Comunicación presentada al IV Congreso Smart Grids:
Autores
- Martin Wagner Romero, Consultor Senior, Atos Spain
- M. Guadalupe Rodríguez, Gestor de Proyectos, Atos Spain
Resumen
La evolución de Internet de Energía o Internet de Recursos está cambiando los modelos de gestión tanto de los dispositivos como de los recursos que estos pueden manejar. Los grados de interoperabilidad están relacionados al significado/semántica de la información intercambiada, usualmente expresada por un modelo de datos u ontología. Para lograr una interoperabilidad completa entre los dispositivos y sistemas, además de la definición semántica necesaria para definir esta interoperabilidad, también es necesario definir los niveles de sintaxis, usualmente asociados a la solución tecnológica (ej. protocolos de comunicación) [1].
Interoperabilidad para internet de la energía
La evolución de Internet de las Cosas y su aplicación a diferentes dominios como Internet de Energía o Internet de Recursos están cambiando los modelos de gestión tanto de los dispositivos como de los recursos que estos manejan, actualmente muy focalizados en los recursos de energía [2].
Los nuevos paradigmas en la gestión de la energía eléctrica están cada vez menos asociados a los modelos de negocio de grandes empresas tradicionales; la micro generación y el almacenamiento distribuido en localidades cercanas (ej. vecindarios), la economía compartida, blockchain, etc., y los cada vez menores precios de los dispositivos necesarios para generar y almacenar energía localmente [3], están mejorando sustancialmente los retornos de inversión y están abriendo las puertas para que el consumidor de energía también pueda fácilmente generarla (transformarse en prosumidores) y esto permite a asociaciones de usuarios desarrollar modelos de gestión compartida [4].
Los usuarios finales, especialmente en pequeñas instalaciones como pueden ser instalaciones caseras, necesitan de soluciones para gestionar sus dispositivos con mínima inversión e interacción; sistemas que tampoco tengan problemas de interoperabilidad con un gestor local o remoto de sus datos [5]. En definitiva, una plataforma confiable. Al mismo tiempo, les son indiferentes las características de la solución siempre y cuando esta disponga de los servicios necesarios en un entorno privado y seguro [6]. En entornos más complejos, (múltiples dispositivos y distribuidos entre distintas localizaciones), los usuarios finales también exigen que los proveedores dispongan de protocolos y estándares para asegurar interoperabilidad con la instalación ya existente siendo esto una limitación importante para potenciar mercado.
Por su parte, los fabricantes diseñan y desarrollan dispositivos incluyendo aplicaciones para que estos dispositivos puedan ser fácilmente gestionados por el usuario final, pero no contemplan interoperabilidad con dispositivos de otras marcas, ni valoran las posibles plataformas o sistemas operativos (SO). El cumplimiento de los protocolos/estándares disponibles para la integración se considera responsabilidad de la plataforma o sistema.
En consecuencia, cuando el instalador de un nuevo dispositivo se encuentra con una plataforma previamente instalada, la mayor parte de sus esfuerzos de instalación se dedican a integrar la aplicación con la plataforma para asegurar la interoperabilidad siendo esto la motivación más importante para que el desarrollo de protocolos y estándares sea la solución más comúnmente aceptada para los temas de interoperabilidad.
En conclusión, la existencia de múltiples dispositivos crea un ecosistema cada vez más complejo para la interoperabilidad de las aplicaciones que gestionan dichos dispositivos, al mismo tiempo se espera que en un futuro cercano una instalación casera cuente al menos con dispositivos de generación, de almacenamiento, punto de recarga, medidor de consumo eléctrico y varios sensores.
Plataformas, sistemas, soluciones
Aunque cada una de las palabras del título de este epígrafe tienen diferencias importantes en su semántica e interpretación, para los fines de este documento se considerarán equivalentes o similares: un entorno que sirve para almacenar diferentes tipos de datos o información; que se ejecutan en predeterminados sistemas operativos y que permiten ejecutar programas o aplicaciones con diferentes contenidos, como pueden ser juegos, imágenes, texto, cálculos, simulaciones y vídeo, entre otros.
Disponibilidad de Plataformas
Las plataformas pueden estar (y están) desarrolladas para múltiples sistemas operativos (Microsoft, Apple, Linux, Android, etc.) e infraestructuras (PC, Raspberry PI, Smartphone, etc.); utilizan uno o varios canales de comunicación tanto locales (bluetooth, WI-FI, LAN, ZigBee, etc.) como basados en Internet de las Cosas (IoT). Existen plataformas totalmente funcionales en la nube como Amazon AWS [7] o Google Nest [8] y plataformas desarrolladas para proyectos europeos o para necesidades específicas de un proveedor de dispositivos (medidores, sensores, concentradores, etc.). Todas ellas están orientadas a diferentes tipos de usuarios, con o sin conocimientos tecnológicos y, en general, enfocadas a cumplir los objetivos preestablecidos es decir, sus respectivos modelos de negocio.
En un entorno de gestión de dispositivos (sensores, medidores, etc.) todas las plataformas ofrecen acceso a los dispositivos para obtención de datos y envío de comandos (actualizaciones) para demostrar interoperabilidad; todas procesan y almacenan datos tanto de los dispositivos como de pre-análisis o consolidación, disponen de interfaces gráficas (API) para desplegar información respecto al status de los dispositivos y para sus servicios de valor agregado y todas disponen de desarrollos más o menos rudimentarios para facilitar la interconectividad con otras plataformas.
Por otra parte, la Unión Europea está realizando grandes esfuerzos para la estandarización general de las soluciones disponibles, como NESSI [9] para soluciones generales y SGAM o SAREF [10] en el ámbito energético. En otras palabras, se disponen de modelos de datos, se están desarrollando estándares y protocolos para interoperabilidad, y se disponen de múltiples opciones para seleccionar una solución que permita gestionar los recursos de energía en casi cualquier entorno.
Selección de la plataforma idónea
Dependiendo del tipo de instalación, la selección de la plataforma estará fundamentada más en la infraestructura disponible o de necesidades de interoperabilidad que de los requerimientos funcionales: en una instalación casera usualmente el proveedor de los dispositivos proporcionará la plataforma que considera más idónea para sus aparatos. En una instalación más compleja, el interés estará, más que en la plataforma en la interoperabilidad de las nuevas funcionalidades con lo que existente.
En consecuencia, los dispositivos a utilizar, la calidad de las aplicaciones de los fabricantes para los dispositivos y las necesidades de interoperabilidad, incluyendo la capacidad de integrar nuevos dispositivos como por ejemplo puntos de carga; son los factores principales para la selección de la solución y, en segundo plano, los servicios que ofrece el sistema a ser seleccionado, los requerimientos funcionales para gestionar dispositivos instalados localmente o la relación calidad/precio de la plataforma.
Un nuevo enfoque: una solución común (¿y abierta?)
De las secciones anteriores se concluye que plataformas, sistemas y soluciones para gestionar modelos de negocio para los recursos energéticos es un ámbito en continuo crecimiento, así como la cantidad y calidad de servicios que ofrecen estas plataformas. En consecuencia, la interoperabilidad entre estos sistemas heterogéneos será uno de los aspectos más relevantes para futuro de la gestión de energía a nivel local y regional.
Por otro lado, es conocido que la penetración de internet como servicio en los hogares está creciendo a niveles agigantados (50% a nivel mundial), y su utilización excede fácilmente el 60% en España, lo que da acceso a múltiples canales de comunicación que puede utilizar una solución para interactuar con los dispositivos conectados (LAN; WI-FI, ZigBee, 4G, etc.). Para asegurar la aceptación y utilización de una plataforma dada, la misma debe cumplir con las condiciones siguientes:
- Disponer de una interface que permita parametrizar la interconexión con cualquier dispositivo para lectura de datos, encriptación de la comunicación y gestión de comandos.
- Disponer de una interface para el intercambio de datos entre distintas plataformas, como el envío de datos de consumo y disponibilidad de energía.
- Disponer de un entorno que permita la instalación y ejecución de las aplicaciones necesarias para cumplir con objetivos secundarios.
- Utilizar los canales de comunicación disponibles (WI-FI, LAN, GPRS, etc.).
Las condiciones anteriores pueden unificarse para para utilizar un enfoque común en un entorno abierto que permita a todas las soluciones gestionar las mismas herramientas de comunicación con los dispositivos, intercambiar datos con plataformas externas, proveer datos a sistemas de análisis, proveer de un entorno común para la ejecución de aplicaciones de terceros, etc.: Interoperabilidad entendida como la definición del significado/semántica de los datos a intercambiar y expresada como un modelo de datos u ontología para el intercambio de información.
Plataformas que disponen de interfaces comunes y abiertas deben cumplir los siguientes objetivos
- permitir su reutilización para servicios de valor añadido al minimizar los tiempos de desarrollo e implantación,
- crear un entorno de validación común: permiten su utilización para nuevas funcionalidades, objetivos o entornos,
- permitir a los fabricantes comercializar tanto los dispositivos como las aplicaciones con los parámetros necesarios para que sus dispositivos provean datos útiles, algo que ya hacen en la actualidad,
- asegurar la interoperabilidad de múltiples dispositivos con una plataforma y entre plataformas, por lo que permite gestionar de manera más eficiente los esfuerzos de estandarización en las interfaces abiertas y del entorno de ejecución para aplicaciones externas.
Las plataformas existentes pueden fácilmente adecuarse con los anteriores objetivos. La definición los niveles de sintaxis (asociados a la solución tecnológica), la estructura de datos, los lenguajes de programación, el SO, etc. ya han sido establecidas en función de las preferencias de los equipos de desarrollo y de los entornos de implantación, y como consecuencia solamente serán comunes y abiertas las aplicaciones para operar con el mundo externo a la plataforma (no las funcionalidades internas), la adecuación de las interfaces será un proceso evolutivo al que contribuirán todos los desarrolladores de soluciones.
Esta propuesta no solo crea nuevas oportunidades de negocio sino también asegura la evolución de las plataformas y su capacidad para gestionar los nuevos retos que ya se vislumbran en un futuro muy cercano como son blockchain para manejar economías compartidas, Big Data, inteligencia artificial, tecnologías emergentes, etc.
Modelos de negocio
Los usuarios finales (prosumidor o no) dispondrán de mayores incentivos para integrarse en comunidades de gestión compartida de energía eléctrica, incentivos no solamente limitados al retorno de inversión y ahorros en costes de energía sino también en aspectos como el retorno de inversión social.
Liderado por los requerimientos de dispositivos y plataformas para gestionarlos, nuevos modelos de negocio estarán disponibles:
- Las empresas dedicadas a servicios de energía eléctrica (comercializadoras) tendrán un rol cada vez más relevante en la gestión de sobrantes de la energía eléctrica, en consecuencia, y adicionalmente a proveedores de energía, podrán ofrecer servicios de agregación y comercialización de sobrantes, pago de servicios de distribución, etc. Especialmente relevante será la gestión de contratos en un entorno de economía compartida.
- Al disponer de la información provista por las plataformas, las empresas de distribución de energía localmente dispondrán de nuevas fuentes de energía mucho más cercanas (sin casi pérdida técnica), al mismo tiempo que podrán diseñar modelos de balanceo de la red basados en la interacción con los prosumidores.
- La necesidad de servicios de valor añadido abre la puerta de las oportunidades a desarrolladores de aplicaciones con enfoques cada vez más especializados y cercanos al usuario final, lo que llevará a un mercado de aplicaciones/servicios.
- Empresas de Análisis de Datos (Big Data) dispondrán de fuentes de datos reales (y fiables) para sus aplicaciones, incluyendo acuerdos de confidencialidad, pago por derechos, etc.
- Las PYMES dispondrán de nuevos mercados para desarrollar soluciones eficientes que puedan integrarse en un entorno multidisciplinario, y los emprendedores podrán desarrollar servicios de valor agregado.
- Las ciudades inteligentes pueden desarrollar nuevos modelos de convivencia en un entorno de economía compartida, ej. energía para alumbrado público provisto por las instalaciones cercanas.
El futuro
En una economía de recursos compartidos (P2P), el intercambio de estos recursos (dinero, energía, datos, etc.) estará fundamentado en: contratos digitales entre las partes (incluyendo privacidad y seguridad), validación de existencias (blockchain); distribución de los recursos (ej. DSO local para energía o Correos de España para recursos en general., etc.)
Muchas soluciones se ofrecerán para gestionar todas o parte de las funcionalidades indicadas, haciendo que el valor diferenciador sea la privacidad y seguridad que ofrezcan dichas soluciones.
Adicionalmente, los requerimientos de hardware para poder procesar eficientemente los distintos tipos de transacciones (ej. Una cadena tipo blockchain por (tipo de) recurso) con costes mínimos, hace necesario distribuir el procesamiento. Además, la seguridad para los datos provista por proveedores de software impulsará que los usuarios prefieran evitar los servicios “exclusivamente en la nube”.
En consecuencia, estos usuarios, individualmente u organizados en pequeñas comunidades, probablemente preferirán gestionar localmente sus recursos y equipos permitiendo a pequeñas comunidades organizarse e interactuar unas con otras, evolucionar a “Smart Cities”, facilitar la gestión de “Smart Grids”, generar nuevas fuentes de empleo (local y a distancia), proveen entornos para emprendedores y PIMES, etc.
Agradecimientos
A Juan Rico, por su apoyo y soporte en la integración de las ideas y hechos que han hecho posible este documento y a Ugo Stecchi, por sus aportaciones a la integración de la energía en entornos cada vez más complejos.
Referencias
- [1] http://www.energy-home.it/SitePages/Activities/Download.aspx?RootFolder=Documents/Technical%20 Specifications
- [2] http://www.mckinsey.com/spContent/connected_homes/index.html
- [3] http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1273573
- [4] http://energypost.eu/sharing-solar-next-big-thing-energy/
- [5] http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=1273573v
- [6] http://crunchwear.com/making-the-connected-home-more-personal/
- [7] https://aws.amazon.com/es/
- [8] google-nest.org
- [9] http://www.nessi-europe.com/default.aspx?Page=home
- [10] https://sites.google.com/site/smartappliancesproject/ontologies/reference-ontology