Comunicación presentada al VII Congreso Smart Grids
Autores
- Iván Aranda Garoz, Innovation Manager Comunidades Energéticas, R2M Solution
- Juan Manuel Espeche, Innovation Manager Smart Grids y Coordinador Proyecto Europeo Lightness, R2M Solution
Resumen
En el modelo energético actual, centralizado, poco eficiente y en muchos casos contaminante, afrontar los retos de la transición ecológica requiere un cambio de paradigma hacia un modelo distribuido que permita una mayor integración de renovables en el sistema sin comprometer su viabilidad. Para ello, es necesario que emergan nuevos actores, servicios, mercados y, en definitiva, soluciones creativas que permitan que los consumidores se conviertan en productores (prosumidores) y puedan, por ejemplo, intercambiar sus excedentes energéticos con otros consumidores. Las Comunidades Energéticas Locales, operadas técnicamente bajo un modelo de agregación y con capacidad para ejecutar programas de respuesta a la demanda, apuntan hacia este cambio. No obstante, su implementación comporta un gran reto, no sólo técnico, sino también de cooperación entre diversos actores. Y es que, en realidad, el cambio de modelo energético pasa por un cambio cultural, en el que el tradicional consumidor pasivo tendrá que convertirse en un agente capaz de asumir un rol activo y con capacidad de tomar decisiones, más allá de quién sea el emisor de su factura mensual.
Palabras clave
Comunidades Energéticas, agregación, flexibilidad, mercados locales, respuesta a la demanda.
Introducción
El modelo energético actual es centralizado: la energía producida por las centrales eléctricas del país es comprada en los mercados mayoristas por las comercializadoras y vendida por éstas a los consumidores. En este modelo, poco eficiente y en muchos casos contaminante, el ciudadano es un sujeto pasivo, que simplemente paga por la electricidad que consume. Asimismo, este modelo presenta muchas limitaciones para afrontar los retos de la transición ecológica y, entre ellos, el de aumentar la integración de renovables en la red. En este sentido, en junio de 2018, los Estados Miembros acordaron establecer un objetivo general de renovables para la UE del 32% para 2030. Para lograr estos niveles de integración de renovables, se reconoce ampliamente que aumentar la flexibilidad es una de las claves [1]. La flexibilidad es la capacidad de un sistema de energía para mantener un servicio continuo frente a cambios rápidos y grandes en la oferta o la demanda de electricidad. Es también conocido que la fuente más importante de flexibilidad, en un escenario futuro con alta penetración de renovables, es la respuesta a la demanda (DR). Actualmente, se estima que las principales fuentes de flexibilidad, los edificios residenciales y terciarios, representan el 70% del potencial total de DR [2]. ¿Cómo desbloquear este potencial de DR? Una posible respuesta la encontramos en las Comunidades Energéticas Locales (CELs): las cargas flexibles (bombas de calor, gran electrodoméstico, equipos de refrigeración), la generación local controlable (fotovoltaica y eólica) y las unidades de almacenamiento (baterías) pueden ofrecer un valor de flexibilidad al permitir que los perfiles de carga o generación, agregados al nivel de la CEL, modifiquen intencionalmente el patrón de generación o consumo planificado.
En el contexto español, y a pesar de que aún nos encontramos bajo el paradigma del modelo energético centralizado, la situación está cambiando. Ya parece existir un amplio consenso sobre el hecho de que el futuro sistema energético será distribuido: muchos consumidores de energía se volverán también productores (prosumidores), que intercambian sus excedentes energéticos con otros consumidores o los venderán en el mercado eléctrico (ej. Servicos de ajuste, mercados de flexibilidad). También almacenarán su propia energía y la distribuirán a sus vecinos. En definitiva, harán lo que promueven las Directivas Europeas [3][4], lo que, por otra parte, ya se está haciendo en otros países de la UE. En realidad, mucho de esto ya existe, y cada vez se ven más placas solares en las cubiertas de los edificios, se habla de redes inteligentes, almacenamiento… No obstante, lo que a penas existe son las CELs. Y es que la regulación actual del autoconsumo, el RD 244/2019 de abril de 2019, si bien permite muchas cosas, como el autoconsumo compartido -semilla para la creación de CELs-, aún tiene algunas limitaciones. Hoy en día no se permite el intercambio energético entre productores y consumidores de forma dinámica, ni tampoco existe experiencia en agregación de demanda. Tampoco existen mercados de flexibilidad. Estas restricciones, que tendrán que ser eliminadas cuando se transpongan las Directivas Europeas, suponen un freno al desarrollo de las CELs. Pero, ¿qué condiciones se tienen que dar para el florecimiento de las CELs? Es necesario que exista un empuje desde abajo, una demanda de la sociedad, y un cambio cultural. En definitiva, ganas del conjunto de la ciudadanía, de la mano del resto de agentes (administraciones públicas, empresas, cooperativas, asociaciones, etc) de avanzar conjuntamente en la transición energética.
Comunidades energéticas, mercados locales y agregación
La propuesta de R2M para el desarrollo de Comunidades Energéticas Locales para la Transición EcológicA (CELTA) prevé la agregación de muchos autoconsumidores locales (prosumidores y consumidores netos) y la creación de un pequeño mercado eléctrico local, donde los usuarios están virtualmente conectados y pueden intercambiar electricidad entre ellos, optimizando la producción y maximizando el autoconsumo dentro de la comunidad e, inclusive, obteniendo ingresos extra gracias a la participación en mercados de flexibilidad.
Un autoconsumidor local puede ser cualquiera que quiera unirse a la CEL (ciudadanos, pymes, asociaciones, etc). Por supuesto, también cualquier ente público (ej. colegios, hospitales, polideportivos, ayuntamientos). En esta CEL los usuarios pueden ser tan activos como deseen: desde modificar sus hábitos de consumo energético (ej. Conectar sus electrodomésticos en momentos que hay más producción renovable), hasta, simplemente, beneficiarse del ahorro que supone pertenecer a la CEL.
Este enfoque no sólo comporta benefios de índole social, relacionado con el empoderamiento ciudadano y sentido de pertenencia a una comunidad, o ambiental, consecuencia de una mayor integración de generación renovable al sistema. Al mismo tiempo, los diferentes actores participantes de la comunidad energética se podrán ver beneficiados de diferentes formas.
En resumen, la propuesta de R2M para el desarrollo de CELs require, en primera instancia, la participación de diferentes actores y técnicamente implica: 1) La creación de mercados locales de electricidad. 2) La incorporación de la figura del agregador. Este modelo facilita además la integración en el sistema de nuevos actores (ej. Gestores de almacenamiento o puntos de recarga para vehículo eléctrico)
Articulación de la comunidad energética en el marco de las redes inteligentes
Desde el punto de vista de la arquitectura de la herramienta para la gestión de las CEL, ésta esta construida sobre el concepto de los “Layer Energy Systems, (LES)” [5] desarrollado por la distribuidora eléctrica holandesa STEDIN que, a su vez, se enmarca en el “Universal Smart Energy Framework, (USEF)” [6]. LES es un modelo de mercado comunitario basado en blockchain diseñado para incentivar el uso de energía verde local en tiempo real mediante la introducción de incentivos financieros locales. Gracias a la creación de un mercado interno, los intercambios de energía se mantienen dentro de la comunidad, optimizando el uso de la energía generada a kilómetro 0, reduciendo las pérdidas en distribución y bajando los precios de la factura de la luz para los usuarios. Los flujos de electricidad (cuánta se consume, cuánta se vende a los vecinos, y cuánta se compre de la red) están certificados y son visibles en todo momento, permitiendo a los usuarios de la comunidad, a través de una pantalla de control (Figura 3), entender en manera visual lo que pasa en su comunidad.
Todas las informaciones están encriptadas también gracias a la tecnología blockchain, para garantizar la privacidad de los usuarios, pero también para tener un registro virtual y transparente de las transacciones efectuadas. El proceso está automatizado para una gestión eficiente de cada uno de los usuarios dentro de la comunidad. No obstante, si un usuario quiere planear manualmente cuanta energia vender a los vecinos, o cuánto consumos (flexibilidad) dejar a disposición del agregador -por lo cual obtiene una remuneración-, también puede hacerlo. A través de modelos predictivos (climatológicos, generación, consumo) y las preferencias de los usuarios, la plataforma optimiza el funcionamiento energético de la comunidad, maximizando el autoconsumo renovable y minimizando el costo de la electricidad para los usuarios.
Metodología para el desarrollo de CEL
Si en la actualidad es posible crear una CEL y el cómo hacerlo son dos preguntas relevantes cuya respuesta no puede ser contundente a fecha de hoy. Lo que actualmente existen son las cooperativas energéticas, donde los ciudadanos y otros agentes adscritos a la cooperativa participan conjuntamente en proyectos de energía renovable. Aún siendo similar a la CEL, al interior de las cooperativas no existe la tecnología para articular la comunidad en los términos que propone la regulación Europea. En realidad, estas tecnologías tienen una disponibilidad muy limitada en España y muy pocas empresas están ya trabajando en la implementación de CELs. Dado el actual contexto técnico y regulatorio, la metodología de trabajo que está siguiendo R2M en sus diferentes proyectos de CELs consiste en ofrecer una solución llave en mano, con un paquete integral que incluye desde el diseño de la comunidad (usando herramientas de simulación, procesos participativos), la instalación de infraestructuras (paneles, medidores), hasta la puesta en marcha, operación y mantenimiento de la misma (optimización de la gestión energética). Merece la pena en este punto resaltar dos elementos tecnológicos clave que, en gran medida, pueden contribuir a la viabilidad y operación óptima de la CEL.
- Emular la comunidad con un “gemelo digital”: Para evaluar la mejor alternativa tecnológica. Lo que se hace es replicar el estado actual de la comunidad (ej. Generación renovable existente, tipología de edificios, etc) y analizar diferentes escenarios (ej. añadir más generación, almacenamiento, etc). El gemelo digital devuelve la solución óptima para los usuarios de la comunidad (ej. ahorros, inversión, etc) bajo las condiciones impuestas por la comunidad.
- Implementar la plataforma de gestión de la CEL. Una vez instalada la infraestructura, se cargarán en la plataforma los datos reales (ej. perfil de consumo, generación) de los usuarios. En un primer paso la plataforma emulará el funcionamiento de la comunidad, las transacciones energéticas y económicas de los participantes, la agregación de generación y demanda, etc. En un paso siguiente, y al amparo del marco regulatorio, la CEL comenzará a funcionar de manera real.
El reto de la replicabilidad y el escalado: de consumidor pasivo a agente activo del sistema energético
Tal vez uno de los mayores retos para el despliegue de las CEL tiene que ver con la necesidad de que se produzca un cambio cultural en lo referente a la relación de los ciudadanos con la energía. Este cambio de paradigma implica, sin duda, de un proceso de aprendizaje. Convertirse agentes activos del sistema, capaz de tomar decisiones en cuanto al manejo de la energía (ej. cuando encender o apagar determinados electrodomésticos), o sobre que rol asumir dentro del sistema energético (ej. ser consumidor o prosumidor) es un proceso. Esta preocupación tiene su traducción tecnológica en el propio diseño de la plataforma que usa R2M para la gestión de las CEL: Mediante técnicas de gamificación, la plataforma sirve de guía para acompañar a los miembros de la CEL en ese cambio de rol. A través de un cuadro de visualización, cada participante podrá ver cómo es su comportamiento con respecto a la comunidad.
Si, por ejemplo, ha consumido más o menos energía verde que sus vecinos, si ha ahorrado más o menos, o si su perfil de consumo ha sido el más adecuado atendiendo a la situación energética de la comunidad en un día determinado (ej. si habrá o no mucha radiación solar). Mediante un sistema de “recompensas” y acompañados por consejos y “buenas prácticas”, los usuarios podrán, en definitiva, cambiar sus antiguas prácticas energéticas, maximizando de este modo la eficiencia, el consumo de energía verde y reduciendo al máximo sus costos.
Estudio de caso: Proyecto Europeo H2020 Lightness
En la actualidad, y con diferentes grados de implementación, R2M está impulsando el desarrollo de CEL en varios municipios y diferentes Comunidades Autónomas en España. En este documento se presentará brevemente Lightness que arrancará en diciembre de 2020 y cuenta con un piloto en España -el municipi de Alginet, en Valencia-El consorcio del proyecto está formado por 13 organizaciones incluyendo empresas de servicios energéticos, comercializadoras, distribuidoras, organizaciones dedicadas a procesos participativos, cooperativas energéticas, agencias regulatorias, desarrolladores de software, organismos de financiación, entre otros.
El objetivo de Lightness es apoyar a distintos actores (incluidos los consumidores residenciales, administradores / ocupantes de la edificación terciaria, profesionales del sector de redes inteligentes, ESCO, agregadores, servicios públicos, DSO, etc.) en sus esfuerzos por involucrarse en la creación y gestión de las CELs. Se seleccionaron cinco estudios de caso en cinco países diferentes de la UE para implementar y validar el proyecto Lightness como parte de las actividades del proyecto. Los estudios de caso fueron elegidos en diferentes ubicaciones geográficas, condiciones regulatorias y de mercado, zonas climáticas, etc. y con diferentes tipologías de edificación, sistemas de energía, requisitos de energía, densidades de población, proporcionando así una casuística variada para la demonstración.
Las actividades que se realizarán en los diferentes pilotos están relacionadas con lo descrito en la sección de metodología. Esto es, una parte importante del proyecto está relacionada con los procesos participativos y el acompañamiento, a través de diferentes herramientas, a los usuarios para acometer ese cambio cultural, de consumidor pasivo a agente activo del sistema energético. Por otro lado, el proyecto analizará en los diferentes países las barreras regulatorias para el despliegue de las CELs. Desde un punto de vista técnico, la gestión energética de las comunidades vendrá precedida de un esfuerzo importante de diseño. Para ello se emplearán herramientas para la construcción de gemelos digitales. LIGHTNESS analizará diferentes modelos de negocio en torno a los diferentes agentes de la comunidad (ej. mecanismos de pago), así como instrumentos financieros (ej. crowdfunding/lending) para promover la replicabilidad y escalabilidad.
Resultados esperados e impacto
Es de esperar que el despliegue de las CEL tenga un impacto importante en diferentes ámbitos. La Figura 7 apunta algunos resultados esperados consecuencia del desarrollo de las CEL (y del proyecto Lightness en particular). Los beneficios son de carácter social, medioambiental, económico, entre otros. En primer lugar, cabe destacar el cambio de paradigma, de consumidor pasivo a agente activo del sistema. Además, aparte de los intercambios entre vecinos, a precios más baratos que los de la red, o la descarbonización de la economía y el fomento del uso de renovables, surgirán nuevas alternativas como usuarios y/o miembros de una CEL; así como oportunidades para obtener reducciones adicionales en la factura (ej. ofrecer servicios de flexibilidad a la red eléctrica). Estos últimos conllevarán la creación de nuevos mercados y modelos de negocio; por tanto, tendrán un doble efecto: desarrollo económico y beneficios para los usuarios.
Dado que el desarrollo de comunidades energéticas está sujeto a intenso debate en la Unión Europea, y en el punto de mira de las estrategias de innovación energética, es destacable el hecho de que la implementación de CELs es también una puerta de entrada a ser “piloto” en fondos europeos – hecho que evidencia el propio proyecto Lightness-. Esta práctica -invitar a participar como piloto- que venimos desarrollando desde R2M, permite acceder a fondos, pero, más aún, al ecosistema innovador europeo. Por tanto, uno de los resultados que se espera de la implementación, tanto de Lightness, como de otras iniciativas en marcha, es atraer inversión europea a España para la transición ecológica, al tiempo que posicionamos las CELs en diferentes iniciativas europeas. Esperamos que esto sirva para que, al menos en esta materia, dejemos de estar a la cola de la innovación y pasemos a liderar el cambio de modelo energético.
Conclusiones
La transición ecológica es imparable y las CELs están llamadas a jugar un importante papel dentro de ella. Sin embargo, todavía quedan muchos retos por superar. Retos de índole regulatorio, financiero, tecnológico o socio-cultural que tienen que ser superados para poder alcanzar un despliegue masivo que asegure la viabilidad de estas CELs. Dentro de los de carácter tecnológico, emerge como fundamental la digitalización y, en concreto, herramientas que sirvan para reducir tiempos y costos en etapas de diseño -como los gemelos digitales-, así como para articular las comunidades energéticas: intercambiar energía, maximizar el autoconsumo, asegurar la seguridad y privacidad de usuarios, al tiempo de aportar beneficios económicos, etc. Asimismo, y tal vez aún más importante, es fundamental que se produzca un cambio cultural, donde los sujetos pasen de ser consumidores pasivos a agentes activos del nuevo sistema energético. Este cambio cultural no sólo debe ser abordado desde un punto de vista social. Al mismo tiempo el propio diseño de las tecnologías debe incorporar funcionalidades -como por ejemplo las técnicas de gamificación- que sirvan para acompañar este proceso. Por último, hay que reconocer que a la fecha los movimientos de vanguardia en torno a las CELs tienen lugar en otros países de Europa. Por ello, incrementar los flujos de conocimiento con aquellos movimientos, tomar nota de las lecciones aprendidas y, en definitiva, integrar las iniciativas de nuestro país en el ecosistema europeo parecería una estrategia pertinente para avanzar en la transición ecológica.
Agradecimientos
Agradecer a todo el equipo de R2M Solution por la iniciativa y el esfuerzo realizado para abrir brecha en un terreno tan desconocido, como son las CEL. Agradecimientos también para todo el Consorcio Lightness y en especial a su coordinador, Juan Espeche, no sólo por el aporte de material para preparar esta comunicación, sino por hacer realidad este proyecto tan importante para el impulso de la transición ecológica y las comunidades energéticas en nuestro país.
Referencias
- IEA, 2008, Empowering Variable Renewables: Options for Flexible Electricity Systems, en: www.iea.org/reports/empowering-variable-renewables-options-for-flexible-electricity-systems
- Frauke, T. & Rosenow, Jan, R., 2017, The potential of Demand Response in Europe, en: www.raponline.org/wp-content/uploads/2017/11/rap_sedc_rosenow_thies_fsr_slides_2017_oct.pdf
- COM(2016) 864 final, 2017, Normas comunes para el mercado interior de electricidad
- Directiva (UE) 2018/2001, 2018, “Fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables”
- STEDIN, 2018 “Layer Energy Systems. White paper”, en: www.energy21.com/layered-energy-system-exploring-a-new-energy-market-model/
- USEF, 2015, Universal Smart Energy Framework.