Comunicación presentada al IV Congreso Smart Grids:
Autores
- Andrea Rossi, Jefe del Mercado de Energía y Transporte, Atos
- Javier Valiño, Jefe de Proyecto, Atos
- Maria Guadalupe Rodríguez, Responsable de Diseminación, Atos
Resumen
El objetivo de inteGRIDy es facilitar la óptima y dinámica operación de la red de distribución de energía, impulsando su estabilidad a la vez que se coordina la inclusión de fuentes de energía distribuidas, plantas de generación virtuales y esquemas de almacenamiento de energía innovadores y colaborativos, con un porcentaje de inclusión de energías renovables creciente. inteGRIDy conecta los novedosos servicios, tecnologías y mecanismos emergentes de smart grids mediante el uso de una plataforma escalable, replicable e inter-funcional. Dicha plataforma permitirá la conexión de la red de energía actual con los diferentes actores del mercado, proveyendo además de capacidades mejoradas para monitorización de perfiles de consumo y generación.
Introducción
El Proyecto inteGRIDy se concibe en 2016 para aportar soluciones a los retos que las tecnologías emergentes que están transformando el sector energético en todas sus facetas y especialmente en los Smart grids (European Commission, 2010) (European Commission, 2014), además de demostrar que dichas tecnologías emergentes y su introducción en el mercado durante los próximos años pueden habilitar la integración conjunta del Demand Response (DR) (Capgemini, 2008), Smart Grid (X. Fang et al., 2012), almacenamiento y generación distribuida de forma segura y estable. Para ello, define cuatro pilares básicos de actuación, los cuales inteGRIDy hace propios para su innovadora propuesta.
Con este escenario como referencia, inteGRIDy demostrará a través de una plataforma inter-funcional desplegada en 10 pilotos en 8 países europeos diferentes las siguientes innovaciones.
- Integración de la infraestructura existente de Smart meters, sistemas de automatización e Internet de las cosas (IoT) de modo que se habilite la interoperabilidad mediante interfaces estándares, recolección de datos eficiente y monitorización de activos del grid.
- Implantación de modelos novedosos, con técnicas de big data, que permitan la optimización de la topología de red y los mecanismos de DR, además de mejorar los ciclos de carga de las baterías.
- Utilización de algoritmos de predicción que permitan simulación de escenarios para pronóstico multi-nivel dinámico en generación/demanda en tiempo real, mejorando la toma de decisiones.
- Uso de herramientas de visualización analítica potentes y eficientes, mediante técnicas novedosas de interacción hombre-máquina.
- Habilitación de un entorno seguro de control de acceso que permita privacidad y protección de datos, construido sobre estándares y regulaciones.
- Definición de modelos de negocio innovadores que proporcionen las herramientas necesarias al mercado energético de modo que se puedan adoptar técnicas de DR que habiliten la entrada de nuevos agentes en el mercado.
Por último, inteGRIDy considera los siguientes actores de la cadena de valor del sector energético, y que están representados por los socios del consorcio, de modo que se garantice la correcta implantación de las soluciones propuestas validada tanto a nivel técnico como de negocio
- Operadores (Transmission System Operators, Operadores independientes, Distribution System Operators y otras entidades locales operadoras).
- Operadores de mercado (Comercializadores, grandes productores y vendedores, Brokers, Agregadores, ESCos, etc.).
- Reguladores y usuarios finales (Autoridades regulatorias, Instituciones de gobierno, Administraciones públicas, Creadores de políticas, Agencias sin ánimo de lucro, consumidores y grandes consumidores, prosumidores, asociaciones de usuarios).
- Externos (cualquier actor que no genere, entregue, venda o use energía y participe en el Mercado de forma subsidiaria: proveedores de servicios, proveedores de servicios a terceros, Entidades de Investigación y desarrollo, consultoras).
Descripción técnica e implementación
inteGRIDy prevé una re-adaptación activa de las funcionalidades y capacidades del dominio de la red de distribución, mientras que sus desarrollos afectarán directamente a la interconexión entre los actores involucrados. Más concretamente, el impacto previsto afectará a:
- Las operaciones, mediante el control y la supervisión de una topología reconfigurable.
- El mercado, a través de nuevos servicios.
- El consumidor, por medio de mejoras en los mecanismos de DR (SEDC, 2014).
- La transmisión de energía, con la implantación de mecanismos de predicción en media/baja tensión.
- Parte de la producción, al considerar utilización innovadora de almacenamiento térmico, de energía y de hidrógeno además de integración de usuarios de vehículos eléctricos, para el uso óptimo de renovables (Wang, Qi, et al., 2015).
Las herramientas y mecanismos de inteGRIDy tienen un área de impacto grande, tanto en términos geográficos como en tecnologías cubiertas. Entre ellas, son especialmente relevantes las relacionadas con generación de energía renovable (fuentes) y usuarios (cargas), ya que el flujo de información generado entre ambas será analizado y usado como entrada para los mecanismos automatizados de DR. El objetivo último consiste en ofrecer una solución integrada que permita acomodar todas las operaciones de la red de distribución, la respuesta de los clientes y los mecanismos de DR que permitan involucrar a nuevos usuarios. En base a los actores identificados por el proyecto y en combinación con los objetivos, la Figura 2 recoge las interacciones entre actores y su impacto en la plataforma y las actividades relacionadas para su implantación y desarrollo funcional.
Para facilitar la gestión y habilitar la transferencia técnica eficaz entre actividades, inteGRIDy se estructura en 3 fases: (1) Fase de definición, identificación de estandarización y regulación aplicable y estudio de modelos de negocio existentes, (2) Integración del entorno propuesto por inteGRIDy and (3) Demostración/evaluación del entorno junto con las tecnologías de los socios a través de los pilotos.
Pilotos
Los demostradores componen el alma de inteGRIDy. En ellos, los socios involucrados pretenden validar las tecnologías seleccionadas, con el componente común del uso de la plataforma inter-funcional provista como resultado de las investigaciones del Proyecto. Se distingue entre pilotos a pequeña y gran escala, siendo los primeros menores en alcance y uso de tecnologías y antecesores a los segundos.
Actualmente se está trabajando en la definición de la arquitectura funcional de todos los pilotos y su interacción con la plataforma propuesta por inteGRIDy. A modo de ejemplo, y bajo el epígrafe de investigación sobre Demand Response, la Figura 3 muestra el diagrama descriptivo de la arquitectura del piloto 3, desarrollado en Barcelona.
Impacto
Impacto técnico
inteGRIDy permitirá a los operadores de red de distribución gestionar la configuración del grid de acuerdo con las necesidades de cada momento en cuanto a generación y demanda. Además, el DR y el almacenamiento virtual de energía actuarán como habilitadores para la provisión de servicios de balanceo de carga y auxiliares para la red de distribución, al ser posible ofrecer flexibilidad escalable en cortos periodos de tiempo y, de este modo, permitir la regulación de frecuencia y voltaje tanto a nivel primario como secundario/terciario. inteGRIDy permite a los sistemas de almacenamiento energético comercializar sistemas auxiliares, desde la perspectiva de sistemas de gestión y operación/distribución más fiables y eficaces. En la arquitectura, la carga/descarga de sistemas de almacenamiento se gestiona remotamente y de acuerdo con la información recogida del mercado y los requerimientos de la red.
Además, el riesgo de cortes eléctricos se ve reducido considerablemente gracias a la flexibilidad que ofrece la aproximación del proyecto, ya que permite el balanceo y la introducción de servicios auxiliares, promoviendo ventajas significativas para todos los actores involucrados. Los operadores de red podrán gestionar la carga y descarga de sus sistemas de almacenamiento. Esto permite la coordinación de pérdidas de la red con producción renovable local. Finalmente, las sinergias entre la red eléctrica y la red de transporte es también un aspecto central para inteGRIDy, ya que el uso de estaciones de carga de vehículos eléctricos ayudará de forma significativa a la decarbonización de la red.
Replicabilidad
La posibilidad de entregar como resultado del proyecto un entorno común donde poder aglutinar todas las tecnologías propuestas por los socios, validado mediante su implantación, total o parcial, a lo largo de varios pilotos en países distintos y, por ende, en marcos regulatorios y operativos diversos, hace que la replicabilidad de la solución quede garantizada. Además, el uso de interfaces estándares para la comunicación abre la puerta a que no sólo sean las innovaciones propias del proyecto las que puedan incluirse en este entorno, sino que está listo para acoger nuevas propuestas futuras de forma sencilla. Todo esto se resume en el concepto Internet del Grid, que acompaña a la definición de inteGRIDy. La exportación a diferentes redes de la plataforma debería ser directa, así como el aglutinamiento de varios grids dentro de una misma instancia, lo cual la hace idónea para los operadores de red.
Además, la implantación nativa de técnicas de DR y su capacidad para alojar un número creciente de usuarios, gracias a las tecnologías de gestión en la nube, la dotan de la escalabilidad requerida. La compatibilidad de estas tecnologías con aproximaciones estándar para gestión de hogares/edificios inteligentes garantiza su interoperabilidad e idoneidad con técnicas centradas en el usuario.
Generación de nuevos modelos de negocio
La eficiencia aportada por las nuevas innovaciones propuestas en la red de distribución, beneficiarán directamente a los consumidores, ya sea mediante las nuevas políticas de precios variables en el tiempo, con el aumento de la oferta, con los programas de prepago o los sistemas de gestión de energía para usuarios. Además, la nueva configuración permite que el usuario no requiera de tomar precauciones en caso de situaciones de emergencia (como tormentas, terremotos, etc.) al aumentar el nivel de autogestión de la red (European Commission, 2007). En el ámbito medioambiental, inteGRIDy promueve el uso de fuentes de energía alternativas, especialmente en comunidades locales, y evitando en lo posible el uso de combustibles fósiles, lo cual es especialmente útil en regiones europeas con carestía de estos últimos. inteGRIDy pretende simplificar y hacer más eficiente la integración de renovables en la red, maximizando las inversiones y reduciendo los problemas de conexión y balanceo. La combinación de nuevas energías renovables con mecanismos de predicción contribuye no solo a aumentar la capacidad de la red, sino también a su gestión, ya que se puede programar el uso de fuentes de energía tradicionales cuando se prevean fluctuaciones en las renovables. En definitiva, la validación final del proyecto presentará diferentes microgrids reales gestionados con herramientas software y que probarán la colaboración entre este grid y la red de distribución (PricewaterhouseCoopers, 2010). La plataforma inter-funcional propuesta por inteGRIDy, y sus inherentes capacidades de cooperación entre usuarios y la red de distribución contribuirán activamente a la habilitación de nuevos servicios en el mercado además de la creación de un nuevo perfil de usuarios que proporcionarán valiosa información a los operadores de red. Esto supone, por tanto, ventajas para ambas partes, en un marco regulatorio cambiante y evolucionando a diferente velocidad dependiendo del país, abriendo por tanto pequeños nichos de mercado para la energía y los servicios relacionados. Las innovaciones tecnológicas introducidas por inteGRIDy permitirán a las pequeñas y medianas empresas actuar como habilitadores para la aplicación de esquemas novedosos de DR, asegurando una introducción eficiente de la demanda como un actor de alto valor para el mercado energético (Bohnsack et al., 2014).
Impacto en políticas nacionales y europeas
inteGRIDy incluye como socios a actores relevantes en regulación, a nivel nacional y europeo. Por lo tanto, las propuestas del proyecto pueden tener la credibilidad del conocimiento del marco actual, además de contar con los recursos adecuados para estudiar las adaptaciones, propuestas y soluciones necesarias para acometer e implantar la plataforma inter-funcional (Smart Grid Taskforce, 2015).
Unos de los mayores impactos del proyecto será la interconexión de diferentes socios y diferentes países, con el objetivo de intercambiar conocimiento y experiencia en arquitecturas que incluyan modelos de almacenamiento híbridos y estaciones de recarga de vehículos eléctricos. Al tener inteGRIDy 5 operadores de red de distribución, su intercambio de información con los estados miembros constituirá una gran contribución al desarrollo de políticas para la interconexión entre miembros.
Conclusiones
La ventaja de una plataforma como la propuesta por inteGRIDy reside en abarcar diferentes herramientas, métodos y tecnologías con un grado de madurez alto y que engloban diferentes mundos como pueden ser la informática, la ingeniería eléctrica, el control y la automatización (por ejemplo, para el control de fuentes de energía distribuidas), ingeniería química (ciclo de vida óptimo de baterías, almacenamiento de calor o de hidrógeno), etc. Esto supone un alcance multi-disciplinar y novedoso, que permitirá a los operadores mejorar sus Smart grids y todas las tecnologías subyacentes y complementarias, con especial foco en la integración de renovables.
Además de para los operadores, cuyo impacto se traduce en la operación de la nueva plataforma, los demás actores identificados también se aprovecharán de mejoras inherentes a su implantación. Especialmente, los consumidores y prosumidores verán como la plataforma permitirá el despliegue de nuevos modelos de negocio y servicios basados en Demand Response y favorecidos por el uso de tecnologías innovadoras, que se traducirán en un abaratamiento de los servicios y una mayor flexibilidad para la selección del modelo tarifario más adecuado a las necesidades en cada caso. inteGRIDy permitirá una aproximación real por medio de pilotos y que permita validar las necesidades y requerimientos de la red actual. El resultado esperado es una serie de métodos y mecanismos de integración innovadores alrededor de las tecnologías que permitan explotar los resultados obtenidos con un gran potencial comercial. Los nuevos modelos de negocio deberán validarse también a través de los pilotos, siendo este punto el principal reto que se plantea. La correcta y eficiente implantación de la plataforma y sus tecnologías inherentes unido a una implantación de un modelo de negocio sostenible y validado garantizará un óptimo cierre para las innovaciones del proyecto.
Agradecimientos
Este Proyecto ha recibido fondos del programa de investigación y desarrollo de la Unión Europea Horizon 2020, bajo el grant agreenmet número 731268.
Referencias
Bohnsack, Pinkse, Kolk (2014). Business models for sustainable technologies: Exploring business model evolution in the case of electric vehicles. Research Policy.
Capgemini (2008) Demand Response: a decisive breakthrough for Europe.
EG3 Regulatory Recommendations for the Deployment of Flexibility; Smart Grid Taskforce January 2015
European Commission (2010) Europe 2020 targets.
European Commission (2014) 2030 Energy Strategy.
European Commission. Commission of the European Communities: renewable energy road map: renewable energies in the 21st century: building a more sustainable future, communication from the commission to the council and the European parliament 848, 20017.
X. Fang, S. Misra, G. Xue and D. Yang, «Smart Grid — The New and Improved Power Grid: A Survey,» in IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2012.
Mapping Demand Response in Europe Today, SEDC, April 2014.
PricewaterhouseCoopers. European climate forum, potsdam institute for climate impact research, international institute for applied system analysis, 2010.
Wang, Qi, et al. «Review of real-time electricity markets for integrating Distributed Energy Resources and Demand Response.» Applied Energy 138 (2015): 695-706.