Life Factory Microgrid

Comunicación presentada al II Congreso Smart Grids:

Autores

• Joaquín Chacón, Director de Desarrollo de Negocio Baterías, Jofemar, S.A.
• Isabel Carrilero, Smart Grid Solutions Project Manager, Jofemar, S.A.
• Mónica Aguado, Directora del Departamento de Integración en Red, CENER

Resumen

En este artículo Jofemar y CENER presentan su solución de microrredes, diseñadas de forma personalizada, para cubrir las necesidades de la mayoría de consumidores industriales. Esta innovadora solución optimiza la relación entre la generación y los consumos energéticos de las fábricas. Las microrredes están dotadas de un sistema de gestión inteligente que les permite adaptarse en tiempo real al perfil de consumo energético específico de cada instalación. Además, el sistema de gestión inteligente prevé factores como la producción en turnos, la estacionalidad, los picos de producción o la climatología. Con este modelo de negocio, denominado FACTORY MICROGRID, los usuarios pueden aumentar la fiabilidad de su servicio energético, con un menor número de interrupciones y tener un mayor control del uso específico de la energía consumida, al mismo tiempo que disminuyen tanto sus costes de operación como su impacto ambiental.

Introducción

La gestión energética es un punto clave en la optimización de la cuenta de resultados de las empresas. Los consumos energéticos han ido aumentando progresivamente su impacto en los gastos de explotación y, lo más importante, contar con un suministro garantizado, eficiente, de calidad y a un precio previsible resulta fundamental para la gestión empresarial. Además, cada vez son más las empresas que se identifican con el desarrollo sostenible y deciden adaptar sus instalaciones a los objetivos 20-20-20 marcados por la Unión Europea para el 2020.

Por todo ello la incorporación de redes inteligentes en el ámbito industrial se perfila como una de las posibles soluciones para optimizar la gestión energética de las plantas a la vez que se aumenta el nivel de penetración de renovables y se reduce el impacto medioambiental.

Por estas razones, Jofemar y CENER han decidido dar un paso más y desarrollar un nuevo modelo de negocio para ofrecer a sus clientes una solución energética integral denominada FACTORY MICROGRID. Basado en el proyecto LIFE+ FACTORY MICROGRID, cofinanciado por la Unión Europea, este sistema se implantará en la fábrica de Jofemar entre 2014 y 2017. FACTORY MICROGRID, además de una red inteligente, es una solución integral que optimiza tanto la gestión energética como las necesidades de transporte de las empresas. La propuesta se adecúa a cada cliente e integra elementos de generación renovable (aerogeneradores, paneles fotovoltaicos, biomasa etc.), de movilidad ‘cero emisiones’ (vehículos eléctricos) y de almacenamiento (baterías de flujo, baterías metal-aire, vehículos eléctricos). Todos ellos gestionados por un sistema inteligente capaz de adaptarse a los consumos energéticos instantáneos del cliente, la disponibilidad del recurso renovable, variabilidad de tarifas eléctricas y gestión de cargas despachables. FACTORY MICROGRID gestiona también los permisos necesarios y las posibles ayudas de las que puedan beneficiarse los clientes que adopten soluciones de este tipo.

La demostración a tamaño real del concepto FACTORY MICROGRID se hará en la planta de Jofemar en Peralta a lo largo de los próximos tres años. Para este proyecto concreto, la microrred se ha diseñado en base a las características específicas de la fábrica. Tras un detallado estudio, se concluyó que la configuración más adecuada para las necesidades de la planta de Jofemar era la instalación de: un aerogenerador de 100 kW, placas solares de 40 kW y baterías de flujo ZnBr, capaces de almacenar hasta 500 kWh de electricidad. La microrred integrará también, seis puntos bidireccionales de recarga de vehículos eléctricos y uno de recarga rápida de 50 kW, que alimentarán a 6 vehículos. Con esta topología se consigue generar energía de forma local disminuyendo los costes de operación al aplanar la curva de demanda. El consumo de energía pico se reduce al trasladar los consumos de las cargas despachables a horas valle o de máxima producción de renovable. La energía generada alimenta también a la flota de vehículos eléctricos de Jofemar que, además de cubrir las necesidades de movilidad de la planta, sirven como almacenamiento eléctrico adicional. De este modo la microrred consigue disminuir sus emisiones anuales de CO2 en más de 96 Tm.

La aplicación del concepto FACTORY MICROGRID en la planta de Peralta permitirá adquirir información extrapolable a otro tipo de topologías.

Proyecto Life ‘Factory Microgrid’

Introducción

Jofemar, referente mundial en la comercialización de soluciones integrales de dispensación automatizada, y el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), desarrollarán entre 2014 y 2017 el proyecto LIFE FACTORY MICROGRID. Esta iniciativa, cofinanciada por la Unión Europea, tiene como objetivo demostrar que el uso de microrredes inteligentes es una de las soluciones más adecuadas para optimizar la generación y el uso de la energía de clientes industriales comprometidos con el desarrollo sostenible.

Este proyecto será la primera aplicación de un nuevo modelo de negocio con el que Jofemar y CENER quieren ofrecer a sus clientes una solución integral para sus necesidades energéticas y de movilidad sostenible. La microrred, pionera mundial con estas características, servirá de prototipo y planta piloto real para futuros desarrollos.

Descripción

Actualmente Jofemar ofrece a sus clientes soluciones de transporte cero emisiones a través de su filial Hidronew XXII.  Consciente de que muchas empresas quieren ejercer un mayor control de sus consumos energéticos y de la eficiencia de sus instalaciones, Jofemar y CENER lanzan un nuevo modelo de negocio que garantiza a sus clientes soluciones energéticas integrales respetuosas con el medioambiente.

La solución energética integral consta de los siguientes pasos:

• Auditoría exhaustiva de la planta: Consiste en una monitorización de los perfiles de consumo, identificando picos y valles, y localizando puntos de mejora. La auditoría servirá para analizar la eficiencia energética real de la empresa cliente y se podrá entender, diagnosticar y prever en detalle los consumos generados en la misma. La auditoría energética permite a los clientes adquirir un conocimiento profundo de sus consumos realizando un desglose energético de cada subsistema de la fábrica. Con esta información se realiza una optimización inicial de la potencia contratada, el término de energía y el factor de potencia. La auditoría incluye los contenidos exigidos por la norma española UNE 216501:2009.
• Evaluación del recurso energético renovable del emplazamiento donde esté localizada la fábrica. Esto permite identificar la solución más adecuada para cada cliente.
• Plan de eficiencia energética personalizado. Las mejoras propuestas inicialmente se enfocan a reducir consumos y diversificar fuentes energéticas. Dichas propuestas  se clasifican en cuanto a la inversión necesaria, el ahorro energético, el ahorro económico las reducciones de CO2 y el periodo de retorno simple. Las mejoras no afectarán ni al confort de los trabajadores ni al proceso productivo.
• Diseño de una microrred que incluya: elementos de generación renovable, almacenamiento y soluciones de trasporte eléctrico. En el diseño definirá la gestión de las cargas despachables y los diversos modos de trabajo de la microrred.
• Gestión de subvenciones.
• Gestión de permisos.
• Construcción de la microrred: Esta fase incluye la dirección del proyecto, obra civil, infraestructura eléctrica, la legalización y el seguimiento de la seguridad en obra.
• Gestión inteligente de la microrred adecuando los consumos a la energía generada y almacenada en cada momento en la planta.
• Mantenimiento preventivo y reactivo.
• Certificación: Si la empresa cliente lo desea, la solución energética integral FACTORY MICROGRID se puede certificar de acuerdo a la norma UNE-EN ISO 50001:2011.

De este modo, por medio de FACTORY MICROGRID, Jofemar y CENER ofrecerán a sus clientes microrredes diseñadas de forma personalizada para cubrir sus necesidades específicas y que optimizarán la relación entre la generación y los consumos energéticos de su fábrica. Las microrredes estarán dotadas de un sistema de gestión inteligente que les permitirá adaptarse al perfil de consumo energético particular de cada cliente en tiempo real. Además, el sistema de gestión inteligente prevé factores como turnicidad, estacionalidad, picos de producción, tarifas energéticas o climatología.

Con este modelo de negocio Jofemar y CENER realizan un diseño individualizado de microrredes que permite a los clientes aumentar la fiabilidad de su servicio energético, con un menor número de interrupciones de servicio, y tener un mayor control del uso específico de la energía consumida, al mismo tiempo que disminuyen sus costes operativos.  Dicha reducción de costes se maximiza al conseguir aplanar la curva de demanda reduciendo el consumo de energía pico, al trasladar los consumos de las cargas despachables a horas valle o de máxima producción de energía renovable. Otra ventaja económica es también operativa ya que la conexión y desconexión de cargas despachables de la red se puede gestionar en remoto. Esto permite planificar el mantenimiento preventivo, reduciendo el tiempo sin servicio y contribuyendo a la detección anticipada de fallos, lo que aumenta la vida útil de los equipos.

Metodología

El servicio FACTORY MICROGRID se demostrará en la sede de Jofemar, ubicada en Peralta (Navarra). Tras un detallado análisis del recurso energético renovable, se identificó como mejor solución para el emplazamiento y perfil de consumo de la planta construir una microrred que contará con:

• Un aerogenerador de 100 kW.
• Paneles fotovoltaicos de 40 kW
• Baterías de flujo ZnBr. La batería que se instalará en Peralta integra una tecnología desarrollada patentada por Jofemar. El innovador diseño de las baterías cumple con el objetivo de maximizar su densidad energética, robustez, fiabilidad y capacidad. Se ha considerado que estas baterías son las más adecuadas en este caso debido a su alta capacidad de respuesta, eficiencia en los ciclos de carga y descarga y menores requisitos de mantenimiento. La batería almacenará hasta 500 kWh de electricidad trabajando a 600 V DC y cuenta con sus propios convertidores.
• 6 puntos bidireccionales de recarga de vehículos eléctricos.
• Un punto de recarga rápida de vehículos eléctricos de 50 kW.
• 6 vehículos eléctricos (3 coches, 2 furgonetas y 1 minibus)

Con este diseño de microrred se consigue optimizar no sólo la gestión energética de la fábrica, sino también sus necesidades de movilidad sostenible de corta y media distancia. Cabe destacar que, en este caso concreto, las baterías de los vehículos eléctricos se utilizarán como sistema de almacenamiento eléctrico adicional.

La arquitectura de comunicaciones diseñada específicamente para la microrred permite gestionar de manera eficiente los diferentes recursos de energía de la microrred, adaptándose a las necesidades instantáneas de la planta y teniendo en cuenta factores como las previsiones de consumo horarias y estacionales, tarifas eléctricas, previsiones de recurso renovable, baterías, cargas despachables etc. El sistema de coordinación y control de la microrred se estructurará en varios niveles de acuerdo a una estrategia jerárquica que garantice un control descentralizado de la microrred.

La microrred se ha diseñado teniendo en cuenta aspectos de seguridad y fiabilidad con el objetivo de construir un sistema consistente y tolerante a fallos. El sistema cuenta con una estrategia de actuación en caso de producirse fallos en las comunicaciones a distintos niveles, así como ante fallos de los elementos y dispositivos de control local de la microrred. Por último, el sistema de control permitirá el funcionamiento de la microrred tanto en modo conectado a red, como en modo isla, aislado de la red principal.

La posibilidad de funcionamiento tanto en isla como en modo conectado a red es de especial relevancia pues permite adaptarse a las características y necesidades de cada cliente. Se ha trabajado especialmente en coordinación y control de los sistemas pues es un aspecto fundamental cuando se trabaja en modo isla dónde es fundamental garantizar la estabilidad de tensión y frecuencia y el seguimiento rápido de carga en la microrred.

La implantación del concepto FACTORY MICROGRID en la planta de Jofemar en Navarra reducirá las emisiones totales de CO2 de la misma en 96 Tm anuales, de las cuales 35 Tm serán consecuencia del uso de energías renovables, 38 Tm de la integración de una flota eléctrica y 23 Tm de la gestión inteligente de las cargas.

Conclusiones

Las microrredes son la solución más adecuadas para empresas comprometidas con el desarrollo sostenible interesadas en que sus fuentes de energía sean eficientes, fiables y seguras. Las microrredes se pueden diseñar para adaptarse a las necesidades energéticas específicas de cada cliente y pueden trabajar tanto en modo isla, como conectadas a la red. La integración de vehículos eléctricos con puntos de recarga bidireccionales proporcionan capacidad de almacenamiento eléctrico adicional, al mismo tiempo que cubren las necesidades de movilidad sostenible de corta y media distancia. La gestión optimizada del almacenamiento eléctrico reduce las incidencias de corta duración y los cortes de suministro. La alta eficiencia de las baterías de flujo Zn-Br permite minimizar la compra de energía en horas de tarifa máxima y disminuir la potencia contratada. Las nuevas tecnologías de control de las microrredes permiten a las empresas una participación activa en su gestión energética, modulando su demanda para minimizar los costes y optimizar los recursos.

Agradecimientos

Se agradece el soporte económico del programa LIFE por medio del proyecto: LIFE13 ENV/ES/000700.