Integrar energía alternativa y sistemas eléctricos existentes

La instalación y el mantenimiento de los aerogeneradores es son más complicados. Este tipo de fuente de generación de energía renovable generalmente se instala en áreas rurales y ocupa una gran parte del terreno. Los aerogeneradores contienen componentes mecánicos y experimentan desgaste y deterioro, por eso requieren mantenimiento regular, generalmente dos veces al año. Además, las instalaciones con aerogeneradores son más eficaces en zonas donde la velocidad continua mínima del viento es de al menos 12 mph.

La tecnología geotérmica se puede usar para producir electricidad para empresas de electricidad. Sin embargo, las aplicaciones en instalaciones comerciales y residenciales están limitadas principalmente a la calefacción y refrigeración. Esta tecnología típicamente usa el calor de grandes depósitos de agua que se encuentran en profundidad bajo la tierra. Aprovechar estas fuentes de calor masivo para producir vapor que impulsa los aerogeneradores grandes, en lugar de hervir agua con combustible fósil, reduce drásticamente las plantas de energía de los generadores de vapor a menos del 5 % en comparación con el carbón. La fuente restante de emisiones es debido a los gases disueltos que ocurren naturalmente en el depósito subterráneo.

Las celdas de combustible producen electricidad basada en una reacción química que quita los electrones del combustible que contiene hidrógeno y dirige los electrones hacia el oxígeno a través de un intercalado de placas bipolares de acoplamiento cerrado y electrolito. Los electrones que pasan por los terminales generan el flujo de corriente. El combustible más común usado es el gas natural. Sin embargo, como el proceso no incluye la combustión, no hay subproductos contaminantes. Esta tecnología se considera renovable solo si la fuente de combustible usada es renovable. Los típicos subproductos son dióxido de carbono, agua y calor.

La generación de electricidad de biomasa usa desperdicios orgánicos como combustible. El combustible se quema para crear vapor que, similar a las plantas geotérmicas, impulsa los motores de los generadores grandes. Un ejemplo es el subproducto del metano de los desperdicios del relleno sanitario descompuestos que normalmente se ventilan o queman hacia la atmósfera para evitar la acumulación de gas peligroso debajo de la tierra. Para producir electricidad, el metano se captura, procesa y quema para producir vapor. Este es un proceso neutro en carbono y renovable, pero no es necesariamente un proceso limpio. Los avances en las tecnologías de control de contaminación reducen las emisiones, pero no las eliminan.

Una tecnología de generación de energía renovable adicional que vale la pena mencionar es la tecnología hidroeléctrica. La hidroelectricidad, que se usa hace más de 100 años, es la tecnología de generación de energía renovable más ampliamente usada del mundo, que representa el 70 % de la energía renovable generada del mundo, de acuerdo con REN21 (Red de políticas de energía renovable del sigo XXI). Esta tecnología trabaja al aprovechar la potencia del agua corriente que gira las turbinas acompañadas con un alternador que genera electricidad. Esto similar a la idea detrás de la energía eólica, pero con una fuente de energía más constante. Debido a la complejidad, el costo de implementación y la necesidad de la corriente de agua continua, esta tecnología no se usa ampliamente para las conexiones a los sistemas de energía de edificios comerciales y residenciales de Estados Unidos.

Políticas y programas de incentivo

Los programas gubernamentales han tenido un impacto significativo en el nivel de adopción y mayor implementación de tecnologías de energía renovable. Dos de los programas más reconocidos son el Crédito de impuestos de energía renovable residencial y el Crédito de impuesto de inversión para energía comercial. Aunque originalmente fueron programados para vencer a fines de 2016, estos programas se modificaron en diciembre de 2015 para que se extiendan hasta el 2019 (y más adelante, en algunos casos). Ambos programas proporcionan un crédito de impuestos basado en la fecha en servicio del sistema de potencia renovable.

El Crédito de impuestos de energía renovable residencial es un crédito de impuesto personal federal disponible para propietarios que instalan un sistema de potencia renovable. El programa residencial se modificó para extender la fecha límite del servicio para que las tecnologías fotovoltaicas y térmicas solares se extiendan hasta fines de 2021. Un crédito del 30 % está disponible hasta fines de 2019, en ese momento el crédito bajará al 26 % hasta el fin de 2020 y al 22 % hasta el fin de 2021. Los incentivos bajo este programa para otras tecnologías (celda de combustible, poco viento y geotérmico) ya no estarán disponibles a fines de 2016. El programa de crédito de impuesto residencial vencerá a fines de 2021.

El Crédito de impuesto de inversión de energía comercial es un crédito de impuesto corporativo federal disponible para negocios que instalan un sistema de potencia renovable. Este programa también se modificó para que se extendiera más allá del 2016. El crédito para las tecnologías térmicas solares y fotovoltaicas seguirá siendo del 30 % hasta fines de 2019. Luego se reducirá al 26 % hasta fines del 2020, el 22 % hasta fines del 2022 y luego el 10 % de ahí en adelante. Las instalaciones eólicas grandes (con turbinas de más de 100 kW) también verán una reducción gradual en el crédito del 30 % hasta fines de 2016, el 24 % hasta fines de 2017, el 18 % hasta fines de 2018 y finalmente del 12 % hasta fines del 2019. Al final del 2019, las instalaciones eólicas ya no serán elegibles para un crédito de impuestos bajo este programa.

El crédito de impuesto del 10 % actual para las instalaciones generan electricidad geotérmica no tiene una fecha de vencimiento. Sin embargo, las instalaciones que usan calefacción para los sistemas de calor y potencia combinados no podrán reclamar el crédito después de 2016.

Los propietarios de los sistemas de producción de energía renovable que venden la electricidad generada, como los servicios públicos propiedad de inversionistas o aquellos vendidos bajo un acuerdo de compra de energía, son elegibles para aprovechar el Crédito de impuesto de producción de electricidad renovable. Las tecnologías permitidas bajo este programa incluyen viento, biomasa, geotérmica, hidroeléctrica y fuentes de energía marina. El crédito de impuesto se aplica durante los primeros 10 años de operación y proporciona un crédito igual a 0,015 centavos/kWh, con un ajuste por la inflación de 1993 dólares para algunas tecnologías y la mitad de esta cantidad para otras. El factor de ajuste por la inflación es publicado por IRS cada año. El crédito para las instalaciones eólicas terminará a fines de 2019. Las instalaciones eólicas que comenzaron su construcción en 2017, 2018 y 2019 experimentarán un crédito de impuesto reducido del 20 %, 40 % y 60 % respectivamente.

Otro programa con impacto positivo en la mayor implementación de energía renovable y mayores números base instalados son las normas de cartera de energía renovable estatal. A partir de octubre de 2015, 29 estados han dictado políticas que obligan a las empresas de servicios públicos a cumplir con porcentajes mínimos de fuentes de energía renovables. Además, ocho otros estados ahora tienen objetivos de energía renovable que tienen el potencial para convertirse en mandatos legales en el futuro.

Conexión con los servicios eléctricos existentes

Instalar un nuevo sistema de potencia renovable in situ en los edificios o propiedades existentes a veces puede parecer complejo, especialmente cuando la distribución existente se diseñó antes o sin la previsión de los códigos modernos relacionados con las fuentes de generación de energía locales en paralelo con los servicios públicos NFPA 70: Código eléctrico nacional - 2014 (NEC) contiene disposiciones para la instalación segura de los sistemas fotovoltaico (NEC artículo 690), de celda de combustible (NEC artículo 692) y de electricidad eólica (NEC artículo 694) a los sistemas de distribución eléctrica en edificios.

El NEC artículo 705 cubre la instalación de una o más fuentes de producción de energía eléctrica que opera en paralelo con una fuente de energía primaria. El punto de conexión desde la salida de una fuente local de energía eléctrica está tratado específicamente en NEC artículo 705.12.

NEC 705.12(A) permite que las fuentes de producción de energía local se conecten al lado de suministro de un servicio público. Sin embargo, está restringido a la clasificación del servicio público. El fundamento para este requisito es que la salida de energía del sistema de generación debe ir a algún lado, piense en la Ley de corriente de Kirchhoff. Si no es consumido por las cargas dentro del sistema eléctrico de la instalación, retornará a la red de servicios públicos. Si la capacidad agregada de fuentes de producción de energía local excede la clasificación del servicio público, el equipo de servicio se sobrecargará, lo cual puede causar un incendio.

La norma 705.12(D) del NEC permite la conexión del lado de la carga de los inversores interactivos de la red, pero con restricciones adicionales. Los inversores interactivos de los servicios públicos se usan en la producción de energía eólica, fotovoltaica y de celda de combustible para convertir el voltaje de CC a CA bajo las siguientes condiciones:

• Debe haber un único medio dedicado para desconectar todos los inversores conectados a un sistema de distribución.
• Las clasificaciones de la barra colectora del equipo se deben modificar para que admitan el 100 % del dispositivo de protección de sobrecorriente de la red de servicios públicos (OCPD) y el 125 % de los circuitos de salida del inversor. Como alternativa, si la entrada de la red de servicio público y la entrada del inversor están ubicadas en extremos opuestos de la barra colectora, la suma del OCPD de la red servicios públicos y el OCPD del inversor se pueden modificar hasta un 120 % de la clasificación de la barra colectora.
• Se debe marcar todo el equipo que contiene conexión de varias fuentes.
• Los disyuntores deben ser adecuados para la retroalimentación.
• Los disyuntores retroalimentados y de tipo enchufable deben fijarse mediante un sujetador adicional, a menos que estén listados e identificados como interactivos.

Al integrar potencia alternativa y los sistemas eléctricos existentes, tómese el tiempo de entender las políticas, incentivos, procedimientos y códigos para asegurar un proyecto exitoso. 


Robert R. Jones Jr. es el director asociado de electricidad para la oficina de Las Vegas en JBA Consulting Engineers. Tiene experiencia en varios sectores del mercado, incluidos los proyectos de hotelería, comercial, médicos y gubernamentales.

Leslie Fernandez es un ingeniero eléctrico de proyectos sénior en JBA Consulting Engineers. Se especializa en sistemas de energía renovable y en los complejos sistemas de distribución de voltaje medio y alto.