrito Nacional, Espaillat, Santiago, Salcedo, Bahoruco, Peravia, San Juan e Independencia.

Areas más susceptibles a inundaciones aluviales (rosa y roja) y marejadas ciclonicas Dominican Republic
Climate Change Vulnerability Assessment (2013).

Un ejemplo reciente de esta nueva realidad sucedió el sábado 18 de noviembre del 2023, donde se registraron acumulados de lluvia de 431 milímetros de agua en 24 horas (ver Figura 5). Es el evento de mayor precipitación pluvial jamás ocurrido en la República Dominicana [6] , superando el anterior registro de 266 mm el 4 de noviembre de 2022, y resultando en un costo humano importante. No será el último.

Acumulado de lluvias en los cuatro días correspondientes del jueves 16 de noviembre al domingo 19 de noviembre del 2023. Fuente: Oficina Nacional de Meteorología (ONAMET)

Vulnerabilidad de las Redes Eléctricas y Riesgos Catastróficos para la Seguridad Energética
No debe sorprendernos que el cambio climático tenga un impacto significativo en el sector eléctrico. El aumento de las temperaturas, cambios en los patrones de precipitación y el aumento del nivel del mar afectan la producción, la oferta y la demanda de energía.

Desafortunadamente, las redes eléctricas en la República Dominicana, como en la mayor parte del mundo, fueron diseñadas y planificadas para funcionar de forma centralizada, caracterizadas por un flujo unidireccional de la electricidad, así como de su valor económico, desde los generadores hasta los clientes finales, desarrolladas en una era dominada por las economías de escala y el auge de los combustibles fósile .

Debido a estas características intrínsecas, esta arquitectura está cada vez más expuesta a amenazas que
evolucionan rápidamente. Los planificadores y operadores de redes han gestionado durante mucho tiempo esta vulnerabilidad inherente mediante la redundancia y el fortalecimiento de la infraestructura energética crítica.

No obstante, no pueden evitar por completo los riesgos de interrupciones cuando aparecen eventos de alto impacto y baja probabilidad (HILP por sus siglas en inglés) como lo son terremotos, ciberataques y huracanes, etc.

La figura 6 ilustra los componentes de la cadena de valor de la energía y, en particular, la dependencia del acceso a la electricidad para los usuarios finales, desde el suministro de combustible hasta la generación, transmisión y distribución. Se evidencia como un evento en cualquier eslabón de esta cadena, resulta en un posible fallo en cascada, que ultimadamente repercute en el usuario final.

Cadena de valor de la energía y el riesgo de fallo en cascada. Fuente: Adaptado de Reimagining Grid Resilience, RMI (2020)

Un ejemplo oportuno es lo que sucedió en Puerto Rico en 2017. El huracán María dejó sin electricidad a 1,35 millones de habitantes y dañó el 80% de las líneas de transmisión dejando sin electricidad a la mayor parte de la isla durante 181 días [9] . La falla de la red eléctrica es el impacto inicial que conduce a fallas en cascada, como la pérdida de acceso a los servicios de atención médica, la pérdida de comunicaciones y fallas en el sistema de agua.

Aproximadamente el 70% del sistema de tratamiento y distribución de agua potable resultó dañado
durante los huracanes, en parte debido a la falla de la red asociada a ellos . La figura 7 muestra el impacto
financiero del huracán María y las velocidades del viento que causaron gran parte de este daño.

Figura 7 – Impacto financiero (billones de dólares), hogares y población expuestos y ráfagas máximas del huracán María. Fuente: Exploring Urban Resilience Pathways, San Juan, Puerto Rico (2022)

Por lo tanto, para realizar inversiones eficientes que mitiguen efectivamente el riesgo y aumenten la resiliencia de la República Dominicana, las decisiones de planificación deben abordar la necesidad de aumentar la resiliencia, pero también las interdependencias del Sistema Energético Nacional Interconectado (SENI) con otras infraestructuras críticas (Ver Figura 8), que proporcionan muchos de los servicios necesarios para el buen funcionamiento de la sociedad y para mantener la calidad de vida de sus habitantes, como son hospitales, plantas de tratamiento de agua, telecomunicaciones y el sector transporte.

Una mejor comprensión de las complejas interacciones entre la infraestructura energética crítica ayudará a la República Dominicana a prepararse, responder y recuperarse de futuros desastres [12] .

Figura 8 – Interdependencias de la Infraestructura Crítica Fuente: Adapatado de Phillips, J., M. Finster, J. Pillon, F. Petit, and J. Trail,

2016, State Energy Resilience Framework, Argonne National Laboratory.

Una Visión y una Solución Integral: Mi(cro/ni)rredes Eléctricas

Los recientes cortes de energía severos causados por eventos climáticos cada vez más frecuentes han puesto de relieve la urgencia de mejorar la resiliencia de las redes en todo el mundo. La catástrofe en Puerto Rico, con un daño estimado de $91.61 mil millones de dólares, ofrecieron a la comunidad internacional y a la industria energética una rara y poderosa oportunidad para analizar las consecuencias de un evento tan potente en la infraestructura eléctrica, y el desafío de encontrar soluciones para mitigar sus efecto.

Tradicionalmente, la industria eléctrica se ha centrado en métodos que buscan restaurar cargas, reparando la infraestructura afectada y una restauración gradual del servicio tras un apagón general. Sin embargo, cuando el sistema de distribución sufre daños graves, los enfoques tradicionales no pueden garantizar que se suministrará energía a las cargas críticas necesarias.

Aquí es donde las microrredes han surgido como herramienta debido al potencial para recuperarse de manera rápida y efectiva, ofreciendo un enfoque alternativo al dilema de la resiliencia. Una microrred eléctrica es un grupo de cargas interconectadas y recursos energéticos distribuidos que pueden funcionar juntos o de forma independiente de la red eléctrica principal.

F Tipos de Microredes. Fuente: Microgrids for Resilient Municipalities, What they are, Why you may want one, & What resources are available. U.S Department of Energy (2021).

De esta forma, las microrredes eléctricas tienen la capacidad de funcionar como pequeñas islas de generación y consumo de energía. Esta condición les otorga la capacidad de operar con mayor flexibilidad, funcionalidad y resiliencia frente a eventos naturales extremos relacionados con el cambio climático.

Así, las microrredes pueden involucrar instalaciones únicas o múltiples, que atienden a un cliente a través de un medidor, a múltiples instalaciones, controladas por un medidor en un punto de acoplamiento común (PCC) (Ver Figura 9) o clientes múltiples (full-feeder microgrid), sirviendo a múltiples instalaciones/clientes en múltiples medidores.

– Componentes de una microrred Fuente: Adaptado de D. Shea, Microgrids: State Policies To Bolster Energy Resilience, 2021, Conferencia Nacional de Legislaturas Estatales (NCSL)

Esta tecnología y concepto puede ser extrapolado a microrredes interconectadas o miniredes. Una minirred implica la separación de la infraestructura de transmisión y distribución de la red existente en grupos de cargas críticas atendidas por recursos energéticos distribuidos y diseñadas para operar tanto en modo conectado a la red como en modo isla. Una minired es la realización del concepto de microrredes interconectadas, simplificando la infraestructura de distribución necesaria.

– Una visión de Minirredes frente a Eventos Climáticos Catastróficos en República Dominicana Fuente: Análisis de resiliencia para el desarrollo de arquitectura de microrredes frente a eventos climáticos en los sistemas eléctricos de República Dominicana. Grupo de Investigación en Resiliencia Energética y Microrredes, PUCMM, 2023 [18]

Una Ventana de Oportunidad y una Posible Ruta

Un estudio sobre esta tecnología y visión se está llevando a cabo en la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Mecánica de la Pontificia Universidad Católica Madre y Maestra.

El proyecto de investigación Análisis de Resiliencia para el Desarrollo de Arquitectura de Microrredes frente a Eventos Climáticos en los Sistemas Eléctricos de República Dominicana, fue acotado para que los resultados sean una ruta técnica y regulatoria para construir resiliencia antes los efectos extremos de cambio climático en la infraestructura energética de la isla.

Uno de los resultados clave de esta investigación fue el desarrollo del primer laboratorio especializado en
Microrredes Eléctricas de República Dominicana.

Este laboratorio, ubicado en PUCMM campus Santiago, cuenta con una tecnología de vanguardia implementada por primera vez en el país, que hace posible integrar simulaciones de microrredes en tiempo real. Además, permite pruebas esenciales para el desarrollo y validación de sistemas de protección y control de microrredes [21] .

En el estudio también se identificaron posibles rutas que algunas instituciones del sector eléctrico dominicano (Distribuidoras (EDEs), Ministerio de Energía y Minas (MEM-RD), Comisión Nacional de Energía (CNE), Empresa de Transmisión Eléctrica Dominicana (ETED), Organismo Coordinador (OC) y el Ministerio de Economía, Planificación y Desarrollo (MEPyD)) deben considerar para mejorar la resiliencia de la red eléctrica ante eventos climáticos extremos, así como otras vulnerabilidades identificadas.

Basándonos en las ideas de Nassim Nicholas Taleb sobre los ‘Cisnes Negros’ (una metáfora que describe un evento que llega como una sorpresa, tiene un efecto devastador y a menudo se racionaliza de manera inapropiada en retrospectiva) [19] , argumentamos que para estar preparado para la realidad que supone cambio climático, el estado dominicano debería priorizar una visión hacia la resiliencia en infraestructura.

Cuando hablamos de resiliencia en este contexto, es importante reconocer que estamos hablando de sistemas, y una forma de pensar en un sistema es verlo como grupos de relaciones. Una ciudad es un sistema de relaciones entre personas, empresas, instituciones e infraestructura.

Entonces, cuando una ciudad que ha sido devastada por un huracán se recupera, a nadie realmente le importa si las redes eléctricas, los edificios y los puentes se reconstruyen exactamente de la misma manera.

Lo que importa es si las relaciones clave dentro del sistema urbano permanecen intactas. ¿Se podrán recuperar las personas e instituciones esenciales que integraban ese sistema? ¿Pueden los residentes permanecer en sus barrios o se ven obligados a marcharse porque los servicios básicos (energía, agua, comunicación) se han visto afectados? ¿Pueden reabrirse tiendas y fábricas, o los contratos y las líneas de suministro están rotos sin posibilidad de reparación? La mayor demanda de fiabilidad y resiliencia en todos los sectores productivos, combinada con la caída de los costos de los Sistemas de Almacenamiento de Energía en Baterías (BESS) y la asequibilidad de la energía solar fotovoltaica, están impulsando el desarrollo de las microrredes en todo el mundo.

Captar y comprender estas tendencias es esencial para rastrear las barreras regulatorias y las necesidades de políticas públicas en favor de estas tecnologías, pero aún más importante, es fundamental para apoyar la visión país hacia la transición energética y sus 3D: Digitalización, Descarbonización y Descentralización.

La investigación se realizó con el apoyo financiero del Partnerships for Enhanced Engagement in Research
(PEER) Ciclo 9, un programa de fondos para investigación que financia la Agencia de los Estados Unidos para el Desarrollo Internacional (USAID) y que implementa la Agencia Nacional de Ciencias (NAS).

El principal socio del proyecto fue la distribuidora EDENORTE, quien proporcionó información técnica y soporte metodológico.