La electricidad puede producirse y distribuirse a gran escala usando corriente continua o corriente alterna, y el mundo depende de los entresijos de esta cuestión en apariencia intrascendente. 

La tecnología de distribución condiciona tanto la eficiencia como en las características de la generación y consumo energético mundial, desde la fuente hasta el cargador que se asegura de que llega a alguno de nuestros dispositivos en forma de corriente continua:

• la corriente alterna cambia de dirección constantemente y el voltaje debe invertirse con la corriente, lo que la hace atractiva para el transporte a larga distancia pero aumenta su pérdida debido a la resistencia (que es proporcional al cuadrado de la corriente);
• mientras en la modalidad continua, la corriente fluye en una dirección y el voltaje mantiene una constante, lo que aumenta la eficiencia al reducir la pérdida por disipación, si bien requiere una infraestructura local: la fuente energética debe estar próxima a donde se produce el consumo.

Una red eléctrica heredada del pasado

Sobre el papel, por tanto, la corriente constante derivaría en un uso eléctrico más eficiente, al poder diseñar dispositivos que no requieren transformador. 

Sin embargo, la distribución eléctrica depende de instalaciones diseñadas para una distribución de alta tensión, que obliga al uso de corriente alterna, y nuestro mundo se ha adaptado a las limitaciones de una decisión tecnológica de hace generaciones.

¿Ha llegado el momento de revisar un modelo condicionado por limitaciones del pasado, o el cambio a gran escala para adaptar infraestructuras de consumo electrónico en oficinas y viviendas es inviable dado el esquema energético, tan centralizado y sometido a regulaciones como las telecomunicaciones, el combustible o el agua?

Convertir electricidad (y perderla por el camino)

No hay otro sector que dependa más de decisiones -a menudo atávicas- tomadas hace más de un siglo que el de la generación y distribución de electricidad: si bien la infraestructura funciona con corriente alterna (CA -AC en sus siglas en inglés-), hay fuentes de generación energética y dispositivos que requieren corriente continua (CC, -DC en sus siglas en inglés-).

¿La consecuencia? Debido a limitaciones técnicas y de coste, así como decisiones políticas e industriales a gran escala, el sistema de reparto energético usando corriente alterna se impuso a modelos alternativos, como los que dependían de la corriente continua, lo que habría evitado la necesidad actual de convertir la energía en los procesos de generación, distribución y uso local, respectivamente: DC-AC-DC.

Además del ahorro en la instalación de inversores para reducir la electricidad transportada en alta tensión y así adaptarla a las necesidades de uso, una red que no convirtiera la energía aumentaría la eficiencia de la infraestructura.

La guerra de las corrientes

En la actualidad, la costosa y convivencia entre DC y AC causa inconvenientes en las granjas de energía solar o eólica, que generan electricidad en forma de corriente continua y tienen que transformarla en corriente alterna para poder distribuirla. Esta operación no sería necesaria si la fuente de generación no dependiera de un esquema técnico heredado del pasado y blindado por una legislación que favorece el estado de las cosas.

Como consecuencia, muchas granjas de energías renovables tratan de abaratar su coste instalándose junto a subestaciones eléctricas, para así convertir la energía en forma de corriente continua (DC) en corriente alterna (AC) perdiendo el mínimo caudal posible en el obligado proceso.

La carrera por iluminar el mundo

La ya olvidada guerra de las corrientes tuvo lugar en el mundo industrializado en la década de 1880: el inventor Thomas Edison promocionó, con la ayuda de J.P. Morgan, una tecnología basada en la corriente continua que se impondría en el consumo doméstico, pero no en la distribución. 

El mayor número de contratos y la facilidad para distribuir energía en largas distancias impondría la solución basada en la corriente alterna de Nikola Tesla y George Westinghouse.

Su principal adversario, el inventor Thomas Edison, había presentado un sistema de distribución de corriente alterna con la ayuda de otro gran industrial de la época, J.P. Morgan, pero el coste de implantar una tecnología con la que se había experimentado menos y los problemas técnicos decantaron la balanza por la corriente alterna, pese a sus numerosos problemas: menor eficiencia y dependencia de grandes inversiones y una planificación centralizada.

Cuando la maquinaria de vapor y las hidroeléctricas fijaron la tecnología

En el contexto de la época, la corriente alterna presentaba retos más asumibles para grandes ciudades y corporaciones: la corriente alterna tolera mejor la alta tensión y facilita la distribución centralizada y a larga distancia, lo que permitía en la época servirse de dos innovaciones técnicas:

• la energía de las centrales hidroeléctricas;
• y la potencia operativa de las máquinas de vapor, que aumentaban su eficiencia y reducían su coste en instalaciones a gran escala.

El fenómeno de la disipación en forma de calor

Por el contrario, la corriente continua no logró un sistema de distribución viable hasta mediados del siglo XX. Hasta entonces, la tecnología planteada por Thomas Edison y la compañía General Electric (creada entre el inventor y J.P. Morgan), requería pequeñas centrales energéticas sobre el mapa energético costosas para la época, debido a una limitación técnica que impedía trasladar corriente continua a larga distancia: ésta no soportaba con tanta flexibilidad el transporte convertida en alta tensión.

Hoy, casi un siglo y medio después y tras una innumerable serie de parches técnicos, la distribución eléctrica a gran escala sigue dependiendo del esquema promovido en 1880 por Nikola Tesla y George Westinghouse; como consecuencia, el componente que menos ha evolucionado en nuestra realidad cotidiana. 

Por ejemplo, los transformadores que usamos en electrodomésticos y aparatos electrónicos conservan el problema ya conocido en la época de Edison: buena parte de la electricidad consumida (y tanto facturada como malgastada en un mundo que tiene que acelerar su grado de eficiencia) nunca se usa pues se disipa en forma de calor. 

Repensar el consumo eléctrico

Este fenómeno de disipación ha influido sobre el diseño interno de todo tipo de aparatos, que incluyen pequeñas ranuras y ventiladores para contrarrestar el calor resultante de la deficiente distribución y conversión eléctrica desde la red a nuestros aparatos. 

A medida que prolifera la generación eléctrica mediante renovables (especialmente adaptable a un diseño descentralizado, local a pequeña escala), el problema resurge en cada pequeña instalación y esquema de red eléctrica, en cuyas limitaciones se escucha todavía el rumor de la frustración de quienes a finales del siglo XIX pensaron que la corriente continua de Thomas Edison debería haber tenido una oportunidad comercial en la distribución a gran escala.

Una vez más, la cuestión emerge con toda su resonancia técnica e histórica: ¿es posible repensar la distribución eléctrica cuando el mundo ha avanzado sirviéndose de una tecnología con alternativas potenciales técnicamente superiores?

De CC-CA-CC a CC

Sobre el papel, una red de corriente alterna desde la generación hasta el uso final en el dispositivo mejoraría la eficiencia y acabaría con problemas como el malgasto de energía en forma de calor o incluso la necesidad de diseñar transformadores y dispositivos con mecanismos para contrarrestar un calor causado por una disipación que podría evitarse.

Sin proponérselo, la energía solar fotovoltaica crea un esquema de distribución energética similar al diseñado por Tesla y Westinghouse, generando corriente continua y distribuyéndola potencialmente sin convertirla (y, por tanto, ahorrando el coste del inversor de corriente) para su consumo local por dispositivos que, en su mayoría, funcionan con corriente continua (y que ahora usan transformadores para deshacerse de la corriente alterna).

La doble conversión de energía entre su generación y su uso para recargar la batería de uno de nuestros dispositivos (teléfono, ordenador, etc.), crea en la actualidad hasta un 30% de pérdida energética, a la que hay que añadir las ineficiencias de los transformadores actuales, la mayoría de los cuales usan electricidad cuando no están en uso y se mantienen enchufados (además de fenómenos como el ruido de fondo -a una frecuencia comprendida entre 50 y 60 Hz- producido por transformadores de corriente alterna y los campos magnéticos que se generan en torno a ellos).

La tecnología que la idea de Tesla requería

Sin siquiera plantearnos que podríamos deshacernos de ellos modificando nuestro esquema energético (si no el general, al menos el local), los campos magnéticos en torno a los transformadores de que dependemos condicionan el ambiente donde trabajamos, descansamos o juegan nuestros hijos.

No obstante, no es tan sencillo modificar un sistema CC-CA-CC sin la experiencia ni la tecnología necesarias, y hay que tener en cuenta varias consideraciones, explica Low Tech Magazine en un detallado artículo al respecto.

El renovado interés en la distribución eléctrica usando corriente continua depende, por tanto:

• del abaratamiento y disponibilidad de paneles fotovoltaicos, cuyo modo de producción se adapta mejor, por diseño, a la corriente continua;
• y del gran número de dispositivos que usan este tipo de corriente: desde ordenadores al resto de dispositivos electrónicos, así como iluminación LED, televisores de pantalla plana, aparatos de música, microondas, así como aparatos con motor interno de corriente continua (ventiladores, bombas, compresores, sistemas de tracción).

Un mundo pegado a un transformador

Un estudio proyecta que, en 20 años, cerca del 50% del consumo energético doméstico podría deberse al uso de aparatos que operan internamente con corriente continua.

Las tecnologías de la información han facilitado la transmisión y consumo de contenidos, tanto en casa como en la oficina, pero aparatos electrónicos e informáticos, tanto domésticos como portátiles, han multiplicado el tipo de consumo energético menos eficientes: los transformadores que, sin usarse, permanecen enchufados, ya que, como ocurre con los inversores de potencia (para transformar corriente alterna distribuida en alta tensión en continua), los transformadores malgastan más energía cuando su uso es marginal.

La pérdida energética por disipación varía en función del transformador usado por cada dispositivo. 

El ronroneo del campo electromagnético

Los aparatos que más energía malgastan al disiparse en forma de calor antes de usarse son, en sentido descendente son los de la denominada línea CAFE (aparatos electrónicos e informáticos):

• reproductores de DVD y equivalentes (31% de pérdida por disipación -y disfunciones relacionadas como el mencionado ruido de fondo del campo magnético creado-);
• aparatos de alta fidelidad (21%);
• ordenadores personales y periféricos (20%);
• iluminación (18%);
• y televisores (15%).

Por el contrario, los aparatos de línea blanca (gran electrodoméstico) y los pequeños electrodomésticos (línea PAE), pierden menos energía por disipación, situándose entre un 10 y un 13% en ventiladores de techo, aparatos con resistencia eléctrica (cafeteras, tostadoras, calefacción eléctrica), así como hornos microondas, aparatos de refrigeración, lavadoras, lavavajilllas y electrodomésticos similares.

Como consecuencia, las mayores ganancias en eficiencia energéticas derivadas de sustituir redes de corriente alterna con inversores y aparatos con transformador para convertir CA en CC, se producirían en oficinas y comercios, ya que dependen más del uso de grandes instalaciones de iluminación y aparatos electrónicos e informáticos: una instalación de corriente continua desde el origen hasta el consumo final aumentaría más de una quinta parte la eficiencia energética, facilitando su potencial amortización.

Los centros de datos

Un caso extremo: los centros de datos, donde el consumo depende en exclusiva del uso intensivo de aparatos informáticos y dispositivos de climatización para mantener una temperatura óptima en el interior del edificio: este es el motivo por el cual empresas de Internet dominantes, como Google, Amazon, Microsoft o Facebook, disponen de tecnología propia de centros de datos y distribución energética en éstos, que evita cada vez más la conversión CC-CA-CC usando CC en toda la instalación: renovables en origen y corriente continua hasta el servidor de datos.

El potencial es muy distinto de lo que ocurre en realidad. Los edificios convencionales están conectados a la red eléctrica convencional, que en Europa ha evolucionado hacia un mercado competitivo en la distribución, pero no en la infraestructura. 

En la mayoría de ocasiones, los edificios conectados a la red que también cuentan con paneles solares fotovoltaicos no almacenan la energía recolectada en baterías para permitir su uso diferido, sino que la revierten en la red:

• la energía solar fotovoltaica del edificio de oficinas (CC) se transmite a la red cuando no se usa, lo que requiere su conversión a CA;
• mientras la energía tomada de la red por el mismo edificio llega en AC y el inversor debe transformarla en CC.

Almacenamiento energético local

Debido a mandatos de códigos técnicos de edificación y consumo energético, los edificios comerciales actuales no pueden enfrentarse con creatividad a esta ineficiencia estructural, lo que deja la iniciativa en inventiva sobre recolección, distribución y consumo de energía en edificios -domésticos o comerciales- autosuficientes y sin conexión a la red eléctrica que dependen de una instalación de renovables y baterías para el uso diferido.

En sistemas “off-grid” (que no están conectados a la red), la energía se distribuye localmente, de modo que ni el uso de baterías ni el uso bajo demanda requerirían inversores ni conversión alguna. En estos casos, el ahorro energético alcanzaría el 25% (eliminar el inversor ahorraría el 10%, mientras la supresión de los adaptadores de dispositivos comprendería el 15% del ahorro).

El ahorro logrado con la adaptación a CC de toda la red es justificado en instalaciones autosuficientes, incluso teniendo en cuenta la marginal pérdida de eficiencia energética cuando se usa la batería una vez se pone el sol.

Futuro

Otro flanco que no ha mejorado tecnológicamente y contribuye a la ineficiencia en el consumo energético es la pérdida producida en cables: la CC se transmite a bajo voltaje, lo que implica menor resistencia y menor pérdida por disipación. Hay dos aspectos que, sin embargo, dificultan el ahorro energético si se opta por una instalación de corriente continua:

• usar dispositivos y electrodomésticos que requieran mucha electricidad;
• usar cables demasiado largos.

Aparatos más eficientes y tanto instalaciones como dispositivos con cables más cortos mantienen el malgasto energético por disipación bajo el 10% de la electricidad consumida.

Las instalaciones eléctricas actuales pueden aprender de sectores que han innovado en eficiencia para afrontar limitaciones de espacio o potencia energética: el esquema energético en pequeños navíos y autocaravanas afronta la principal limitación de la CC (la incapacidad de usar electrodomésticos de alta potencia), prescindiendo de ellos u optando por alternativas que requieran menor electricidad, así como limitar su uso combinado.

El mejor modo de garantizar la viabilidad de las instalaciones de CC es su popularización entre usuarios pioneros (“early adopters”), cuyas viviendas y edificios off-grid incluyen recolección con renovables y baterías para el consumo diferido y corriente continua en toda la instalación.

La tecnología está preparada y las limitaciones deberían servir como incentivo para, por ejemplo, crear grandes electrodomésticos con un consumo radicalmente inferior.