La eficiencia energética (EE) es la fuente de energía más importante y fácilmente disponible; se puede implementar a lo largo de toda la cadena de energía, desde la generación, transmisión y almacenamiento, hasta su uso final. La estandarización y el trabajo de evaluación de la conformidad (CA) de la IEC son fundamentales para la EE eléctrica en todos los niveles.

Por Morand Fachot

Hay esencialmente dos formas para mejorar la EE:

  1. Seleccionar tecnologías que sean más eficientes en la conversión de energías primarias (combustibles fósiles o nucleares, biomasa y fuentes de energía renovable) a energía útil, incluida la electricidad.
  2. Obtener los mismos resultados, utilizando menos energía.

Mejorar la EE significa también poder medir el consumo de energía de un dispositivo, sistema o proceso. Esto se logra mediante la recopilación y el análisis de datos, así como mediante pruebas y verificación. Un conjunto bien definido de criterios y métricas es indispensable para lograr resultados significativos y comparables. Para los productos electrotécnicos, estos criterios y métricas están incorporados en los estándares IEC.

Generación, almacenamiento, transmisión y distribución de energía

La conversión de energía primaria en energía eléctrica puede variar desde procesos muy eficientes a otros que son más derrochadores.

La fuente de electricidad más eficiente es la energía hidroeléctrica. Las turbinas hidráulicas modernas pueden convertir el 90% o más de la energía del agua en electricidad. Por el contrario, la quema de combustibles fósiles para producir electricidad puede ser un gran desperdicio. En plantas térmicas más antiguas, la conversión de combustibles fósiles (carbón en particular) en electricidad puede desperdiciar hasta 2/3 de la fuente de energía. Este tipo de plantas pueden mejorar su eficiencia a través del uso de ciclos combinados (CHP).

Las fuentes de energía renovables incluyen, además de la energía hidroeléctrica tradicional (que representa un 85% del total de las energías renovables), la geotérmica, la eólica, la solar (fotovoltaica [FV] y térmica) y la conversión de la energía marina (ola, corriente, marea).

Debido a la naturaleza intermitente de algunas energías renovables, la energía hidroeléctrica, que actúa como almacenamiento disponible al instante, juega un papel importante en el equilibrio de la producción y la garantía de estabilidad de la red. Los siguientes comités técnicos (TC) de IEC desarrollan estándares internacionales para sistemas de generación de energía:

TC 4 : Turbinas Hidráulicas
TC 5 : Turbinas de Vapor ( se utilizan en la geotermia, la generación nuclear y fosil, plantas solares térmicas y ciclos combinados=
TC 82 : Sistemas de Energía Solar Fotovoltaica (PV)
TC 88 : Sistemas de Generación Eólica
TC 114 : Energía Marina (olas corrientes y mareas)
TC 117 : Plantas Eléctricas Termosolares

El almacenamiento de electricidad es importante para los proyectos de eficiencia energética, dado que permite optimizar la producción de fuentes intermitentes. Además de la energía hidroeléctrica, las baterías secundarias (recargables) son la principal fuente de almacenamiento de energía eléctrica (EES).

Los comités técnicos (CT) de IEC que desarrollan estándares internacionales para almacenamiento de energía:

TC 21: Baterías y Celdas Secundarias, para todo tipo de baterías utilizadas en EES incluyendo las baterías estacionarias (plomo-ácido, litio-ion y NiCad / NiMH) y baterías de flujo
TC 120: Almacenamiento de Energía Eléctrica, que desarrolla las normas internacionales en el ámbito de la red integrada de sistemas de EES, centrándose en los aspectos del sistema en vez de dispositivos de almacenamiento de energía

La transmisión y la distribución son otras áreas donde se puede lograr una mejor eficiencia. Los estándares internacionales IEC proporcionan los requisitos de rendimiento y prueba que ayudan a evaluar la eficiencia de todos los tipos de cables (TC 20), las líneas aéreas (TC 11) y los conductores aéreos (TC 7), ayudan a calcular las pérdidas y proporcionan parámetros importantes para el diseño e instalación del cable.

También existen nuevas tecnologías de transmisión tales como alta tensión de corriente continua (TC 115) y la ultra alta tensión AC (TC 122) que hoy pueden ser utilizadas de forma segura gracias a los estándares IEC. Estas tecnologías altamente sofisticadas pueden ayudar a reducir las pérdidas de transmisión a largas distancias hasta en un 30%.

Los transformadores son otra área donde el trabajo de IEC ayuda a reducir las pérdidas de energía e, indirectamente, las emisiones de carbono. El TC 14 desarrolla estándares en el campo de transformadores de potencia, cambiadores de tomas y reactores para su uso en la generación, transmisión y distribución de energía. La publicación IEC TS 60076-20: 2017 propone dos métodos para definir un índice de eficiencia energética e introduce tres métodos de evaluación de la eficiencia energética de un transformador.

También las llamadas microrredes y la electrificación rural fuera de la red ayudan a reducir las pérdidas de transmisión al evitar la necesidad de transmitir electricidad a largas distancias.

La industria como principal consumidor

La industria representa el 40% del consumo mundial de electricidad, de los cuales alrededor del 70% es consumido por motores eléctricos que convierten la energía eléctrica en energía mecánica para máquinas, bombas, compresores, ventiladores, etc.

Más del 90% de los motores eléctricos no pueden ajustar su consumo de energía para satisfacer las fluctuaciones en la demanda de energía, desperdiciando energía valiosa. Un mejor control del motor y de la eficiencia del motor significan una mayor eficiencia de producción general. Cambiar a motores eléctricos con variadores de velocidad puede reducir el consumo de energía hasta en un 50%. El costo anual de energía de un motor es muchas veces mayor que su precio de compra inicial y los ahorros de energía amortizan rápidamente la inversión inicial.

El TC 2: Máquinas Rotativas, ha desarrollado normas internacionales que catalogan los motores eléctricos de acuerdo a su eficiencia, y el programa IEC para los esquemas de evaluación de la conformidad de equipos y componentes electrotécnicos (IECEE ), ha puesto en marcha el Sistema Global de Eficiencia Energética para Motores (GMEE).

Además de motores, que impulsan la gran mayoría de los procesos de producción, varias otras áreas de tecnología ofrecen un buen potencial para una mayor eficiencia energética.

Alrededor del 20% de la electricidad (hasta 40% en algunas industrias) se utiliza en procesos de calefacción. Estos se emplean ampliamente en muchos sectores, desde el procesamiento de alimentos y aplicaciones automotrices hasta la fundición. El electrocalentamiento ofrece muchos beneficios sobre los procesos que dependen de la combustión de combustibles fósiles. Mayor eficiencia es solo una de ellas; aire más limpio, temperaturas más altas y un mejor control del proceso se encuentran entre los beneficios. La eficiencia energética óptima de los hornos de gas oscila entre el 40% y el 80%, la de un horno eléctrico puede alcanzar el 95%. Estándares internacionales para electrocalentamiento son desarrollados por el TC 27 .

Finalmente están los sistemas automatizados para la fabricación inteligente, los cuales allanarán el camino para más procesos energéticamente eficientes. Los sistemas automatizados cubren todo el ciclo de vida de un producto, desde la idea hasta el pedido, la construcción y el desarrollo, la entrega y el reciclaje, incluidos todos los servicios relacionados. El TC 65 desarrolla estándares internacionales que se ocupan de la seguridad y la eficiencia de los equipos y procesos y el cumplimiento de la normativa y el consumo de energía, así como los muchos protocolos y métodos que soportan toda la gama de tecnologías de la comunicación, seguimiento, control, protección y seguridad cibernética en el área de automatización.

No olvidemos los edificios

Además de la industria, los edificios, para uso comercial y residencial, son grandes consumidores de energía. Representan alrededor del 40% del consumo de energía primaria en muchos países. Esta energía se utiliza para sistemas de iluminación, calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC), así como para impulsar elevadores, escaleras mecánicas, maquinaria y electrodomésticos.

La automatización y control de la construcción puede mejorar significativamente la eficiencia energética de los edificios. Existe una amplia variedad de tecnologías que están conectadas de forma inalámbrica, incluidos detectores de luz, temporizadores, temperatura, movimiento, humedad y muchos otros sistemas de sensores, así como controladores lógicos programables. La automatización de edificios puede ayudar a optimizar el uso del dispositivo apagando por completo los dispositivos o reduciendo su uso al mínimo.

El TC 8 se enfoca en los aspectos generales del sistema del suministro de electricidad, mientras que el TC 57 se ocupa de las comunicaciones entre los equipos y los sistemas de electricidad. Y el TC 47 desarrolla estándares para sensores y dispositivos similares.

La calefacción y la refrigeración requieren una cantidad significativa de energía. Las bombas de calor representan uno de los medios más eficientes para calentar o enfriar un edificio. Ellos requieren una cantidad mínima de energía eléctrica para funcionar y trabajar en el principio de la transferencia de calor desde el agua, aire, suelo o de otras fuentes para proporcionar agua caliente o aire acondicionado. El TC 61 desarrolla estándares que brindan requisitos específicos para bombas de calor, aires acondicionados y deshumidificadores.

Los ascensores y las escaleras mecánicas son también sistemas que consumen mucha energía, representan hasta el 10% del uso de energía en los edificios. Motores innovadores y sistemas de frenado regenerativo que recuperan energía ayudan a reducir el consumo de energía del ascensor a la mitad. Las escaleras mecánicas se pueden hacer más eficientes montando sensores que las apagan cuando no las necesitan o que activan los sistemas de arranque suave cuando el número de personas transportadas es bajo.

Finalmente tenemos la iluminación eléctrica, la cual consume una cantidad significativa de electricidad, estimada en casi el 20% de la producción total de electricidad. La elección de la tecnología hace una gran diferencia en términos de EE eléctrica. Las bombillas incandescentes pierden aproximadamente el 95% de la energía que usan en forma de calor. Las lámparas fluorescentes compactas son un 80% más eficientes que las bombillas incandescentes, pero las luces basadas en diodos emisores de luz (LED) son hasta un 95% de eficiencia de conversión de electricidad en luz. El TC 34 prepara la mayoría de las Normas Internacionales para una iluminación segura y eficiente, incluidos los requisitos de rendimiento, especificaciones, pruebas y métodos de medición para todos los tipos de lámparas y sus dispositivos auxiliares. Otros comités técnicos, como el TC 23 y el TC 47, desarrollan estándares que se aplican a los interruptores y sensores activados electrónicamente.

Los bienes de consumo también están siendo cada vez más eficientes desde el punto de vista energético

El TC 59 desarrolla normas internacionales que abordan las características de eficiencia energética de  electrodomésticos, tales como lavavajillas,, lavadoras, cocinas, refrigeradores / congeladores y muchos más. Entre otras cosas, estos estándares son la base para medir y probar el rendimiento y el consumo de energía, incluso en modo de espera.

El TC 100 proporciona métodos de medición estándar para el consumo de energía y la eficiencia energética de los sistemas de audio, video y multimedia, así como otros equipos conectados a la red eléctrica. Estos métodos también cubren aplicaciones para la administración de la energía en el hogar.

La eficiencia energética de un producto declarada por el fabricante, deben verificarse de manera independiente. Dicha verificación es realizada por laboratorios independientes, muchos de los cuales también participan en la IECEE.

El transporte se convierte al uso de la electricidad

Los motores de combustión interna (ICE), que siguen siendo el principal modo de propulsión para los vehículos de carretera, son cada vez más eficientes en el consumo de combustible gracias al mayor uso de los sistemas electrónicos. Sin embargo, los ahorros de energía más importantes vendrán de hacer un cambio de ICEs a transmisiones eléctricas o células de combustible a motores de potencia.

El trabajo de TC 21, TC 23, TC 69 y TC 105 apoya la introducción de vehículos eléctricos, híbridos o de celda de combustible, que cubren toda la gama de tecnologías eléctricas y electrónicas relevantes, incluidas las baterías y la infraestructura de carga.
La electrificación del transporte público está muy avanzada en los entornos urbanos con la introducción de autobuses eléctricos, además de líneas de tranvía y trolebúses . El transporte ferroviario también se está electrificando cada vez más en muchos países. El TC 9 tiene la tarea de estandarizar los sistemas de administración de energía en trenes, metros, tranvías y aplicaciones de transporte similares. Los vehículos eléctricos se encuentran también en muchas aplicaciones industriales, tales como en los almacenes (carretillas elevadoras) y aeropuertos (camiones de remolque de aviones). Todo esto ayuda a acelerar la transición a sistemas de transporte más limpios y más eficientes.

Para barcos, el TC 18 , el TC 20 y el TC 23 trabajos en sistemas y tecnologías destinadas a aumentar la EE en embarcaciones. Su trabajo apoya la introducción de híbridos y sistemas completos de propulsión eléctricos, especialmente para trayectos cortos, por ejemplo en puertos.

Nuevas tecnologías de eficiencia energética

Existe una gama cada vez mayor de aplicaciones, incluso en el sector de la energía, que utilizan la recolección de energía. Esto implica el proceso de recolectar bajos niveles de energía de fuentes como el calor ambiental o residual, energía solar, térmica o cinética y convertirla en energía eléctrica. Esta tendencia es impulsada por sensores y dispositivos de comunicación inalámbrica que apuntan cada vez más a funcionar independientemente de una fuente de alimentación externa. La mayoría de los sistemas de recolección de energía basados en cinética dependen de transductores piezoeléctricos. Los estándares internacionales para estos son desarrollados por el TC 49 .

Corriente continua de bajo voltaje (LVDC): una solución para el futuro

LEDs, celulares, teléfonos fijos, IT y equipos multimedia usan DC. La energía solar fotovoltaica genera DC y, sin embargo, incluso en entornos rurales aislados de la red, esta energía se transforma en corriente alterna. Esto da como resultado una innecesaria pérdida de la eficiencia.
La LVDC es una tecnología de bajo costo, simple, pero de alto nivel que promete llevar energía a los millones que no la tienen. Ayudará a reducir las pérdidas por conversión y eliminará la necesidad de construir muchos transformadores de potencia. La LVDC también facilitará la conexión de energía renovable.

La IEC está liderando los esfuerzos para que esta tecnología sea segura para su uso en la electrificación rural, también en centros de datos, hospitales, edificios de oficinas y otros dominios que utilizan una gran cantidad de energía y que se beneficiarían por la reducción de pérdida en la conversión de energía. Se estableció un Grupo de Evaluación de estanadres (SEG 4) para determinar el estado de la normalización en el campo de las aplicaciones y productos LVDC y recomendar al Standarization Management Board (SMB) el diseño de cualquier futuro programa de trabajo de normalización que la IEC pueda realizar