Redes Inteligentes en Gas Natural Fenosa

Comunicación presentada al II Congreso Smart Grids:

• Mariano Gaudó Navarro, Responsable del Diseño y Despliegue de Redes Inteligentes, Gas Natural Fenosa

Resumen

Gas Natural Fenosa mantiene una sólida posición de liderazgo internacional por su labor de transformación de sus redes de distribución de electricidad para convertirlas en redes inteligentes. Un ejemplo de esto es el hecho de que la compañía ha instalado más de un millón de contadores inteligentes y automatizado más de 7.000 centros de transformación. El objetivo de esta comunicación es compartir la experiencia adquirida en el despliegue de soluciones en las redes de Unión Fenosa Distribución, filial eléctrica de Gas Natural Fenosa.

Introducción

La innovación se ha consolidado como una de las palancas clave en la recuperación económica. Las empresas más innovadoras son, en general, las que mejor están respondiendo en este entorno desfavorable. En Europa, Gas Natural Fenosa soporta los objetivos del Plan Estratégico de Tecnología Energética (SET Plan), participando activamente en los proyectos de investigación de uno de sus pilares más importantes: la EEGI o Iniciativa Industrial de Redes Eléctricas. El SET Plan sigue su curso de cara a aportar avances tecnológicos que permitan el cumplimiento de los objetivos trazados por la Comisión Europea en el campo de la energía para el año 2020.

En España, el endurecimiento del entorno económico durante los últimos dos años ha llevado a profundizar en cómo mejorar la puesta en valor de la innovación y sus resultados, tanto en el contexto general de país como de las empresas en particular. A la vez, se ha venido realizando un esfuerzo especialmente importante, tanto en la Administración como en el sector privado, para tratar de mantener el ritmo y los niveles de inversión en esta área. Se reconoce así que la innovación es uno de los factores clave en la recuperación económica. En el área de energía, se ha progresado en los procesos de priorización de líneas tecnológicas a potenciar a partir del trabajo realizado por las plataformas tecnológicas y otros foros con objetivos de desarrollo tecnológico energético. Iniciativas como ALINNE, la Alianza para la Innovación Energética, están trabajando en este proceso de ajuste que debe permitir optimizar los esfuerzos por parte del tejido científico, tecnológico e industrial en el área energética para contribuir a crear flujos económicos más favorables no sólo en el mercado energético sino también, y especialmente, en el mercado de la tecnología energética.

Después de varios años de investigación y desarrollo en diferentes ámbitos de redes inteligentes, se dispone ya de soluciones con un grado de madurez adecuado para ser instaladas en entornos reales. En este sentido, Gas Natural Fenosa ha desplegado más de un millón de  contadores inteligentes en el ámbito residencial con tecnología de comunicación PRIME (PoweRline Intelligent Metering Evolution) a través de la red eléctrica de baja tensión, todo acompañado de la modernización e instalación de nuevos dispositivos en los centros de transformación afectados con objeto de mejorar la supervisión de la redes de medida y baja tensión en su conjunto.

Además de los propios beneficios que proporcionan los nuevos contadores  a los consumidores finales, y que poco a poco comienzan a percibirse, este equipamiento está permitiendo en la actualidad:

• Optimizar la capacidad existente en la red para integrar generación distribuida.
• Incorporar nuevos de puntos de recarga de vehículos eléctricos, a pesar de su lenta incorporación.
• Monitorizar la cargabilidad de activos de la red, mejorando el mantenimiento y vida útil de los mismos.
• Mejorar la identificación de anomalías detectadas  y envío de alarmas preventivas que ayuden a disminuir el tiempo de detección y resolución de incidencias.
• Realizar un control de la calidad de suministro (variaciones de tensión e interrupciones) en un mayor número de puntos de la red.
• Detectar pérdidas y desequilibrios.

Todos ellos son una realidad, y esta información comienza a ser valiosísima para garantizar un suministro de energía eficiente, sostenible y seguro, teniendo en cuenta que la incorporación de nuevos usuarios de la red, en especial los generadores distribuidos, pueden influir en la calibración y diseño de las protecciones, debido a la variación de las potencias de cortocircuito o a las inversiones de flujo.

Integración de la generación distribuida

La conexión de un elevado número de generadores distribuidos afecta en gran medida al diseño y funcionamiento de las redes de distribución. Estos efectos pueden ser tanto positivos como negativos en función de muy diversas variables. Por lo tanto, considerar estos impactos es esencial para poder establecer los mecanismos técnicos y regulatorios que permitan integrar la generación distribuida de una manera más eficiente.

La incorporación de equipamiento de supervisión y control en los centros de transformación está permitiendo conocer magnitudes eléctricas, que históricamente, no han sido necesarias adquirir con equipos de medida por la predictibilidad de las mismas, a partir de medidas eléctricas en la cabecera de las líneas de media tensión y de un número reducido pero suficiente de centros de transformación.

La generación distribuida disminuye la demanda final de las redes de distribución, esto se traduce en la disminución de saturación en estos centros, circuitos y subestaciones. Sin embargo, la falta de conocimiento de la aportación de estos generadores y la variabilidad de los mismos hace que esa predictibilidad de la red tenga que ser reforzada con medidas reales de tensión e intensidad en diferentes puntos de la red de media y baja tensión, para lo cual es necesario tener lecturas en estos puntos, y en los que los propios contadores inteligentes tienen un rol relevante por su capacidad, no sólo de adquisición de medidas para facturación a los clientes finales, sino por su comportamiento como sensores de la red, entre otros, valores de tensión en el punto final de suministro.

Para seguir avanzando en la convergencia entre demanda y generación, cada vez es más necesario no sólo equipos de captación en la red en tiempo real de los activos relevantes, sino que en muchos casos, debido a la flexibilidad necesaria para dar respuesta, debe disponerse de nuevas herramientas para gestión activa de la demanda, almacenamiento, cambios de configuración de la red de distribución, mayor control sobre los centros de transformación, etc.

Contadores inteligentes y la operación de la red

Europa está inmersa en un plan masivo de sustitución de contadores eléctricos. Ya hay aproximadamente 45 millones de contadores inteligentes instalados en tres Estados miembros (Finlandia, Italia y Suecia), que representan el 23 % de la instalación prevista en la UE de aquí a 2020. Según estimaciones de la UE, los compromisos de implantación equivalen a una inversión de alrededor de 45 000 millones de euros para la instalación antes de 2020 de cerca de 200 millones de contadores inteligentes de electricidad (que representan aproximadamente el 72 % del total de consumidores europeos)

España, se encuentra en los países de cabecera en el despliegue de estos contadores, con otros quince estados miembros, Austria, Dinamarca, Estonia, Finlandia, Francia, Grecia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Malta, Países Bajos, Polonia, Rumanía, Suecia y el Reino Unido. Todos ellos están realizando un despliegue a gran escala antes del 2020, a pesar de que en sólo dos de ellos, Polonia y Rumanía, los análisis de costes y beneficios han dado resultados positivos.

Los beneficios que estos contadores pueden proporcionar a los consumidores, se materializarán con la reducción del consumo al disponer de más información así como la capacidad de gestionar el mismo. Esto va a ser posible modificando hábitos de consumo, trasladando consumos a horas de menor precio, siendo estos precios conocidos con veinticuatro horas de antelación.

Todas las compañías distribuidoras están trabajando para proporcionar esta información a los diferentes agentes, lo que va a permitir además el desarrollo de nuevos productos y servicios.

Sin embargo, no deben verse estos equipos con una finalidad única de medida, lo cual sería desaprovechar todo el potencial que pueden proporcionar, para ello  debemos dotarlos de un rol activo en la red. Desde un punto de vista de operación de esta red de distribución, estos equipos se convierten en sensores, próximos al suministro final de energía, por tanto son de gran interés, pero es muy complejo pasar de un escenario en el que la operación se realiza con muy pocos elementos presentes en la red de media y prácticamente ninguno en la red de baja tensión, a disponer de millones de elementos con estas capacidades.

Para que esta contribución sea efectiva, debe evolucionarse el concepto de red simplificada, resolviendo la ecuación en la que se determine cuáles son los elementos de estas redes de media y baja que determinen el óptimo de observabilidad con el mínimo número de elementos, este es el gran reto que se tiene en la operación de la red. Por otra parte, esta simplificación de red, debe permitir, de forma automática, desencadenar peticiones de contorno para refrendar y garantizar el estado en la red en un punto o nodo de la red simplificada. Todo esto es posible gracias a la utilización de la tecnología que Gas Natural Fenosa está desplegando y en la que los contadores se comunican permanentemente a través de la propia red eléctrica con los centros de transformación y desde estos con los sistemas de adquisición de la compañía.

Lecciones aprendidas

La experiencia resultante del despliegue realizado hasta la fecha, hace resaltar los siguientes puntos, que son complementarios a aquellos propios de la complejidad del despliegue de millones de equipos sobre una red eléctrica, que está funcionando y en la que cualquier actuación sobre la misma debe realizarse sin que sea apenas percibida por los usuarios conectados a la misma.

Como punto de partida se hace especial énfasis en el esfuerzo realizado en el despliegue de una tecnología en la que conviven diferentes proveedores de equipos, al estar utilizando un protocolo público y abierto, en el que estos equipos de diferentes fabricantes conviven entre ellos compartiendo las mismas redes y garantizando la interoperabilidad y reemplazo de un equipo por otro sin impacto alguno en el funcionamiento del conjunto.

Todo esto sólo es posible con el apoyo y la participación estrecha entre fabricantes y las compañías eléctricas, dado que hemos pasado de un entorno de test y pilotajes a despliegues masivos, con todas las casuísticas presentes en una red de distribución real, lo que dificulta por parte de dichos fabricantes sus pruebas en fase de desarrollo de productos, más aun teniendo en cuenta que los mismos conviven con los de otros fabricantes y esto es difícilmente reproducible. Debe tenerse en cuenta además el carácter dinámico de estas redes de comunicación entre equipos, en los que cualquier actualización del firmware parcial de un grupo de contadores puede condicionar al resto.

Gas Natural Fenosa, para facilitar este entorno de pruebas conjunto con todo el equipamiento que tiene desplegado, trabaja conjuntamente con numerosos fabricantes de equipos en su Laboratorio de Redes Inteligentes LINTER, con objeto de mejorar el desarrollo de nuevos productos. Como es lógico, la interoperabilidad no quiere decir que las prestaciones de cada suministrador sean iguales.

Es necesaria mención especial a la puesta en común entre diferentes compañías que están desplegando esta tecnología, y en general entre todos los miembros de la Alianza PRIME, para evolucionar y realizar una mejora continua de la tecnología y los productos de cada uno de los suministradores.

Por otra parte, diariamente el contador envía numerosa información, cuyo análisis es muy interesante dado que proporciona información para diferentes usos, incluido la conectividad con el equipo, esto es, todas las estadísticas de comunicación del mismo con los concentradores instalados en los centros de transformación, lo cual permite suponer la red eléctrica a la de comunicaciones.

Necesidades de Innovación

Es necesario seguir innovando en soluciones que permitan acercar dos mundos tan diferentes como son la operación de la red con la adquisición de medidas.

Las soluciones a estas necesidades deben permitir monitorizar la red de media y baja tensión mediante la comunicación recurrente con un número reducido de equipos, pero que caractericen la red, complementando el estado y valores de tensión del resto de equipos, (millones) con un estimador de estado basado en información histórica de recepción de información de este número masivo de equipos, en general, información disponible en el día en curso o previo y la información del cálculo probabilístico realizado con el aprendizaje histórico del comportamiento de todo el equipamiento desplegado

Se debe ir más lejos y los contadores deben incorporar la posibilidad de enviar ellos mismos a los sistema de información de la compañía de cuál es el problema que les impide comunicar con normalidad, en aquellos casos en los que equipos sean necesarios como elementos clave para la representación esquemática de la red, con idea de ser estos los que de forma proactiva realicen el diagnóstico de la incidencia que presentan, la cual vendrá asociada por una acción correctora sobre el propio equipo.

Proyectos demostrativos

Gas Natural Fenosa ha consolidado su estrategia reforzando su estructura tecnológica, desarrollando  nuevos proyectos de gran calado y manteniendo una presencia destacada en los foros clave de decisión. Mención especial merece el compromiso y participación en la iniciativa Innoenergy, cuya misión, encomendada por el Instituto Europeo de Innovación y Tecnología (EIT), es llegar hasta el mercado real en los avances tecnológicos que, en materia de energía, se plantean en Europa.

Por otro lado, el proyecto de demostración de redes inteligentes PRICE, liderado conjuntamente por Iberdrola y Gas Natural Fenosa pone el énfasis en el desarrollo y demostración de soluciones interoperables y comunes a empresas distribuidoras en un ámbito geográfico compartido, con desarrollo y demostración en cuatro áreas: monitorización y automatización de la red de distribución, gestión energética de los centros de transformación, integración de renovables y gestión de la demanda.

PRICE ha recibido  la etiqueta EEGI CORE LABEL otorgada por la European Electricity Grid Initiative (EEGI), siendo ésta una de las principales iniciativas industriales europeas bajo el marco del SET- PLAN  y que establece un programa que permita acelerar la innovación y el desarrollo de las redes eléctricas del futuro en Europa. La EEGI CORE LABEL representa el nivel más alto de reconocimiento y sitúa a PRICE como un proyecto de innovación totalmente alineado con los criterios y objetivos definidos por el EEGI.  Muchas de las lecciones aprendidas en el despliegue de la telegestión se han comenzado a desarrollar dentro del proyecto, y planteadas en nuevas propuestas de innovación.

Además, en el ámbito europeo, todas estas inquietudes, son compartidas dentro de dos proyectos, en los que Gas Natural Fenosa participa con todos los demostradores del proyecto PRICE. Estos proyectos, IGREENGrid (integratinG Renewables in the EuropEaN electricity Grid) y DISCERN (Distributed Intelligence for Cost-Effective and Reliable Distribution Network), iniciativas centradas en la integración de renovables y de automatización de red respectivamente que tratan a través de indicadores de eficiencia (KPIs), comparar medidas entre distintas demostraciones a lo largo de Europa y transferir soluciones o mejores prácticas entre estos demostradores.

Conclusiones

A pesar de haber instalado más de un millón de nuevos equipos en las redes de distribución no deben obviarse las dificultades tanto en la instalación, puesta en servicio, supervisión y gestión de toda la información que proporcionan.  Deben compartirse estas experiencias y reflexiones para mejorar de forma conjunta todos estos procesos que afectan a las compañías en el ámbito nacional e internacional que se encuentra en diferentes fases de despliegue de soluciones de Smart Grids.

La tecnología desplegada y el volumen de información recibida diariamente, satisface las necesidades actuales para proporcionar dicha información a los diferentes agentes, sin embargo la conceptualización del contador más allá de un elemento de medida, sino como un equipo de control y protección de la red de distribución debe permitir incorporar nuevas herramientas para monitorizar la red de baja tensión con objeto de poder adelantarse o favorecer la detección temprana de posibles contingencias en las redes de distribución.

Referencias

• Informe de la Comisión Europea: Evaluación comparativa de la implantación de los contadores inteligentes en la Europa. Bruselas, (17 junio 2014).
• Mandato de normalización M/490: Redes inteligentes – trabajos de CEN/CENELEC/ETSI relacionados con las redes inteligentes
• Alianza PRIME
• Proyectos de Innovación de Redes Inteligentes, 28 junio 2014.
• Recomendación 2012/148/UE de la Comisión, DO L 73 de 13.3.2012, p. 9.
• European Electricity Grid Initiative, EEGI.
• Coca, Gaudó, Gonzalo, 2013, Smart Secondary Substation Management device.
• Informe Responsabilidad Corporativa Gas Natural Fenosa, 2014.