Tamaño y optimización de rendimiento multiobjetivo de microrredes híbridas aisladas: un estudio de caso en Yanbu, Arabia Saudí

Energía para hogares remotos

El suministro eléctrico fiable sigue siendo un desafío para muchas comunidades aisladas, especialmente en regiones cálidas y secas donde ampliar la red nacional resulta demasiado costoso. Este estudio analiza cómo pequeños sistemas eléctricos autónomos —denominados microrredes híbridas— pueden aprovechar la radiación solar, el viento, baterías y un pequeño generador diésel para mantener las casas de Yanbu, Arabia Saudí, abastecidas las 24 horas del día, y cómo dimensionar cada componente para que la energía sea a la vez fiable y asequible.

Pequeñas redes basadas en sol y viento

La microrred analizada en este trabajo está diseñada para grupos de cinco, diez o quince viviendas situadas lejos de la red principal. En su núcleo están los paneles solares y las turbinas eólicas que aprovechan el fuerte sol de la zona y los vientos costeros moderados. Estos se conectan a un banco de baterías que almacena el exceso de energía y a un generador diésel que interviene solo cuando la energía renovable y la almacenada no son suficientes. Juntos forman un sistema autónomo que puede operar como una pequeña compañía eléctrica local, proporcionando electricidad para iluminación, electrodomésticos y otras necesidades domésticas.

Equilibrar coste, fiabilidad y energía limpia

Diseñar un sistema así no consiste simplemente en instalar la mayor cantidad posible de paneles y baterías. Un sistema demasiado grande resulta innecesariamente caro; uno demasiado pequeño provoca apagones. Por ello, los autores abordan el diseño como un problema multiobjetivo con tres metas: reducir el coste promedio de la electricidad a lo largo de la vida útil del sistema, disminuir la probabilidad de que la microrred no pueda cubrir la demanda y aumentar la proporción de energía procedente de fuentes renovables en lugar del diésel. En lugar de elegir un objetivo y comprometer los otros, buscan combinaciones de equipos que representen distintos equilibrios entre los tres.

Búsqueda inspirada en la naturaleza para los mejores diseños

Para explorar las muchas combinaciones posibles de paneles solares, turbinas eólicas, baterías y unidades diésel, el estudio utiliza dos algoritmos informáticos inspirados en la naturaleza. Uno imita la forma en que cadenas de pequeños organismos marinos llamados salpas convergen hacia el alimento; el otro se basa en los patrones de caza en espiral de las ballenas jorobadas. En este contexto, cada «individuo» representa un diseño candidato de microrred. A medida que el enjambre o la manada simulada se desplaza por el espacio de diseño, prueba distintos tamaños de equipos usando un modelo horario detallado del clima, la radiación solar, la velocidad del viento y la demanda eléctrica doméstica en Yanbu. Tras muchas iteraciones, los diseños peores se descartan y los mejores se refinan, construyendo una familia de soluciones que equilibran coste, fiabilidad y uso de renovables de distintas maneras.

Qué ocurre cuando las comunidades crecen

Los investigadores comparan sistemas con y sin respaldo diésel para los tres tamaños de comunidad. Cuando solo se usan solar, viento y baterías, la electricidad resulta más barata pero el riesgo de déficit de suministro es mayor, especialmente para cargas mayores o durante períodos nublados y de calma eólica. Añadir un generador diésel eleva algo el coste pero mejora enormemente la fiabilidad y reduce el riesgo de apagones a niveles muy bajos. Curiosamente, conforme aumenta el número de viviendas de cinco a quince, los diseños optimizados tienden a apoyarse más en solar y eólica y menos en diésel. Las comunidades más grandes pueden justificar una mayor capacidad renovable, lo que eleva la cuota de energía renovable por encima del 80–90% mientras se mantiene el coste medio por kilovatio-hora competitivo frente a muchas soluciones convencionales fuera de la red.

Comparación entre los algoritmos

Ambos métodos de búsqueda encuentran opciones de diseño sólidas, pero destacan en aspectos ligeramente distintos. El enfoque basado en salpas produce una mayor variedad de soluciones de alta calidad, ofreciendo a los planificadores más flexibilidad para elegir entre diferentes combinaciones de coste, fiabilidad y cuota renovable. El método inspirado en ballenas suele encontrar diseños con costes muy atractivos, aunque a veces con un rango algo más estrecho de opciones. Al analizar cómo se distribuyen las soluciones de ambos métodos a lo largo de la curva de compensaciones, los autores muestran que combinar optimización avanzada con modelos realistas del clima, rendimiento de equipos y uso doméstico puede revelar patrones difíciles de descubrir por ensayo y error.

Qué significa para las comunidades remotas

En términos prácticos, este trabajo ofrece una hoja de ruta para diseñar sistemas eléctricos autónomos que mantengan a los hogares remotos abastecidos de forma fiable usando mayoritariamente sol y viento, con diésel como respaldo cuidadosamente dimensionado. El estudio muestra que, especialmente a medida que las comunidades crecen, las microrredes híbridas pueden alcanzar niveles elevados de uso de energía limpia sin encarecer las facturas ni sacrificar la fiabilidad. Para planificadores y responsables políticos en regiones costeras áridas como Yanbu —y en muchos lugares similares del mundo—, el marco proporciona una manera de convertir los recursos renovables locales en sistemas eléctricos vecinales estables y escalables que sostienen la vida moderna y reducen la dependencia de los combustibles fósiles.

Cita: Saleh, A.A., Magdy, G. Multi-objective sizing and performance optimization of islanded hybrid renewable microgrids: a case study in yanbu, Saudi Arabia. Sci Rep 16, 12743 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-47028-1

Palabras clave: microrred híbrida, energía renovable, energía solar y eólica, electrificación fuera de la red, almacenamiento de energía