Smart Energy. TIC y energía
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La importancia de este tema ha llevado a la búsqueda de soluciones, como la mejora de la eficiencia en el consumo o el desarrollo de una gran gama de tecnologías que permiten captar energía del ambiente, las denominadas energías renovables. Todo ello ha supuesto un balón de oxígeno permitiendo estirar el modelo actual, aunque empieza a haber consenso de que no es suficiente para mantener el ritmo de crecimiento de la actividad del planeta, sobre todo de los países del Este de Asia. Nos encontramos por tanto en una época en la que el sistema energético se enfrenta a enormes retos que le obligarán a dar soluciones en un nuevo contexto económico y social, y que deberá basarse en criterios de sostenibilidad que permitan un crecimiento duradero. En esta situación, nuevas tecnologías como las que sustentan el vehículo eléctrico, los smartphones, o la comunicación máquina a máquina (M2M), han alcanzado un grado de madurez suficiente para integrarse en la estructura del sistema energético, provocando más su transformación que una mera evolución. Acorde con esta realidad, en el presente monográfico se propone un nuevo modelo de sistema energético, en el que el usuario ocupa el lugar central y en el que las redes de comunicación interaccionan con las redes de distribución energética tradicionales. En este nuevo modelo, las Smart Grids o redes inteligentes de distribución, constituyen la columna vertebral que ofrecerá nuevas posibilidades como la continua comunicación cliente-proveedor. De esta forma se podrá ajustar la oferta y la demanda de manera más adecuada, un uso eficiente de la microgeneración, e incluso que aparezca la figura del prosumer, el usuario que compra o vende en función de su consumo o producción en un momento determinado. Fundación Telefónica Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente Uno de los aspectos fundamentales para que una sociedad pueda desarrollarse, es la existencia de un sistema energético eficiente, que garantice el suministro de energía a precios razonables, y que facilite la actividad económica y el crecimiento. Durante el último siglo, varios factores, como el aumento demográfico en el planeta, el crecimiento económico sostenido, o la escasez de combustibles fósiles, han ido sometiendo a este sistema a numerosas tensiones que se han llegado a traducir en crisis económicas e incluso conflictos entre naciones. Informe Fundación Telefónica 29 Fundación Telefónica Fundación Telefónica Telefonica_SmartEnergy.indd I 29/07/13 12:24 Esta obra ha sido editada por Ariel y Fundación Telefónica, en colaboración con Editorial Planeta, que no comparten necesariamente los contenidos expresados en ella. Dichos contenidos son responsabilidad exclusiva de sus autores. © Fundación Telefónica, 2013 Gran Vía, 28 28013 Madrid (España) © Editorial Ariel, S. A., 2013 Avda. Diagonal, 662-664 08034 Barcelona (España) © de los textos: Fundación Telefónica © de la ilustración de cubierta: Shutterstock Coordinación editorial de Fundación Telefónica: Rosa María Sáinz Peña El presente monográfico se publica bajo una licencia Creative Commons del tipo: Reconocimiento - NoComercial CompartirIgual Este informe ha sido realizado con la colaboración técnica de Telefónica Digital Primera edición: Julio 2013 Depósito legal: B. 20.702-2013 Impresión y encuadernación: UNIGRAF, S.L. Impreso en España – Printed in Spain El papel utilizado para la impresión de este libro es cien por cien libre de cloro y está calificado como papel ecológico. Telefonica_SmartEnergy.indd II 29/07/13 17:45 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente Colección Fundación Telefónica Telefonica_SmartEnergy.indd III 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd IV 29/07/13 12:24 Índice Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VII 1. Smart Home . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.1 Dispositivos inteligentes para el ahorro energético. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.2 La gestión energética del hogar se sube a la nube . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1.3 Smart building . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 4 6 8 2. Smart Grids y Smart Meters. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1 Arquitectura de una smart grid . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 La interfaz entre la red y los usuarios: smart meters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.3 Modelos en el despliegue de las smart grids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 16 18 22 3. Microgeneración y cogeneración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1 Energía solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Energía mecánica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3 Energía eólica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.4 Cogeneración . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 31 35 36 37 4. Vehículos eléctricos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1 El coche eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Las infraestructuras de recarga del coche eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.3 Sistemas de gestión de puntos de recargas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.4 El vehículo como acumulador de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.5 Otros vehículos eléctricos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 44 48 51 53 55 5. Impacto socioeconómico. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 6. El futuro de la smart energy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 7. Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.1 El impacto de la regulación en la gestión inteligente de la energía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.2 La visión de los usuarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.3 El debate sobre la rentabilidad de las nuevas fuentes de energía. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.4 La visión de la industria sobre las smart grids . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.5 El futuro del coche eléctrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7.6 La visión desde las TIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 75 77 78 80 85 87 Telefonica_SmartEnergy.indd V 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd VI 29/07/13 12:24 Introducción El consumo de energía ha crecido de forma imparable durante el último siglo hasta el punto de crear verdaderos problemas en el desarrollo de las naciones, e incluso conflictos entre los países con grandes recursos energéticos y los que tienen una dependencia en este campo. Y es que el consumo ha pasado a nivel mundial de 600 Mtep1 (millones de toneladas de petróleo equivalente) en el año 1900 a 9.023 Mtep cien años más tarde, quince veces más. Para hacer frente a este aumento se han ido optimizando los métodos de generación a la vez que han ido apareciendo nuevas fuentes de energía. Sin embargo, estos crecimientos no garantizan incrementos exponenciales de energía a precios reducidos para hacer frente a unas necesidades de consumo cada vez mayores por parte de la sociedad. Por este motivo, durante muchos años ha sido necesario implementar cambios en los comportamientos de los usuarios, en la naturaleza de las energías que se utilizan, e incluso en los modelos de relación entre clientes y proveedores. En la figura 1 se muestra cómo esta evolución se ha producido en varias fases. Figura 1. Evolución del modelo energético para satisfacer la demanda Comunicación Proveedor-Cliente Ajustamos producción Optimización de la Comunicación Proveedor-Cliente Ajustamos producción Energía Comunicación Proveedor-Cliente Ajustamos producción Fuente: Elaboración propia. Las necesidades de consumo han crecido constantemente a lo largo de los años debido a dos motivos principales: el incremento de consumo por persona y el aumento demográfico de la población, por lo que en un principio los esfuerzos se centraron en la mejora energética de todos los procesos y de los elementos de consumo. Por ejemplo, según datos del IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía), el consumo medio en vehículos nuevos se ha reducido considerablemente entre 1970 y 2007, al pasar de 12 l por cada 100 km para los vehículos de más de 1.500 cc en 1970, a 8,5 l por cada 100 km en los años noventa, y en la actualidad son muchos los vehículos con consumo por debajo de los 5 l. No obstante, estas reducciones del consumo medio no han sido capaces de contener la demanda, y acorde a los datos de la IEA (Agencia Internacional de la Energía), solo entre los años 1990 y 2008, la energía media consumida por persona se incrementó un 10 % mientras que la población mundial creció un 27 %. Los mayores incrementos en el consumo de energía se han producido durante este tiempo en China, con un aumento del 170 %, y en India, con uno del 146 %, mientras que las necesidades energéticas del mundo han crecido el 39 %. De esta forma, a pesar del gran incremento en la eficiencia en el uso de la energía, a lo largo del siglo XX el consumo de combustibles fósiles se ha multiplicado por veinte, con la consiguiente intensificación en las emisiones de carbono. 1. http://www.uned.es/biblioteca/energiarenovable3/usos.htm Telefonica_SmartEnergy.indd VII 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente VIII Por tanto, una evolución basada solamente en la mejora de la eficiencia suponía un modelo que no era sostenible a largo plazo dada la escasez de recursos fósiles, y se hizo necesaria en una segunda etapa la sustitución de este tipo de energía por otras energías de carácter renovable. De hecho, si bien es cierto que existe un debate sobre la verdadera magnitud de estas reservas, todo el mundo reconoce que en un plazo de tiempo más o menos largo están llamadas a agotarse. Los esfuerzos que se están realizando en el terreno de las energías renovables han llevado a que en el año 2010, el 16 % de la energía final consumida en el mundo tenga origen renovable, mientras en España esta cifra sube hasta superar la cota del 30 % durante los años 2010 y 20112. Cabe destacar que en el año 2010 España se encontraba en cuarta posición mundial en capacidad de energías renovables3 (sin considerar la hidroeléctrica). Este cambio de orientación en las fuentes de generación de energía tiene otros efectos importantes, como evitar la dependencia de países productores y reducir la huella de carbono. También merece la pena subrayar que una parte importante de la energía que se produce no llega a utilizarse; por ejemplo, durante 2008, la producción total mundial de energía fue de 143.851 TWh mientras que el uso fue de 98.022 TWh, lo que supone una pérdida del 31 %. Los motivos de estas pérdidas son variados, por ejemplo, a veces el propio proceso de producción requiere también del consumo de energía en otras actividades paralelas, como ocurre con el caso de la energía nuclear, en la que una parte importante de la energía se utiliza en inyectar agua en los sistemas de refrigeración. Otros motivos son las pérdidas de transporte o el desacoplamiento entre oferta y demanda. Este desacoplamiento es más difícil de gestionar en el caso de las energías renovables que muchas veces están sujetas a factores de la naturaleza no controlables, por lo que se hacen necesarios mecanismos para adecuar la oferta a la demanda que existe en cada momento. Por ello, podemos definir una tercera fase en la que hay una mayor comunicación entre los proveedores y los consumidores, de tal manera que sean posibles mecanismos para acoplar la producción con las necesidades. Esto supone actuaciones tanto desde el lado del consumidor con el desplazamiento de la demanda, como por el lado del proveedor con una anticipación de las necesidades reales que permita una mejor eficiencia y mayor utilización de las energías renovables. 1. Nuevos retos del sistema energético En el futuro continuarán o incluso empeorarán los problemas actuales relativos al suministro energético: aumentará el requerimiento global de consumo de energía en el mundo y los recursos tradicionales serán cada vez más escasos. Además, las energías renovables, la gran baza que se suele presentar como solución, poseen unas limitaciones debido a su naturaleza, que es necesario tener en cuenta durante todo el proceso de diseño y gestión del sistema energético. Por estos motivos, durante los próximos años deberá continuar la evolución de este sistema y habrá que profundizar aún más en los criterios de eficiencia y sostenibilidad. No es fácil predecir con exactitud la naturaleza y la magnitud de estos movimientos. Aunque hemos destacado tres tendencias que pensamos que tendrán impacto en la evolución global del sistema energético (Figura 2): 2. REE. 3. Renewables 2011. Global Status Report. Telefonica_SmartEnergy.indd VIII 29/07/13 12:24 Introducción IX Figura 2. Tendencias en la evolución del modelo energético Fuente: Elaboración propia. • Energía verde. Como se ha comentado, el hecho de que muchas de las energías actuales se basen en recursos escasos, como los combustibles fósiles, hace que cada vez sean más necesarias las energías de carácter renovable. Esta necesidad será a su vez cada vez mayor hasta convertirse en obligación en el futuro, según vayan agotándose otro tipo de recursos. • Generación distribuida. Cada vez empieza a ser más común la generación en pequeñas cantidades para abastecer necesidades concretas de energía. Ejemplos de ello son los paneles solares en edificios o en dispositivos, pequeños aerogeneradores, sistemas para aprovechar la energía mecánica desperdiciada… Así se conseguiría un crecimiento más sostenible a la vez que se reducirían parte de las pérdidas en el sistema de distribución y transporte de energía eléctrica que se encuentran por encima del 7 %. Telefonica_SmartEnergy.indd IX 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente X • Prosumer. Como consecuencia de la generación distribuida y del hecho de que los consumidores puedan ser a su vez productores de energía, se plantea la posibilidad de que se den situaciones en las que un usuario tenga sobrantes de energía que puedan ser utilizados por otros usuarios. De esta forma el mercado de generación se abre a los usuarios, que podrán adoptar los dos roles; se creará así una red más eficiente aunque más complicada de gestionar. Aunque es cierto que son muchas las incógnitas sobre cómo serán las cosas en este ámbito en el futuro, todo parece indicar que el ciudadano adquirirá un protagonismo cada vez más importante en el modelo energético, y dejará atrás el papel pasivo que ha tenido tradicionalmente. Todos estos cambios implicarán grandes desafíos que necesitarán la implicación de toda la sociedad: Administraciones Públicas, empresas de generación y distribución, industria del automóvil, otras industrias… y también de los propios ciudadanos. Además, la investigación y la innovación serán fundamentales, ya que definirán la evolución del modelo y qué empresas se sitúan en la vanguardia en el futuro en este campo. 2. El modelo smart energy En este contexto de continua mejora de la eficiencia energética y de otros desafíos, como la reducción de la huella de carbono y la introducción de nuevas tecnologías, se plantea la necesidad de vislumbrar otros modelos que permitan avanzar en estos objetivos. Como se ha comentado, este sector es complejo, ya que interviene gran cantidad de actores, con lo que es necesario utilizar un enfoque holístico, tanto a la hora de analizar la posible evolución del sector, como las innovaciones que facilitarán esta evolución. Hemos agrupado tanto las líneas de evolución anteriormente explicadas como las innovaciones tecnológicas que existen y se prevén a medio plazo, en un nuevo concepto que hemos denominado «smart energy», o energías inteligentes. Este concepto trata de mostrar un nuevo enfoque en todo el proceso de gestión de la energía desde la producción hasta el consumo, e incluso de cambiar la orientación tradicional del modelo, poniendo al consumidor en el centro, y orientando el resto del sistema a ofrecerle el servicio de la manera lo más eficiente y ecológica posible. De una forma general podemos distinguir en nuestro modelo tres grandes actores (Figura 3): • Los consumidores. Se trata de consumidores en un sentido amplio, esto es, los hogares, vehículos, edificios de oficinas, instalaciones de la ciudad… No consideramos aquí específicamente a los grandes clientes industriales, aunque la mayoría de los conceptos que se desglosan en este informe también son válidos para ellos. Este consumidor tiene una actitud más activa y un mayor nivel tecnológico, lo que le lleva a una mayor implicación. • Las redes. Consideramos no solo las redes de distribución eléctrica, sino, y en lo que es la mayor novedad del modelo, también las redes de comunicaciones que facilitan el intercambio de información en tiempo real. • Los suministradores/generadores de energía. Se incluyen nuevas fuentes de generación de energía a pequeña escala, lo que permite una generación más distribuida; se incorporan asimismo nuevas tecnologías de comunicación que le aportan mayor flexibilidad y capacidad para adaptar la producción. Telefonica_SmartEnergy.indd X 29/07/13 12:24 Introducción XI 2.1 Del consumidor pasivo al consumidor activo La propia sociedad se encuentra en un proceso de digestión de las nuevas tecnologías, lo que provoca importantes cambios en todos los ámbitos. En el terreno del consumo de energía, también empiezan a vislumbrarse importantes movimientos. Por ejemplo, existe una previsión de despliegue importante de los vehículos eléctricos, modalidad de transporte que está llamada a convertirse en masiva en el futuro en sus diversas modalidades, coche, moto o incluso bicicleta, y que irá pasando por diferentes etapas intermedias como los motores híbridos, e híbridos enchufables, antes de llegar a la implantación generalizada de los modelos completamente eléctricos. Como un efecto secundario, aunque no por ello menos relevante, el coche eléctrico podrá actuar a su vez como acumulador de energía, lo que permitirá consumir energía de la batería durante las horas pico y aprovechar para recargarlas durante las horas valle. Este efecto, aunque ahora pueda parecer de poca envergadura, puede llegar a tener un gran impacto a medida que el coche eléctrico se convierta en una realidad. De hecho, si en España hubiera 10 millones de coches eléctricos (la mitad del parque de vehículos de nuestro país), cada uno de ellos con una capacidad de acumulación de 12 kWh, sería posible abastecer todas las necesidades eléctricas del país durante varias horas, lo cual nos da una idea del potencial que tiene la utilización del coche eléctrico como almacén de energía. Otro cambio fundamental en el ámbito de los usuarios es un mayor grado global de adopción de tecnologías, principalmente de las tecnologías de comunicación, tanto en el entorno personal como en el hogar. Así, en el área del hogar estamos viviendo la introducción de gran cantidad de dispositivos que se conectan a Internet y en el futuro lo harán muchos más, incluidos sensores que pueden medir todo tipo de variables, como el consumo de los diferentes electrodomésticos. Este nuevo concepto de hogar conectado y hasta cierto punto inteligente, que se denomina comúnmente «smart home», abre la puerta a gran cantidad de posibilidades en diversos ámbitos, como el ocio o la gestión de recursos, de los cuales el más importante es la energía. En un sentido más amplio podemos considerar que en el futuro también las oficinas, pequeños negocios e incluso la ciudad en sí serán entornos tecnológicos conectados a Internet. 2.2 De la red de distribución tradicional al smart grid y los smart meters Se puede considerar a esta base de consumidores inteligentes como los cimientos sobre los cuales se construye el modelo que hemos denominado smart energy. Dentro de las capacidades de este nuevo tipo de consumidor, y para que este nuevo modelo sea posible, es fundamental la medición de consumos de forma instantánea y en diversos grados de agregación, electrodomésticos, hogares, comunidades... De esta forma, se puede conocer dónde se está consumiendo la energía en cada momento, e incluso hacer previsiones de consumo con antelación a que se produzca. Este nuevo dispositivo que se conoce como «smart meter», o contador de energía inteligente, y que ya se comercializa con diferentes niveles de sofisticación, permite al usuario controlar su consumo, y a los suministradores, las necesidades de energía; se convierte así en el nexo de unión entre consumidores y productores, lo que posibilita nuevos modelos de relación entre ambas partes. Y es que dada la naturaleza propia de la energía eléctrica que no se puede almacenar, al menos en grandes cantidades, se hace necesario que la oferta y la demanda se ajusten constantemente, y en este punto es donde la información que suministran los smart meters es fundamental. Telefonica_SmartEnergy.indd XI 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente XII Figura 3. Modelo smart energy CONSUMO SMART OFFICE SMART BUILDING SMART HOME VEHÍCULO ELÉCTRICO SMART MEETERING RED Telefonica_SmartEnergy.indd XII 29/07/13 12:24 Introducción XIII MICROGENERACIÓN/ COGENERACIÓN PRODUCCIÓN GENERACIÓN SMART GRID Fuente: Elaboración propia. Telefonica_SmartEnergy.indd XIII 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente XIV No obstante, para que se pueda obtener valor de esta información, es necesario poder agrupar los datos y transmitirlos adecuadamente a los proveedores de energía mediante redes de comunicaciones. Estas redes de comunicaciones, que conectarán los lectores de electricidad con otros dispositivos o centros de gestión, y facilitarán un flujo bidireccional de la información, pasarán a desempeñar un papel importante en el modelo de producción-distribución de energía en el futuro. Contribuirán a mejorar la eficiencia de todo el sistema eléctrico, motivo por el que existen iniciativas de las Administraciones en los países desarrollados para potenciar su desarrollo en el medio plazo, e incluso directrices que obligan a su despliegue en determinados plazos de tiempo. Así, los elementos inteligentes por parte del consumidor y por parte del generador de energía, más las propias redes de comunicaciones en sí, darán lugar a una red que ya se conoce como «smart grid». Esto es, una red inteligente en la que una gran cantidad de dispositivos están conectados, e utilizan para ello tecnologías y plataformas máquina a máquina, y donde la información fluye permanentemente de manera bidireccional, lo que permite actuaciones automáticas. Estas actuaciones se producirán tanto en el lado del productor de energía para ajustar el mix de producción, como en el del consumidor, que podrá cambiar la planificación de algunos consumos para ahorrar costes. 2.3 De la generación planificada a la generación según demanda en tiempo real Este modelo también tendrá un impacto en el modo en el que se genera y distribuye la energía. Por una parte, las empresas productoras tendrán más información para hacer sus previsiones y poder optimizar el mix de producción en cada momento, aprovechando en mayor medida la energía renovable. Además, favorecerá la creación de muchos pequeños centros de microgeneración y cogeneración que permitan complementar la generación industrial de electricidad, y que se podrán unir a esta red de energía inteligente. La energía generada así en pequeñas cantidades podrá satisfacer parte de la demanda de los consumidores con la consiguiente reducción de compra de energía, e incluso en ocasiones en las que la producción sobrepasa el consumo, esta energía podrá venderse a los suministradores tradicionales para su distribución y consumo por otros usuarios. Asimismo, este modelo de generación de bajos volúmenes de energía pero próximos a los lugares de consumo viene a suponer una mejora de la eficiencia al reducirse significativamente las pérdidas en la distribución. Telefonica_SmartEnergy.indd XIV 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd XV 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd XVI 29/07/13 12:24 Capítulo 1 Smart Home 1.1 Dispositivos inteligentes para el ahorro energético 1.2 La gestión energética del hogar se sube a la nube 1.3 Smart building Telefonica_SmartEnergy.indd 1 4 6 8 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 2 29/07/13 12:24 Smart Home 3 Como se ha comentado en la introducción, el propio ciudadano y de una manera más amplia el hogar se colocan en el centro del modelo al cambiar su actitud pasiva tradicional respecto al sistema energético, por una posición activa en la que muestra interés por el consumo y sus implicaciones ecológicas. Este cambio es posible gracias a la existencia de medidores y sensores inteligentes en el hogar, y de aplicaciones que pueden ser configuradas para supervisar y utilizar la energía de un modo más eficiente. Esto facilita una gestión integrada e inteligente de los sistemas que tenemos en nuestro hogar: iluminación, sistemas de acondicionamiento de aire, equipos eléctricos, sistemas de alarmas de incendio, sistemas de seguridad y control de acceso, y sistemas de entretenimiento, entre muchos otros. De la integración de estos elementos con las nuevas capacidades que ofrecen las TIC y, en particular Internet, nace el concepto de una casa u oficina inteligente: «smart home». Figura 1.1 Diferentes ejemplos de soluciones smart home Un hogar inteligente es aquel que permite controlar los diferentes sistemas del hogar de forma integral y sencilla a través de Internet. Fuente: Elaboración propia. De esta forma, los diferentes sistemas del hogar son controlados de manera integral, automática, cómoda y accesible para el usuario, ya sea presionando un botón en un control remoto, a través de Telefonica_SmartEnergy.indd 3 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 4 una pantalla, en respuesta a nuestra voz, o por un comando vía Internet desde un ordenador o terminal móvil. Las aplicaciones son muy variadas y el límite lo definen los propios usuarios de la casa. Internet y las redes inalámbricas constituyen una plataforma ideal, sencilla, barata y ampliamente extendida para la comunicación de los diferentes dispositivos. Desde el punto de vista de la gestión energética, el primer aspecto que se debe abordar tiene que ver con el comportamiento individual, en la medida en que refleja la racionalidad de los consumidores de energía. En este punto es donde la eficiencia energética engarza directamente con las posibilidades que ofrece Internet. Así, la red abre la puerta a tener usuarios más responsables, más concienciados, más informados y que difundan buenas prácticas a través de las nuevas herramientas de comunicación social. Internet permite ofrecer servicios de monitorización de los consumos y de gestión de los dispositivos en el hogar centrados en el usuario: fáciles, baratos, simples y realmente útiles. Servicios cuyas ventajas pueden ser compartidas por muchos usuarios a través de herramientas como las redes sociales y tener un impacto significativo en los comportamientos sostenibles de los usuarios. Se trata de la aplicación de «Internet de las cosas» (Internet of things) a la gestión inteligente de la energía en el hogar. Hay que remarcar que esta solución no es exactamente la misma que las soluciones basadas en la domótica tradicional, las cuales son soluciones complejas, costosas, difíciles de implantar y mantener, y de utilidad complicada desde el punto de vista del consumidor. 1.1 Dispositivos inteligentes para el ahorro energético En el hogar inteligente muchos de los aparatos estarán conectados en red, lo que permitirá acceder y operar con ellos a través de un energy management system (EMS)4. Un EMS posibilita una gestión eficiente de los aparatos eléctricos en función de diversas variables (tiempo, temperatura, tarifas contratadas, etc.) y facilita, por ejemplo, la posibilidad de encender la calefacción cuando el usuario está a punto de llegar a casa, o hacer un seguimiento del consumo de energía de los aparatos específicos (como la energía que consume la bomba de la piscina). Asimismo, los electrodomésticos inteligentes serán capaces de responder a las señales de su proveedor de energía para evitar su uso durante las horas de máxima demanda. Por ejemplo, un aparato de aire acondicionado inteligente podría reducir su ciclo de funcionamiento ligeramente para reducir su carga sobre la red, de tal manera que el resultado fuera imperceptible para el consumidor. Otros casos en este sentido serían un frigorífico inteligente que podría aplazar su ciclo de congelación unas horas, o un lavavajillas inteligente que podría diferir su funcionamiento hasta la franja de menos demanda (off-peak hours). Los medidores inteligentes tienen capacidad para recopilar y analizar los datos importantes sobre el consumo de energía de la casa inteligente, y existe una gran cantidad de modelos en el mercado5 (Figura 1.2), los cuales permiten que el consumidor pueda saber exactamente cuánta energía consumen los aparatos conectados. 4. http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_management_system 5. http://www.fifthplay.com Telefonica_SmartEnergy.indd 4 29/07/13 12:24 Smart Home 5 Figura 1.2 Energy Smart Plug En este mismo sentido, el proyecto ESI Tecnalia6 desarrolla una plataforma que permite medir con precisión el consumo energético en los hogares; para ello ha desarrollado sensores que miden el uso de los aparatos eléctricos por parte de los habitantes de la casa y que aspira a optimizar el funcionamiento de los electrodomésticos para que las familias ahorren un 30 % en su factura anual. Los datos que reflejan el consumo de cada aparato se graban en los sensores colocados en lavadoras, hornos, dispositivos de aire acondicionado o calefacciones de cada domicilio, y una vez que se registra la información del consumo, los datos se dirigen vía Internet (wifi) al dispositivo móvil u ordenador del consumidor. Un esquema de este modelo se observa en la Figura 1.3. Figura 1.3 Monitorización de consumos Fuente: Elaboración propia. 6. http://www.esi.es/ Telefonica_SmartEnergy.indd 5 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 6 Los termostatos inteligentes —smart thermostat— son otros dispositivos inteligentes muy eficientes para el ahorro energético del hogar. Nest (Figura 1.4) presentó su termostato inteligente en 20117, un dispositivo (diseñado por el antiguo arquitecto-jefe de Apple) que aprende de los hábitos de calefacción y refrigeración del consumidor. A diferencia de los termostatos programables, en los que el usuario tiene que introducir varios períodos de tiempo y las temperaturas deseadas, éste aprende los hábitos del clima y se ajusta automáticamente. Además, mediante la aplicación Nest para iOS y Android es posible ajustar la temperatura desde otro lugar. Las aplicaciones móviles son la herramienta perfecta para facilitar a los usuarios la gestión de la eficiencia energética en el hogar. Figura 1.4 Ejemplo de termostato inteligente Nest 1.2 La gestión energética del hogar se sube a la nube La información del hogar puede ser recogida y enviada desde enchufes o dispositivos inteligentes a la nube, y gracias a ello se puede acceder a los datos mediante aplicaciones web y aplicaciones para terminales móviles, las cuales nos ayudarán a supervisar y a gestionar en tiempo real el uso que se hace de la energía. Este tipo de aplicaciones permiten a los usuarios acceder a la información de los elementos de su hogar desde cualquier dispositivo conectado a Internet y desde cualquier lugar y, además, controlar su comportamiento mediante aplicaciones, principalmente de dispositivos móviles. Un ejemplo es el controlador Insteon8, un sistema para conectar interruptores de iluminación y cargas sin necesidad de cables, el cual emplea la red eléctrica y radiofrecuencia (RF) para comunicarse con los dispositivos. Se trata de una tecnología de red domótica diseñada por SmartLabs, Inc.9 que ofrece un control rápido y sencillo de la red doméstica. Otros ejemplos de este tipo de aplicaciones son Mobilinc y Conductor (Figura 1.5). El primero hace uso de wifi o comunicaciones móviles, y monitoriza en tiempo real, desde dispositivos como el iPhone, el control de las luces, termostatos, dispositivos, programas y sistemas de riego, mientras el usuario está de vacaciones o fuera de casa. Conductor permite controlar el sistema de automatización del hogar a través de dispositivos universales. 7. http://www.nest.com 8. www.insteon.net/ 9. www.smartlabsinc.com/ Telefonica_SmartEnergy.indd 6 29/07/13 12:24 Smart Home 7 Figura 1.5 Aplicaciones de control de consumo energético Cada día es más común que las aplicaciones incorporen un componente social, y esto mismo sucede en el terreno de la gestión personal de la energía. Con esta intención se han desarrollado aplicaciones para que los usuarios puedan comparar el consumo de su hogar con el de otros hogares que poseen características semejantes, como es el caso de la aplicación Opower10, e incluso otros servicios como Green Pocket11 van más allá y permiten compartir con sus conocidos en Facebook los logros que van consiguiendo; además, incorpora el concepto de gamificación (aplicación de las dinámicas del juego para implicar al usuario de una página web) a este campo al ofrecer premios virtuales por un buen comportamiento energético, e incluso premios que pueden ser canjeados por beneficios reales, como entradas a conciertos. Más allá de este componente social, existen aplicaciones que realizan una labor de educar en el consumo eficiente de energía; es el caso de Sassor12, o Energy Savvy, que también efectúa una auditoría sobre la eficiencia energética de un hogar y ofrece información adaptada al usuario sobre cómo reducir los consumos (Figura 1.6). Figura 1.6 Aplicaciones de monitorización de energía con componente social 10. https://social.opower.com/welcome 11. http://www.greenpocket.de/en/products/residential-customers/social-metering/ 12. http://www.sassor.com Telefonica_SmartEnergy.indd 7 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 8 1.3 Smart building IBM define «smart buildings» como «edificios inteligentes bien administrados, con infraestructuras físicas y digitales integradas que proporcionan servicios óptimos de ocupación de una manera fiable, rentable y sostenible. Estos edificios ayudan a sus propietarios, operadores e instaladores a mejorar el rendimiento del edificio, reducir el consumo de energía, optimizar el uso del espacio y minimizar el impacto ambiental de sus edificios13». Un edificio inteligente puede llegar a ahorrar un 75% de la energía dedicada a iluminación. Con el aumento de la conciencia sobre el uso de energía y los avances en tecnologías, la eficiencia energética se está convirtiendo en parte de la gestión inmobiliaria, gestión de instalaciones, y la estrategia de operaciones. En el caso de la iluminación, el ahorro de energía puede ser de hasta el 75 %, lo que representa el 5 % del consumo total de energía de los sectores residenciales y comerciales. El ahorro potencial de energía utilizada en el calentamiento de agua, refrigeración o producción de agua caliente puede ser de hasta el 10 %, lo que representa hasta el 7 % del consumo total de energía de los sectores doméstico residencial y comercial14. En los edificios inteligentes se pueden instalar sistemas de automatización como sensores y equipos de control de la infraestructura, sistemas de iluminación o sistemas heating, ventilation and air conditioning (HVAC – calefacción, ventilación y aire acondicionado) (Figura 1.7). Figura 1.7 Ejemplo de sistema HVAC15 13. http://www.greenbang.com/from-inspired-to-awful-8-definitions-of-smart-buildings_18078.html 14. http://www.businessballs.com, «Intelligent buildings design and building management systems». 15. http://www.comfortengineers.com/infocenter.html Telefonica_SmartEnergy.indd 8 29/07/13 12:24 Smart Home 9 HVAC es la tecnología de automoción diseñada para el confort ambiental interior. El sistema HVAC es una disciplina derivada de la ingeniería mecánica, basada en los principios de la termodinámica, mecánica de fluidos y transferencia de calor16. Es importante en el diseño de edificios industriales grandes y medianos, y de oficinas como los rascacielos, y en ambientes marinos como los acuarios, donde las condiciones de edificación segura son reguladas respecto a la temperatura y humedad, haciendo uso del aire del exterior. El aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios es de vital importancia en los smart buildings. Los sistemas de control para alumbrado artificial —sistemas de gestión de la iluminación— que responden a la luz natural son sistemas que actúan automáticamente controlando el alumbrado artificial como una función de la luz natural disponible en el espacio17. Además, permiten que la instalación funcione solamente mientras haya alguien dentro. Si bien estas tecnologías se encuentran ya bastante desarrolladas, existen otras como los sistemas de gestión energética de edificios (building energy management systems, BEMS), o los sistemas inteligentes para el diseño de edificios, denominados building information modeling o BIM, que se encuentran en una fase de desarrollo e innovación. En Europa, la implantación de la norma ISO 5001 de Sistemas de Gestión Energética, está favoreciendo la instalación de sistemas BEM que facilitan el cumplimiento de estos estándares. Un ejemplo de este tipo de soluciones es la presentada en octubre de 2011 por la empresa Johnson Controls llamada Panoptix18 (Figura 1.8). Se trata de una plataforma abierta que facilita la recolección y gestión de datos de sistemas de información de diversos edificios, y de otras fuentes externas, tales como fuentes de datos meteorológicos. Además incluye una plataforma cloud de aplicaciones de eficiencia energética interoperable con cualquier sistema de gestión de edificios. El servicio se completa con una comunidad de usuarios y expertos que comparten consejos y mejores prácticas. 16. www.wikipedia.org/wiki/HVAC 17. http://www.serconint.com/sistemas_gestion_iluminacion.php 18. http://whatspossible.johnsoncontrols.com/community/panoptix Telefonica_SmartEnergy.indd 9 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 10 Figura 1.8 Cuadro de mando de Panoptix Telefonica_SmartEnergy.indd 10 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 11 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 12 29/07/13 12:24 Capítulo 2 Smart Grids y Smart Meters 2.1 Arquitectura de una smart grid 2.2 La interfaz entre la red y los usuarios: smart meters 2.3 Modelos en el despliegue de las smart grids Telefonica_SmartEnergy.indd 13 16 18 22 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 14 29/07/13 12:24 Smart Grids y Smart Meters 15 Smart grid es un término que hace referencia a las redes de suministro eléctrico inteligente. La Comisión Europea19 define smart grid como una «red eléctrica que puede integrar a un coste eficiente el comportamiento y las acciones de todos los usuarios conectados a ella —generadores, consumidores y aquellos que ejecutan ambas funciones— con el fin de asegurar un sistema eléctrico económicamente eficiente y sostenible con menores pérdidas y altos niveles de calidad y seguridad tanto del suministro como del personal»20. Las smart grids modifican la cadena de distribución del sistema energético tradicional consistente en un centro de producción de energía que abastece de manera unidireccional muchos puntos de consumo (Figura 2.1). Esta forma de distribución tiene un importante número de carencias y problemáticas que se ponen más que nunca de manifiesto ante la creciente necesidad de eficiencia y de ahorro energético. Figura 2.1 Esquema tradicional de distribución eléctrica21 La integración en la red eléctrica de nuevos elementos y la creciente necesidad de eficiencia y de ahorro energético requieren su evolución. Fuente: Elaboración propia. En primer lugar, es usual que los centros de producción se encuentren alejados del consumidor final, por lo que la energía debe salvar grandes distancias y es necesario disponer de una compleja y costosa infraestructura. En segundo lugar, en los últimos años se han creado nuevas necesidades derivadas de la integración de nuevos elementos en la red eléctrica (por ejemplo, vehículo eléctrico o las energías renovables) que requieren de la evolución de la red eléctrica tal y como la conocemos, optimizando los procesos de producción, distribución y almacenamiento de la energía. La aplicación de tecnologías de la información y las comunicaciones permitirá optimizar la producción y distribución de energía, gracias a la utilización de sensores en las líneas de transmisión y a una comunicación bidireccional entre suministrador y cliente, equilibrando la oferta y la demanda, y convirtiendo a la red eléctrica en una red inteligente o smart grid. Esta comunicación bidireccional tendrá dos sentidos: comunicación en el sentido contador-red y en el sentido red-contador. En el primero se incluyen capacidades como la reducción de errores, el acceso inmediato a datos individuales y agregados, una mayor versatilidad en los períodos de facturación y tarifado, detección 19. http://ec.europa.eu/energy/gas_electricity/smartgrids/smartgrids_en.htm 20. COM (2011) 202 FINAL: Smart Grids: from innovation to deployment. Definition, expected services, functionalities and benefits of smart grids. 21. J. Fernández, «El futuro de la distribución eléctrica: Las redes inteligentes», mayo 2011. Telefonica_SmartEnergy.indd 15 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 16 inmediata de cortes, pérdidas o fraudes y un aplanamiento de la curva de demanda. En la comunicación sentido red–contador se incluyen una provisión instantánea de los servicios, cancelaciones o cortes, modificaciones de potencia y resolución de incidencias22. Las smart grids permitirán gestionar la creciente complejidad de la red de un modo más eficaz y eficiente con los siguientes objetivos23: • Facilitar la conexión y operación de generadores de todos los tamaños y tecnologías. Las TIC permiten dotar de «inteligencia» a la red, optimizando la producción, la distribución y el consumo de energía. • Permitir a los consumidores ser parte de la optimización del sistema. • Proveer a los consumidores de una mayor información y opciones para seleccionar el suministro. • Reducir significativamente el impacto medioambiental de todo el sistema de suministro eléctrico. • Mantener o incluso mejorar los sistemas actuales de fiabilidad, calidad y seguridad del suministro eléctrico. • Mantener y mejorar los servicios existentes eficientemente. Estos objetivos están relacionados tanto con cuestiones que afectan directamente a los consumidores, como a proveedores y distribuidores de energía eléctrica. Sin embargo, debemos destacar que hasta ahora las innovaciones tecnológicas necesarias para alcanzar estos objetivos se han centrado en el segmento de red gestionado por las compañías eléctricas y no tanto en la parte de la red controlada por los usuarios finales, responsables últimos de racionalizar y optimizar el consumo. En un momento en el que la red eléctrica actual está llegando a sus límites de capacidad, es necesario un nuevo modelo de red que permita automatizar y gestionar la creciente complejidad y las necesidades de energía eficiente del siglo XXI. 2.1 Arquitectura de una smart grid Al igual que Internet, una smart grid está constituida por controladores, sensores, ordenadores, y sistemas de control y gestión (figura 2.2). Estos sistemas deben permitir a la red eléctrica responder rápidamente a los cambios en la demanda eléctrica. 22. http://www.ametic.es/download/documents/Informe-Situacion-y-Retos-Green-TIC-en-Espana.pdf 23. COM (2011) 202 FINAL: Smart Grids: from innovation to deployment. Definition, expected services, functionalities and benefits of smart grids. Telefonica_SmartEnergy.indd 16 29/07/13 12:24 Smart Grids y Smart Meters 17 Figura 2.2 Arquitectura de red inteligente Los avances tecnológicos que permiten racionalizar y optimizar el consumo energético por parte de los usuarios no han sido aún implementados. Fuente: Elaboración propia a partir de J. Fernández24. La idea principal de las smart grids es que sean capaces de controlar toda la red eléctrica, desde la red de alta tensión (actualmente muy monitorizada) hasta la de media y baja tensión, de la cual actualmente solo se monitoriza el 20 % aproximadamente. La arquitectura de una smart grid se compone de cinco capas25: 1. Inteligencia: Son los equipos de operación, protección, medidores, etc. 2. Conectividad: Las redes que proveen la conectividad de los equipos. La red de área local (LAN), red de área amplia (WAN), red de área de campo (FAN)/AMI, y red de área residencial (HAN), permiten el soporte de la infraestructura de tecnologías de la información. 3. Hardware: Toda la infraestructura para almacenar la información que proporcionan los equipos del primer nivel y las aplicaciones del siguiente nivel. 4. Aplicaciones: Control de respuesta de demanda, facturación, control de averías, monitorización de carga, mercados energéticos en tiempo real y nueva gama de servicios al cliente. 5. Usuario final: Este nivel final es el que permite ofrecer nuevos productos y servicios al cliente. El hecho de llevar a cabo una gestión adecuada de las primeras cuatro capas posibilitará una mayor eficiencia y ahorro al usuario final. 24. Fernández, «El futuro de la distribución eléctrica: Las redes inteligentes», mayo 2011. 25. http://es.scribd.com/doc/47091584/Informe-Smart-Grid Telefonica_SmartEnergy.indd 17 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 18 El Departamento de Energía de Estados Unidos26 destaca las siguientes tecnologías que integran las smart grid: • Comunicaciones integradas. • Tecnologías de sensores y medidas. • Componentes avanzados (superconductividad, almacenamiento, power electronics y diagnósticos). Las smart grids permiten monitorizar y gestionar toda la red eléctrica, desde la red de alta tensión hasta la de media y baja tensión. • Métodos de control avanzados. • Mejora en las interfaces y herramientas de toma de decisiones. 2.2 La interfaz entre la red y los usuarios: smart meters En todo este sistema los smart meters o medidores inteligentes ocupan un papel central, ya que son los elementos que proveen los datos de todo lo que está sucediendo en la red, y que después se pueden utilizar con muy diversos fines. Por ejemplo, el consumidor ya no tendrá que esperar a ver la factura para saber su consumo; con una red más inteligente los clientes podrán tener una idea clara de su consumo en tiempo real. Para ello los smart meters harán posible ver la cantidad de electricidad consumida, cuándo se utiliza y su coste. El uso de los smart meters, combinado con precios en tiempo real, puede permitir por ejemplo ahorrar dinero al consumidor al usar menos energía cuando la electricidad es más cara. Los contadores de energía inteligentes también son elementos clave para detectar y evitar las pérdidas en la red y para facilitar la gestión de las curvas de producción y consumo de energía. Hay que tener en cuenta que el 8 % de la electricidad generada a nivel mundial en 2007 se perdió antes de llegar a los puntos de consumo27. En España, las pérdidas ascendieron al 5 %, pero en naciones como India llegaron a un 25 %. No podemos olvidar tampoco los beneficios que reporta a las empresas suministradoras y comercializadoras el uso de los smart meters como medio para evitar el fraude por manipulación de los contadores tradicionales, ya que posibilitarán la detección remota y automática de los robos de energía. Adicionalmente, el uso de estos medidores inteligentes permite mejorar los procesos operativos de las empresas suministradoras y comercializadoras relacionados con la gestión y monitorización remota de los elementos de medidas. La utilización de tecnologías M2M facilita la gestión de estos dispositivos, puesto que reduce la necesidad de intervenciones manuales in situ y permite así mejorar los procesos operativos de recogida de información. La Directiva 2006/32/EC obliga a los Estados miembros de la Unión Europea a poner a disposición de los consumidores finales de energía un mayor nivel de información, la cual puede obtenerse a través de los smart meters, o advanced metering infraestructure (AMI, infraestructura de medición 26. http://urbanadigital.com/2011/01/17/smart-grids-en-eeuu-estrategia-del-departamento-de-energia-doe/ 27. Greener and Smarter. ICTs, the Environment and Climate Change. OCDE, septiembre 2010. Telefonica_SmartEnergy.indd 18 29/07/13 12:24 Smart Grids y Smart Meters 19 avanzada)28. Según datos de la industria, en 2009 había 60 millones de smart meters instalados en todo el mundo, fundamentalmente en Italia, Suecia, Canadá y Estados Unidos. Algunas previsiones establecen que el mercado de smart meters crecerá hasta unas ventas anuales de 100 millones de unidades en el año 201529. Y es que los smart meters hacen que aumente la participación de los consumidores y se les dé mayor poder sobre la gestión de su consumo eléctrico, por lo que se convierten en el elemento clave para permitir el desarrollo de las smart grids. En el año 2008, en España se publicó el Real Decreto 809/2006 que fija 2018 como el año en que los contadores inteligentes deberán haber sustituido a todos los contadores tradicionales De manera que en 2010 deberían haber quedado reemplazados el 30 % del total de equipos de medida; antes de final de 2012 el 50 % de contadores, y entre 2013 y 2015 un 20 % adicional. Aunque según el último dato disponible de la Comisión Nacional de la Energía correspondiente a 31 de diciembre de 2010, del total del parque de contadores afectados por el plan, que asciende a casi 28 millones, solo se habían sustituido un 1,4 % de los mismos, cifra muy alejada del 30 % fijado en la Orden ITC/3860/200730. No obstante, la instalación de smart meters es actualmente una realidad en otros lugares. Un ejemplo de este tipo de servicios es el ofrecido por la mayor empresa eléctrica de Texas, Oncor (Figura 2.3), que inició la implantación de los smart meters en 2008 y ya había desplegado 2 millones de contadores eléctricos en agosto de 201231. Estos contadores recogen la información sobre el consumo eléctrico en intervalos de 15 minutos, lo que posibilita a los usuarios valorar su consumo en tiempo real y medir la huella de carbono de su hogar. Además, los datos recogidos con el medidor se muestran en el portal Smart Meter Texas, plataforma web para la visualización de los datos de consumo y patrones de uso en tiempo real. El dispositivo permite su conexión y desconexión remota. Figura 2.3 Smart meter de Oncor Fuente: Oncor. Otro proyecto internacional en funcionamiento es Smart Energy Florida, el proyecto más grande y uno de los más completos de Estados Unidos, llevado a cabo por Florida Power and Light Com- 28. http://www.ferc.gov/eventcalendar/Files/20070423091846-EPRI%20-%20Advanced%20Metering.pdf 29. http://www.pikeresearch.com/research/smart-meter-market-forecasts 30. Informe sobre el estado de cumplimiento del plan de sustitución de contadores finalizado el primer período de los establecidos en la Orden ITC/3860/2007 (24 de noviembre de 2011). 31. http://www.greentechmedia.com/articles/read/top-ten-utility-deployments-in-north-america+ Telefonica_SmartEnergy.indd 19 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 20 pany32 (FPL), que con 4,6 millones de clientes, cerca de 70.000 km de líneas de alta tensión y 16 plantas de energía, es una de las mayores compañías eléctricas del país. El proyecto está desplegando la infraestructura de medición avanzada (AMI), la automatización de la distribución, los nuevos programas de precios de la electricidad, y un equipo de monitorización avanzada para el sistema de transmisión. La AMI soporta la comunicación bidireccional entre FPL y sus consumidores gracias a los smart meters, que proporcionan información detallada sobre el uso de la electricidad y capacidad de implementar nuevos programas de precios de la energía (Figura 2.4). Figura 2.4 Ejemplo de funcionalidad ofrecido por FPL Fuente: FPL. A nivel europeo, el Departamento de Energía y Cambio Climático del Gobierno de Reino Unido ha diseñado un ambicioso programa de implementación de smart meters (SMIP; Smart Metering Implementation Program33) que pretende reemplazar 53 millones de contadores de electricidad y gas en los próximos seis años. El elemento más importante de este ambicioso proyecto es la implicación de todos los agentes involucrados en diferentes grupos de trabajo que abarcan tareas tan importantes como la regulación y la estandarización de los dispositivos, o la promoción de los beneficios de los smart meters entre los consumidores. De este modo se están sentando las bases para la transición exitosa desde la forma tradicional de medición hacia los smart meters. En España la empresa Eon comenzó en 2004 la primera experiencia de despliegue de la compañía de smart metering, concretamente en Torrelavega (Cantabria), donde se instalaron 950 contadores inteligentes. Se espera que Eon España haya instalado un total de 708.000 contadores antes del final de 201434. Los contadores de Eon permiten conocer el consumo en tiempo real y la potencia efectiva que consumen los electrodomésticos en cada momento. Los servicios de telegestión asociados a los contadores permiten a los usuarios realizar modificaciones de contrato de manera rápida y eficaz y responder a las demandas de información en tiempo real. 32. http://www.fpl.com/ 33. http://www.decc.gov.uk/en/content/cms/tackling/smart_meters/smart_meters.aspx 34. http://www.cne.es/cne/doc/publicaciones/smart_metering/1115_2_E_ON.pdf Telefonica_SmartEnergy.indd 20 29/07/13 12:24 Smart Grids y Smart Meters 21 Figura 2.5 Contador inteligente de Eon Fuente: Eon. Asimismo, uno de los principales operadores eléctricos en España, Endesa, aplicará el protocolo de comunicación Meters and More. Se trata de un protocolo abierto de comunicación para soluciones de medida automáticas. Endesa está desplegando ya contadores inteligentes en Málaga en el proyecto Málaga Smart City desde mediados de 2010. Para el período 2012-2018 espera tener desplegados un total de 13 millones de equipos de medida adaptados a los nuevos requerimientos35. Con la intención de potenciar el desarrollo de Meters and More, Enel Distribuzione SpA y Endesa Distribución, SA, han creado una asociación sin ánimo de lucro con sede en Bruselas, que tiene el objetivo de promocionar este protocolo. En la actualidad más de 30 empresas se han unido a dicho consorcio que cuenta ya con más de 32 millones de clientes gestionados, a los que pronto habrá que añadir los 13 millones de contadores que Endesa va a instalar en España. La arquitectura global de Meters and More se compone de los siguientes elementos: • Un sistema central que gestiona toda la red de contadores. • Concentradores de datos que recogen los datos que proporcionan los smart meters. • Smart meters, los dispositivos de medida. • Dispositivos de operación y mantenimiento para la gestión local de concentradores y smart meters. En la actualidad se está desarrollando un dispositivo que se instalará en casa del cliente y que le permitirá estar informado en todo momento del consumo que ha realizado. En este mismo sentido, la alianza PRIME Alliance también se ha focalizado en el desarrollo de una solución abierta en el campo de los smart meters que sirva para el posterior desarrollo de smart grids. 35. http://www.cne.es/cne/doc/publicaciones/smart_metering/1115_1_ENDESA.pdf Telefonica_SmartEnergy.indd 21 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 22 2.3 Modelos en el despliegue de las smart grids La smart grid no se reduce a la mejora de las comunicaciones y la mejora del control del consumo a través de los smart meters, como ya se ha adelantado, sino que busca mejorar la eficiencia de la generación y la distribución de la energía. Además, la red inteligente es una forma de abordar el envejecimiento de la infraestructura energética. Hoy en día una perturbación eléctrica, como un apagón, puede tener un efecto dominó, y generar una serie de fallos en cadena que pueden afectar a la banca, las comunicaciones, el tráfico y la seguridad. Una red más inteligente agregará flexibilidad a nuestro sistema de energía eléctrica y estará mejor preparada para hacer frente a situaciones de emergencia (tormentas severas, terremotos, etc.). Cuando se produzca un corte de energía, serán capaces de detectar y aislar el fallo, y controlarlo antes de que se convierta en un gran apagón. Las nuevas tecnologías también ayudarán a asegurar que la recuperación de la electricidad se reanude de forma rápida y eficiente después de una emergencia, y que, por ejemplo, devuelva la electricidad a los servicios de emergencia en primer lugar. Una muestra de smart grid con este objetivo es el que está desarrollando Arizona Public Service Co (APS) en los últimos años, que ha implementado tecnologías de autoaislamiento y autorrecuperación en dos de sus líneas principales de distribución en Flagstaff36. Estas tecnologías permiten que se identifique y aísle una avería reduciendo hasta en un 90 % el número de clientes afectados por la misma. De este modo, ante una avería en la red, el 90 % de los usuarios tendría restaurado el servicio eléctrico en cuestión de segundos, y lo que antes hubiera afectado durante el tiempo de la reparación a unas dos mil personas, ahora afecta únicamente a doscientas, mientras el tiempo de reparación se reduce significativamente. Además, APS ha puesto en marcha un proyecto piloto gracias al cual integra más de 200 Mw de sistemas fotovoltaicos en su red de distribución, que es una de las que dispone de mayor capacidad fotovoltaica en América del Norte. El proyecto cuenta con dos partes, por un lado se está probando un sistema de almacenamiento de energía para su utilización durante los picos de demanda, y posteriormente este sistema se integrará con la planta de energía solar para mejorar la integración de esta energía con la red. 36. http://www.greentechmedia.com/articles/read/top-ten-utility-deployments-in-north-america+ Telefonica_SmartEnergy.indd 22 29/07/13 12:24 Smart Grids y Smart Meters 23 Figura 2.6 Sistema de almacenamiento de energía para gestión de la demanda de APS Fuente: APS. En otros casos las smart grids se han orientado a la integración con las energías renovables, como el proyecto de smart grid de Consolidated Edison Company of New York, Inc. (ConEdison)37. Este proyecto está dotado con un presupuesto superior a 272 millones de dólares y ha supuesto la instalación de más de 1.500 smart meters, la modernización de la red mediante sistemas de gestión y medida, la integración de generadores basados en energías renovables, o la incorporación de estaciones de recarga de vehículos eléctricos; su finalización está prevista en 2013. Figura 2.7 Visión de la smart grid de conEdison Fuente: Elaboración propia a partir de conEdison. 37. http://www.smartgrid.gov/sites/default/files/09-0084-con-edison-project-description-05-25-11-final.pdf Telefonica_SmartEnergy.indd 23 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 24 Otra compañía que tiene proyectos en este sentido es Hydro One38, la compañía eléctrica de Ontario, la cual desde hace tiempo utiliza smart meters como herramienta para gestionar la aportación de energía generada por los usuarios a la red de distribución. Net Metering es una solución puesta en marcha por esta compañía que permite al suscriptor generar energía mediante paneles solares. Estos paneles solares siempre están produciendo energía mientras haga sol, y cuando las baterías ya están cargadas, en vez de apagar el panel, el medidor inteligente comienza a aportarla a la red. Es decir, el panel solar ahora comienza a aportar energía a la red en vez de a las baterías. Así, Hydro One tiene suscriptores que aportan energía a la red sin invertir un céntimo en generarla. La empresa paga a estos suscriptores cuando aportan energía, y esto es posible gracias a los medidores inteligentes. Además de integrar en la red eléctrica la energía generada desde instalaciones de energía renovables, las smart grids también se pueden integrar con otros sistemas y utilities, como el gas o el agua. Un ejemplo de esta integración es el proyecto piloto liderado por Pecan Street Inc39, una entidad sin ánimo de lucro, que contempla el despliegue de una smart grid en el barrio de Mueller, en la ciudad de Austin (Texas), y que cuenta con 10,4 millones de dólares de financiación del Departamento de Energía estadounidense. La red da servicio a 1000 hogares y 75 empresas y distribuye energía limpia, testea sistemas de almacenamiento de energía, e incluye entre otros sistemas de agua y regadío conectados a la smart grid. Figura 2.8 Proyecto piloto de smart grid en Mueller (Texas) Fuente: Elaboración propia a partir de Peacan Street Inc. 38. http://www.hydroone.com 39. http://www.pecanstreet.org/ Telefonica_SmartEnergy.indd 24 29/07/13 12:24 Smart Grids y Smart Meters 25 No obstante, el fin último de las smart grids es conseguir un sistema completamente integrado de todos los elementos. Con esta orientación, el equipo de Innovación y Desarrollo de Schneider Electric ha estado trabajando en una solución que actúe directamente sobre la demanda y proporcione una respuesta integrada a las necesidades de eficiencia del proceso energético. Esta solución, llamada EcoStruxure40, posibilita unos ahorros energéticos que van del 20 % en el caso de la industria hasta el 40 % en el caso de las viviendas privadas, gracias a un sistema de gestión de la energía en tiempo real que permite adaptar la oferta a la demanda. Schneider Electric ha mostrado estos conceptos en la primera red de distribución inteligente de energía de España al prestar servicio a la villa solar en Solar Decathlon 201241. En el contexto de este certamen la empresa puso en práctica el sistema de gestión eficiente e inteligente de energía, una red inteligente capaz de volcar el excedente de energía a la red de distribución eléctrica de la capital. Con ello ha permitido que otros usuarios de la ciudad pudieran beneficiarse de la energía producida por las casas que han participado en la competición. Además, esta red conectaba las dieciocho casas participantes, el Smart City Center, las oficinas de Solar Decathlon, los estands de los patrocinadores y los servicios comunes, en los que se incluyen la iluminación de viales, las cafeterías y los puntos de recarga de vehículos eléctricos. Todo ello con un sistema de pantallas para conocer en todo momento los flujos energéticos de la villa. Estos modelos implican el uso de las redes de telecomunicaciones al utilizar nodos de comunicación a modo de centrales locales. Estos nodos intercambian información entre ellos generalmente a través de servicios de telecomunicaciones 3G/4G, forman redes WAN, y con otros dispositivos más cercanos mediante otras tecnologías como radiofrecuencia, wifi, o PLC (controladores lógicos programables), formando redes LAN. Esta arquitectura permite agregar y analizar datos localmente, lo que reduce el tráfico entre los nodos y la red de distribución, y actuar en tiempo real ante cualquier incidencia sin sobrecargar de información a la parte WAN de la red. Un ejemplo de este modelo es el propuesto por Duke Energy que se muestra en la Figura 2.9. 40. http://www.schneider-electric.co.cr/documents/local/2012-noticias/120713_schneider_electric_presenta_ecostruxure.pdf 41. http://www.redestelecom.es/gestion/noticias/1062915001403/schneider-electric-construye-madrid.1.html Telefonica_SmartEnergy.indd 25 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 26 Figura 2.9 Red de comunicación digital de Duke Energy El éxito de las smart grids depende, en gran medida, de que los consumidores se involucren y se conviertan en actores activos. Fuente: Elaboración propia a partir de Duke Energy. Nos encontramos por tanto ante un nuevo escenario del que estamos empezando a ver las primeras muestras, aunque todavía será necesario un esfuerzo conjunto de todos los agentes que intervienen para conseguir llevar el concepto a buen puerto: involucrar al usuario, cambios regulatorios (flexibilizar las tarifas, desregulación, promoción de nuevos actores ágiles, promoción de las energías renovables, despliegue de los sistemas, seguridad de los datos…) e implicación de los grandes operadores de energía. Otros aspectos que deben resolverse para favorecer el desarrollo de las smart grids son la estandarización de los contadores, la creación de las autopistas eléctricas europeas (backbones) que permitan la utilización de energía en otros países, o la colaboración entre distintos operadores como los operadores de sistemas de transporte (TSO) y operadores de sistemas de distribución (DSO)42. 42. http://es.atos.net/es-es/sectores/utilities/transporte-y-distribucion-de-electricidad/default.htm Telefonica_SmartEnergy.indd 26 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 27 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 28 29/07/13 12:24 Capítulo 3 Microgeneración y cogeneración 3.1 3.2 3.3 3.4 Energía solar Energía mecánica Energía eólica Cogeneración Telefonica_SmartEnergy.indd 29 31 35 36 37 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 30 29/07/13 12:24 Microgeneración y cogeneración 31 La microgeneración ofrece la posibilidad de crear energía eléctrica a pequeña escala, a partir de pequeñas instalaciones no industriales. Utiliza generalmente fuentes renovables y brinda la oportunidad de tener independencia con respecto a los proveedores energéticos tradicionales, al permitir generar, almacenar, administrar y consumir una energía eléctrica de forma más eficiente, generalmente en el mismo lugar en el que se consume. La microgeneración incluye un gran rango de alternativas, muchas de ellas son hermanas menores de las fuentes de generación industriales, como las turbinas de viento, los sistemas solares fotovoltaicos o las bombas de calor, entre otros. 3.1 Energía solar La energía solar es una de las fuentes de energía que ha tenido mayor auge durante los últimos años. Es un tipo de energía que se puede graduar fácilmente , por lo que los rangos de producción varían mucho, desde la producción industrial y grandes huertos solares, hasta la alimentación de pequeños dispositivos. En este apartado nos centraremos en los ejemplos de producción no industrial de carácter doméstico e incluso personal. En el ámbito de la producción de pequeños volúmenes de energía, destaca la inclusión de pequeños paneles solares en las prendas o en otros elementos de carácter personal que los usuarios portan consigo, como una mochila; por ejemplo, la mochila RLX Solar Panel Backpack (Figura 3.1) posee paneles solares que captan la energía y que a su vez cargan una pequeña batería que se encuentra en su interior proporcionando un voltaje de aproximadamente entre 5 y 7 V. Incluso empresas de la moda como Ralph Lauren la ha incorporado entre sus productos43. Figura 3.1 Prendas con paneles solares 43. http://www.ralphlauren.com Telefonica_SmartEnergy.indd 31 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 32 De esta forma se consiguen pequeñas cantidades de energía que permiten la carga de dispositivos reducidos. Con este mismo propósito ya hay en el mercado gran cantidad de accesorios que incluyen pequeñas placas solares en el propio dispositivo o en su funda. Por ejemplo, la nueva cubierta para el libro electrónico de Amazon Kindle44 (Figura 3.2) posee un panel solar que carga su batería de reserva. Los períodos de recarga de las baterías dependerán de la intensidad de luz solar disponible, y así una hora de carga con luz solar directa puede proporcionar casi tres días de lectura. Pequeños paneles solares en prendas y accesorios permiten la recarga de dispositivos reducidos mediante energía solar. Un ejemplo más evolucionado de este mismo concepto es la membrana fotovoltaica desarrollada por Wysips45, que se basa en una película flexible transparente lenticular que se coloca en la pantalla del móvil y sobre la cual se depositan unas tiras fotovoltaicas extremadamente delgadas, del tamaño de una micra; se crea de esta forma una película fotovoltaica flexible que a su vez es totalmente transparente. Esta película capta la energía solar o incluso la energía de otra fuente de luz cercana, lo que haría que las baterías y por tanto los dispositivos fueran más finos. Figura 3.2 Dispositivos móviles de carga solar Con una orientación más enfocada al hogar, la colocación de paneles solares en los edificios ya se lleva a cabo desde hace tiempo y permite la producción de energía de una magnitud considerable hasta ser capaz cubrir todo el consumo energético del hogar. En la actualidad es muy común la utilización de estos paneles, aunque están evolucionando las tecnologías y sus planteamientos. Un ejemplo son las tejas solares46 de la empresa Soltech Energy que pueden llegar a reducir hasta el 80 % del consumo energético de una vivienda, manteniendo el mismo abastecimiento, confort y calidad que poseía antes con energías convencionales. Están fabricadas con vidrio ordinario, pesan lo mismo que las tejas de barro, y son capaces de producir de 300 a 500 kWh/m2 por año. Las tejas calientan el aire que se acumula debajo de las baldosas de vidrio; este aire se aspira y se concentra para transferir el calor a un fluido para su posterior uso. Otro elemento del hogar sobre el que se están realizando investigaciones para obtener electricidad son los cristales de la casa, como la propuesta de la empresa Peer +47. Estos cristales están recu- 44. 45. 46. 47. Telefonica_SmartEnergy.indd 32 http://solarmio.com/en/SolarKindleLightedCover.aspx http://www.wysips.com http://soltechenergy.com http://www.peerplus.nl/default/index/smart-energy-glass 29/07/13 12:24 Microgeneración y cogeneración 33 biertos por capas de tintes captadores de luz, que absorben los fotones de la luz entrante a lo largo de toda su superficie y los conducen hacia las células solares que están a lo largo de los bordes del vidrio, donde hay una placa fotovoltaica que transforma la energía solar en electricidad. Los ingenieros del MIT (Massachusetts Institute of Technology) están en proceso de desarrollar un proyecto piloto que intenta generar energía a través de los cristales convencionales, a partir un recubrimiento a modo de pintura o barniz que recoge los fotones. Figura 3.3 Infraestructuras solares Se abren paso nuevas tecnologías y planteamientos para conseguir que los hogares absorban la energía solar. La utilización de paneles a pequeña escala trasciende el uso en el hogar y ya es utilizado para alimentar energéticamente muchos elementos e instalaciones de las ciudades. En general se procura incluir los paneles de una manera poco intrusiva con el entorno, e incluso existen infraestructuras que imitan la forma de elementos naturales como el Stamberry Tree48 (Figura 3.4), que posee forma de árbol y genera energía eléctrica a través de paneles solares fotovoltaicos colocados en sus «ramas». Esta estructura dispone además de diferentes puertos en su «tronco» para que se puedan conectar y cargar dispositivos electrónicos. La energía sobrante se almacena en baterías que tiene instaladas en su estructura de modo que el sistema puede seguir funcionando incluso de noche o en condiciones climatológicas no favorables, y alcanzar una eficiencia energética del 80 %. Siguiendo este mismo concepto pero a una escala menor se ha creado el Solar Bonsai Electree49, que además permite que sus ramas roten libremente. Figura 3.4 Estructuras solares que imitan elementos naturales 48. http://senergy.rs/strawberry-drvo/?lang=en 49. http://es.ulule.com/electree/ Telefonica_SmartEnergy.indd 33 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 34 A una escala superior, pero todavía en un punto intermedio entre generación industrial y la microgeneración, se encuentran infraestructuras de escala mayor (campus universitarios, centros empresariales, autopistas…) que basan su suministro energético, total o parcialmente, en la instalación de grandes superficies de paneles. Éste es el caso de la nueva estación de tren Blackfriars50 (Figura 3.5) situada sobre el puente del mismo nombre en el río Támesis, en Londres, donde se han montado más de 4.400 paneles fotovoltaicos. Se estima que los paneles solares pueden producir 900.000 kWh de electricidad cada año, aportando el 50 % de la energía a la estación con la consiguiente reducción de las emisiones de CO2. La energía solar permite reducir la dependencia energética de complejos e infraestructuras. En otras ocasiones los tejados de los aparcamientos de coches son utilizados para la generación de energía eléctrica de carácter solar. Un ejemplo es el llevado a cabo por la marca de automóviles Renault51, que ha implantado paneles solares en aparcamientos de sus instalaciones en Francia, más concretamente en seis de sus plantas de producción. La marca intenta así reducir sus emisiones de CO2 en un 20 % antes de 2016. Otra muestra de grandes complejos que han apostado por la energía solar como fuente de suministro energético es el Okanagan College52, una infraestructura planteada desde sus orígenes para usar energías renovables, lo que ha llevado a instalar paneles solares por toda la superficie del terrado para reducir el consumo de energía eléctrica. Entre las construcciones más susceptibles de utilizar el modelo de suministro eléctrico a través de la energía solar se encuentran las autopistas, ya que son infraestructuras muy dispersas con una gran cantidad de elementos que necesitan energía. Un ejemplo de utilización en este ámbito es la autopista Catania-Siracusa, que obtiene energía para sus luces, ventiladores, señales y teléfonos de emergencia gracias a la instalación de 80.000 paneles. Incluso hay proyectos en fase de prueba como Solar Roadways53, en las que los propios paneles solares están insertados en la misma carretera y cubiertos por cristal altamente resistente para que no haya peligro de rotura. La seguridad se vería incrementada al poder iluminar la señalización de las carreteras y, además, cabe la posibilidad de generar calor en invierno para evitar las placas de hielo. Figura 3.5 Estructuras solares a una escala mayor 50. 51. 52. 53. Telefonica_SmartEnergy.indd 34 http://www.solarcentury.co.uk/ http://media.renault.com/global/en-gb/renaultgroup/Media/Pres http://www.alivingclassroom.com/ http://www.solarroadways.com/main.html 29/07/13 12:24 Microgeneración y cogeneración 35 3.2 Energía mecánica La transformación de la energía mecánica en eléctrica también está siendo objeto de una actividad de innovación muy intensa y se está avanzando en conseguir transformar pequeñas cantidades de esta energía. Así, ya se puede ir caminando y estar generando energía mediante las baldosas desarrolladas por Pavegen54 (Figura 3.6). Estas baldosas son ecológicas, y respetan el medio ambiente ya que están fabricadas con materiales reciclados. Su funcionamiento es sencillo: cada vez que la persona camina sobre ellas, se recoge la energía cinética de las pisadas convirtiéndola en electricidad debido a la flexibilidad de las baldosas, y guardándola en baterías. En España, en el edificio de Telefónica de Gran Vía en Madrid se mostró al público esta tecnología. También las máquinas de los gimnasios pueden generar la energía suficiente para cubrir las necesidades de estas instalaciones; es el caso del California Fitness55 de Hong Kong. Las máquinas tienen incorporado un generador y el ejercicio de las personas se transforma en corriente eléctrica que se almacena posteriormente en baterías. Una persona normal puede producir de entre 50 y 100 W de electricidad por hora y conseguir así un ahorro económico en el consumo de energía. Se están desarrollando tecnologías para recuperar parte de la energía mecánica perdida en actividades cotidianas transformándola en electricidad. Otro ejemplo que se plantea es la posibilidad de reutilizar parte de la energía cinética de los trenes. El modelo de funcionamiento que se propone se basa en la implantación de baterías en la estación, las cuales van almacenando la energía eléctrica generada, por ejemplo, durante la frenada. Así, se puede reaprovechar una parte de la energía generada por la frenada de los propios trenes que de otra forma se pierde. Incluso se podría llegar a suministrar esta energía a la propia red eléctrica. Entre las empresas que están estudiando este modelo de recuperación de energía se encuentra la empresa SEPTA (Autoridad de Transporte del Sudeste de Pensilvania), que está llevando a cabo un proyecto piloto. En España, más concretamente en Sevilla y Málaga, la empresa ADIF56 (Administrador de Infraestructuras Ferroviarias) en colaboración con las empresas MP Sistemas, Greenpower y Wind Inertia, están poniendo en práctica el proyecto piloto Ferrolineras, cuya finalidad es también aprovechar la energía que se produce en la frenada de los trenes, para transformarla en electricidad y almacenarla. Figura 3.6 Elementos que generan energía a traves del movimiento 54. http://www.pavegen.com 55. http://www.californiafitness.com/hk/en/ 56. http://www.adif.es Telefonica_SmartEnergy.indd 35 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 36 3.3 Energía eólica La obtención de electricidad a baja escala a partir de la energía eólica es en la actualidad una realidad. Se basa en la instalación de generadores reducidos para satisfacer pequeñas necesidades de consumo; por ejemplo, se pueden instalar en viviendas pequeñas turbinas que sean capaces de generar desde 500 W hasta 20 kW de potencia, que puede ser usada para recargar baterías, bombas de agua, calentamiento de líquidos, etc. Nuevos formatos de aerogeneradores, más ligeros, permiten captar la energía eólica a pequeña escala. La instalación de estas pequeñas plantas eólicas57 permite reducir la dependencia de las fuentes tradicionales; es el caso del puente de Isabel la Católica en Valladolid (Figura 3.7), que tiene capacidad de generar de 2,5 a 3 kW por cada generador instalado, en total 22.600 kWh anuales, con la consiguiente reducción de 12,66 t de emisiones de gases de CO2. Existen asimismo otros sistemas de generación de energía fácil de instalar para el pequeño consumo doméstico, que pueden ser útiles incluso en condiciones de poco viento y que se comercializan de forma masiva. Un ejemplo es la línea de lámparas Sodiven58 de Ikea, que incluyen la posibilidad de ser autosuficientes energéticamente gracias a que utilizan la energía solar y eólica para recargar una batería que llevan insertada. Además, los generadores eólicos se pueden instalar de forma conjunta con otras energías renovables, como paneles fotovoltaicos, para poder proporcionar electricidad a zonas que son difícilmente accesibles mediante un tendido eléctrico, y proporcionar así una autosuficiencia a pequeñas unidades de consumo como hogares o elementos de infraestructuras. Figura 3.7 Elementos generadores de energía a través del viento 57. http://www.energiasrenovables.es/hogar_casa/ecoeficiencia/microgeneracion_eolica.html 58. http://www.ikea.com/ms/en_US/img/ad_content/SOLVINDEN_OUTDOOR_FOR%20WEB_POSTING.pdf Telefonica_SmartEnergy.indd 36 29/07/13 12:24 Microgeneración y cogeneración 37 3.4 Cogeneración Podemos definir la cogeneración como el proceso que nos permite producir simultáneamente calor y energía eléctrica a partir de un único combustible. La eficiencia de la cogeneración reside en el aprovechamiento del calor residual que se desprende en un proceso de generación de electricidad, para producir energía térmica útil. El gas natural es la energía primaria más utilizada para el funcionamiento de las centrales de cogeneración, las cuales funcionan con turbinas o motores de gas. No obstante, también se pueden utilizar fuentes de energía renovables y residuos como biomasa. En un proceso de cogeneración, el calor se presenta en forma de vapor de agua a alta presión o en forma de agua caliente. Se puede utilizar el vapor caliente que sale de una turbina de producción de energía eléctrica para otros usos. Además, es un proceso mucho más ecológico, ya que en la combustión de gas natural se libera menos dióxido de carbono (CO2) y óxido de nitrógeno (NOx) que en la del petróleo o el carbón. Los sistemas de cogeneración presentan un alto rendimiento, del orden del 85 %, lo que implica un alto aprovechamiento de la electricidad y del calor favoreciendo el ahorro energético. La ventaja de este sistema es su mayor eficiencia energética, ya que aprovecha tanto el calor como la energía mecánica o eléctrica de un único proceso. El hecho de que con la cogeneración se produzca electricidad y energía térmica de forma separada supone importantes ventajas. • Alta eficiencia, lo que significa menor consumo de combustible y menores emisiones de CO2 o de otro tipo. • Menores pérdidas en la red eléctrica, con un aumento de la garantía de la potencia y calidad del servicio eléctrico, sin que existan pérdidas durante su transporte. • Ahorro energético. Se puede reducir más de un 30 % el consumo de energía primaria asociada al suministro energético. • Rentabilidad. Un equipo de cogeneración posee un tiempo de amortización razonable, entre tres y siete años. La cogeneración no es un concepto que se reduzca a las centrales de gas natural, sino que hay otras alternativas, como sucede en el proyecto llevado a cabo por la empresa Cogenra Solar59 en California. Este proyecto utiliza la energía solar como fuente de energía primaria, por lo que se puede producir tanto electricidad como calor al incorporar tanto un módulo fotovoltaico como un módulo termal. Gracias a dicha tecnología parte de la energía solar se transforma en electricidad y el resto que se encuentra en forma calor residual (aproximadamente el 75 % de la energía total suministrada por el sol) se transforma en calor real que se puede utilizar para calentar o enfriar. 59. http://www.cogenra.com/why-solar-cogen Telefonica_SmartEnergy.indd 37 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 38 La cogeneración se puede llevar a cabo a nivel de pequeñas instalaciones, por ejemplo la empresa eléctrica Endesa dispone de su propio sistema de cogeneración para viviendas privadas y empresas que utiliza el siguiente esquema de funcionamiento: 1. Cuando existe demanda térmica, el equipo de cogeneración se pone en marcha, generando electricidad y desprendiendo calor residual. 2. La electricidad generada se vende a la red eléctrica. La cogeneración permite mejorar la eficiencia en la generación de energía, produciendo a la vez energía eléctrica y térmica. Telefonica_SmartEnergy.indd 38 3. El calor residual se aprovecha convirtiéndose en calor útil, que se utiliza para cubrir parte de la demanda térmica de agua caliente, calefacción, etc. 4. Un depósito de almacenamiento permite el funcionamiento continuo del sistema. 5. En caso de necesitarse cubrir picos de demanda se puede utilizar una caldera convencional de apoyo. Figura 3.8 Sistemas de cogeneración 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 39 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 40 29/07/13 12:24 Capítulo 4 Vehículos eléctricos 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 El coche eléctrico Las infraestructuras de recarga del coche eléctrico Sistemas de gestión de puntos de recargas El vehículo como acumulador de energía Otros vehículos eléctricos Telefonica_SmartEnergy.indd 41 44 48 51 53 55 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 42 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 43 La mayoría de los vehículos utilizan en la actualidad todavía combustibles fósiles provenientes del petróleo como fuente de energía para impulsar su movimiento. El cambio hacia la utilización de la electricidad como fuente de energía supone un gran desafío tecnológico que además significará un esfuerzo importante en la adaptación de infraestructuras. Las motivaciones más relevantes para este cambio son reducir la altísima dependencia que hay actualmente de los combustibles fósiles, principalmente en las economías más desarrolladas, y la reducción de las emisiones de CO2, con su consiguiente impacto en el medio ambiente, que es uno de los temas que despierta mayor preocupación en la población actualmente. Y es que hoy en día, el transporte, en su amplia variedad de modalidades, es responsable de más de un tercio de las emisiones de CO2. La utilización de la electricidad va mucho más allá de la reducción de la huella de carbono y tendrá implicaciones de muy diverso tipo. Por una parte, todo el sistema de distribución de energía deberá ser diferente, ya que en el caso de petróleo y derivados se trata de un producto líquido que tiene la clasificación de peligroso y que requiere unas ciertas características especiales en cuanto a su transporte y su posterior almacenamiento. Es necesario por tanto toda una red logística con medios de transporte, centros de almacenamiento y de repostaje que tengan en cuenta los diferentes tipos de combustible. Por el contrario, el suministro de energía eléctrica necesario para los vehículos eléctricos no requiere realizar un transporte físico pero sí contar con una red de distribución con una capilaridad suficiente para llegar a todos los puntos de recarga. La capilaridad del sistema eléctrico no suele ser un problema en los países más avanzados, aunque sí puede llegar a serlo la cantidad de dinero que hay que invertir para readaptar la infraestructura. Sin embargo, en los países en vías de desarrollo la capilaridad es menor y se centra en las zonas más pobladas, lo que viene a suponer un problema añadido. Otra gran diferencia reside en que por su naturaleza el almacenamiento de la energía eléctrica, al menos en grandes cantidades, lo que obliga a que los sistemas de producción se deben regular para adaptarse al consumo de una forma dinámica. Esto supone un problema importante a la hora de planificar los recursos, sobre todo cuando el mix de energía incluye una parte significativa de energías renovables que tienen un carácter más impredecible. Por tanto, el cambio hacia el modelo de vehículos y medios de transporte eléctrico supone una transformación radical mucho más allá de la creación de motores más o menos avanzados que permitan ofrecer unas capacidades satisfactorias. Se trata de un cambio de gran impacto y que requiere un esfuerzo conjunto de empresas, Administraciones Públicas y también de los ciudadanos. Más de un tercio de las emisiones de CO2 se deben al sector del transporte. La evolución hacia el modelo eléctrico en el transporte supone un esfuerzo conjunto de empresas, Administraciones Públicas y ciudadanos. No es la primera vez que se produce esta evolución. El tren ha evolucionado en el siglo XX desde los combustibles fósiles a la energía eléctrica. Se trata de un reto enorme que necesita una visión global para poder llegar a buen fin, aunque como referencia se ha de considerar que no es la primera vez que hay una transición de un medio de transporte basado en combustibles fósiles hacia la energía eléctrica, ya que durante el siglo XX el tren ha evolucionado de estar impulsado en sus inicios por carbón, posteriormente por petróleo (principalmente diésel), para después pasar a estar alimentados por energía eléctrica en su mayor parte suministrada mediante catenarias. Telefonica_SmartEnergy.indd 43 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 44 4.1 El coche eléctrico Aunque en el año 1899 aparece el primer coche híbrido, el bajo coste del combustible y las mejores prestaciones de los vehículos de combustión hacen que caigan en el olvido. Actualmente el cambio en estas tendencias provoca un nuevo desarrollo de este modelo. En los últimos años se está produciendo una gran actividad alrededor del desarrollo del concepto de coche eléctrico. Se trata en general de esfuerzos conjuntos público-privados en los que se intentan sentar las bases de lo que se supone que será el coche del siglo XXI basado en la energía eléctrica. Para que este tipo de vehículos pueda llegar a alcanzar una alta penetración en el mercado es condición necesaria un desarrollo tecnológico que permita la aparición de vehículos con capacidades y autonomía suficiente; éste es, pues, uno de los campos de investigación más importante en la industria, en el que participan muchas empresas e incluso países y que supone la movilización de una gran cantidad de recursos. Una primera aproximación al concepto del coche eléctrico, que ya lleva bastantes años circulando por las carreteras, es el coche híbrido, o sea coches que tienen motor de diésel o gasolina y también un motor eléctrico. Dependiendo de las condiciones de la conducción utiliza el motor que sea más eficiente y de esta forma se consiguen descensos en los consumos medios de combustible. Aunque pueda parecer un concepto novedoso, este modelo se consideró desde los primeros vehículos, y ya en el año 1899 Ferdinand Porsche creó el primer coche híbrido eléctricogasolina60. Durante la primera década del siglo XX se produjeron varios modelos basados en este concepto, sin embargo, más tarde, durante el resto del siglo XX cayó en desuso debido a las mejores capacidades de los vehículos de gasolina y el bajo coste del petróleo. En el siglo XXI, las nuevas tecnologías y un encarecimiento del precio de los carburantes vuelven a repescar este modelo de coches híbridos y en la actualidad existen diversos vehículos de esta categoría que se venden masivamente, como por ejemplo el Toyota Prius61 o el Volkswagen Tuareg62 entre muchos otros (Figura 4.1). En el caso del Toyota Prius híbrido ya alcanza el 20 % de las ventas de los coches de la marca Toyota en Estados Unidos. Figura 4.1 Coches híbridos Aunque el coche híbrido representa un avance al introducir un motor eléctrico en los vehículos, realmente no supone un cambio revolucionario en la propia naturaleza del mismo ya que es gene- 60. http://www.hybrid-vehicle.org/hybrid-vehicle-porsche.html 61. http://www.toyota.es/cars/new_cars/Prius/index.tmex 62. http://es.wikipedia.org/wiki/Volkswagen_Touareg Telefonica_SmartEnergy.indd 44 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 45 ralmente el propio motor de combustión el que carga la batería que almacena la energía eléctrica, lo que significa un ahorro en el consumo, pero no un cambio conceptual en el modelo. Sin embargo, el coche completamente eléctrico sí que supone un cambio disruptivo. A partir del año 2010 se empezó a plantear esta evolución de forma seria, y el año 2012 fue muy importante en este ámbito al empezar a producirse el salto de los prototipos y pruebas piloto a los lanzamientos comerciales. Así, la mayoría de las empresas fabricantes de vehículos importantes en el mundo ya han lanzado comercialmente alguna versión de coche eléctrico y han desarrollado campañas para su promoción. Como se ve en la Figura 4.2, se trata generalmente de coches de pequeñas dimensiones para una o dos personas como el Renault Twizy63 o el Smart Fortwo Electric64, aunque también hay modelos más grandes como el Nissan Leaf65. Suelen poseer una autonomía de unos 150 km y una velocidad máxima que ronda los 130 km/h, por lo que están más orientados a su utilización en la ciudad. Figura 4.2 Coches eléctricos En la actualidad el prototipo de coche eléctrico es un coche con una o dos plazas, con velocidad máxima de 130 km/h y autonomía de unos 150 km. Aunque el prototipo de coche eléctrico que se quiere comercializar masivamente corresponde a este patrón, se están realizando pruebas con otros segmentos como el de los coches deportivos. Se trata de un concepto diferente orientado al segmento alto que trata de compatibilizar altas prestaciones con un enfoque ecológico. Dado que el desarrollo del motor eléctrico todavía no permite entregar esas capacidades, en la mayoría de los casos son coches híbridos como el Fisker Karma66 o del BMW i867. No obstante, estos dos modelos tienen la capacidad de enchufarse directamente a la red, al contrario de lo que pasaba con los modelos híbridos que se mencionaban anteriormente, por lo que se enfrentan a los mismos problemas de carga de energía que los coches eléctricos puros. En este sentido, es más avanzado el prototipo de coche eléctrico DeLorean68, ya 63. 64. 65. 66. 67. 68. http://www.renault.com/en/Vehicules/renault/Pages/twizy.aspx http://es.smart.com/ http://www.nissan.es/ES/es/vehicles/electric-vehicles/electric-leaf/leaf.html#vehicles/electric-vehicles/electric-leaf/leaf http://www.fiskerautomotive.com/en-us http://www.bmw-i.es/es_es/ http://delorean.com/2011/10/electric-delorean/ Telefonica_SmartEnergy.indd 45 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 46 que utiliza solamente la energía eléctrica como fuente de energía, o el BMW i369, que también será el primer coche de BMW totalmente eléctrico y que se espera que se encuentre comercialmente disponible en el año 2013. Figura Figura 4.3 Coches eléctricos o híbridos de carácter deportivo El coche híbrido enchufable permite la utilización de energía de la red eléctrica pero sin las limitaciones de autonomía de los coches eléctricos puros. A pesar de las posibles ventajas que puede presentar el coche eléctrico, todavía el ciudadano se muestra reacio a realizar la transición a esta nueva tecnología. Por eso, inicialmente las empresas están fomentando la utilización de este modelo en flotas muy específicas, para las cuales las características y limitaciones de este tipo de vehículos son aceptables, como una forma de ir entrando en el mercado e ir concienciando a la población (Figura 4.3). Entre estos casos específicos encontramos las flotas de taxis con varios ejemplos de ciudades que están potenciando su adopción con este fin. Por ejemplo el consistorio de São Paulo ha firmado un acuerdo con Nissan para la incorporación de diez unidades de su vehículo Nissan Leaf; en este caso se utilizarían los tiempos de espera en las paradas para realizar la recarga. Asimismo, las empresas de coches de alquiler de vehículos empiezan a dar los primeros pasos en esta dirección, como Enterprise-Rent-A-Car70, que ha anunciado que incorporará a su flota de coches de alquiler diversas unidades también del vehículo Nissan Leaf. Otro mercado para este tipo de modelos es el de alquiler de coches durante una fracción de tiempo breve, desde unos minutos a unas horas. De esta forma se ofrece una solución a aquellas personas que tienen una necesidad puntual de utilizar el coche, por ejemplo para visitar una ciudad. Existen experiencias de este tipo de servicios en numerosas ciudades europeas como Autolib71 en París; 69. http://www.bmw-i.es/es_es/bmw-i3/ 70. http://www.enterprise.com/car_rental/home.do 71. http://www.autolib.fr/autolib/ Telefonica_SmartEnergy.indd 46 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 47 por su parte, Car2Go72 en Berlín ha puesto a funcionar mil Smart eléctricos con un precio de 29 céntimos el minuto cuando el coche está circulando y 9 céntimos cuando está parado, o 12,5 euros la hora. Otro ejemplo en este sentido es la iniciativa llevada a cabo por el Ayuntamiento de Pamplona de lanzar su propio programa Car Sharing Navarra, para lo que ha habilitado dos puntos de recarga para este tipo de vehículos. Se espera que por cada coche de servicio compartido dejen de circular entre seis y diez vehículos privados. Hay varios ejemplos de iniciativas para la utilización de coches eléctricos en el entorno hospitalario. Es el caso del Hospital de Cruces73, de Baracaldo, que ha sustituido su flota de vehículos por otra completamente eléctrica basada en el Peugeot iOn74 y en la Mercedes Vito E-Cell75. Estos vehículos permiten realizar las labores de atención a pacientes dentro del servicio asistencial sanitario y de reparto de medicinas a domicilio, ya que su limitada autonomía es suficiente para el día a día del hospital. Figura 4.4 Flotas de vehículos que utilizan sistema totalmente eléctrico 72. 73. 74. 75. Los coches eléctricos empiezan a encontrar un sitio en flotas de vehículos muy específicas cuyo uso se adapta a sus características como el coche compartido, taxis, flotas de hospitales… http://www.car2go.com/ http://www.hospitalcruces.com/ http://www.peugeot.es/descubrir/ion/ http://www.mercedes-benz.es/content/spain/mpc/mpc_spain_website/es/home_mpc/van/home/vans_world/blueefficiency/technologies/ecell.0002.html Telefonica_SmartEnergy.indd 47 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 48 4.2 Las infraestructuras de recarga del coche eléctrico El cambio de baterías se muestra como un modelo que evita al usuarios los grandes tiempos de espera en la recarga. Todas estas experiencias muestran que esta tendencia empieza a calar tanto entre las empresas como en las instituciones públicas, sin embargo todavía la mayor parte de la población se muestra completamente ajena a esta transformación que se está produciendo en el sector del automóvil. Uno de los principales motivos de esta situación se debe a las dificultades que entraña el recargar este tipo vehículos. Por una parte, los tiempos de carga de batería aunque han bajado mucho, son aún elevados y en general se habla de horas para conseguir una recarga completa. Por otra parte, es necesaria una red de puntos de recarga que en estos momentos no existe, o de existir está parcialmente desarrollada y tiene todavía una capilaridad muy pequeña. Ante esta situación se están produciendo actualmente diversas iniciativas auspiciadas por administraciones Públicas, empresas eléctricas y fabricantes de automóviles para impulsar el desarrollo de estas infraestructuras. Desde el principio se vislumbraron dos posibilidades. Una de ellas es que el usuario pudiera cambiar las baterías del vehículo rápidamente en centros de distribución de baterías repartidos por las carreteras, algo así como el modelo de gasolineras pero adaptado a la distribución de baterías. Un ejemplo de este modelo es el de la empresa Better Place76 (Figura 4.5), que ofrece el servicio de cambiar la batería del coche eléctrico en pocos minutos, derribando de esa forma uno de los principales hándicaps de las recargas, sus elevados tiempos. Según este modelo, el usuario paga una cantidad por un servicio que permite un cambio ilimitado de baterías durante un número determinado de años. Como rasgo innovador, incluye un wall box para poder realizar cargas en la vivienda, y también dentro de la facturación del servicio se incluye toda la energía eléctrica que consuma el hogar, lo que lleva a considerar al vehículo como un dispositivo más del hogar. Figura 4.5 Modelo de recambio de baterías en coches eléctricos 76. http://www.betterplace.com/ Telefonica_SmartEnergy.indd 48 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 49 No obstante, el modelo por el que están apostando la mayoría de las Administraciones y empresas considera la creación de una red suficientemente densa de puntos de recarga. Son muchas las iniciativas que apuntan en esta dirección, y con mayor o menor éxito las ciudades empiezan a tener sus propios puntos de recarga. Como se observa en la Figura 4.6, existen iniciativas de muy diverso carácter para la creación de este tipo de redes de distribución. Los tiempos de carga se han reducido notablemente, y en la actualidad hay sistemas de carga rápida que pueden suponer tiempos de carga de entre media hora y una hora, frente a los modelos de recarga estándar que suponen tiempos de varias horas. En algunos casos son las compañías fabricantes de automóviles las que están impulsando la creación de puntos de carga, como por ejemplo la iniciativa de Renault77 de crear mil puntos de recarga, principalmente en Francia, y que se situarán en lugares como centros comerciales y espacios públicos especialmente visibles. También las empresas eléctricas están liderando proyectos para la creación de estas infraestructuras, como Endesa, que lidera el proyecto Zem2All78, en un consorcio en el que participan Mitsubishi y Telefónica, y que creará decenas de puntos de recarga en Málaga. En otros casos las iniciativas consisten en crear corredores o rutas a lo largo de las cuales se pueda circular con el coche eléctrico. Éste es el caso del proyecto de crear una red de estos puntos de carga a lo largo de la costa oeste de Estados Unidos, desde el sur del estado de California hasta la frontera canadiense, en total 900 km en los que se pretende instalar en una primera fase puntos de recarga cada 40 km. Otras empresas también han visto en la recarga del coche eléctrico una posibilidad para atraer clientes, como la cadena de restaurantes de comida rápida Skylark, que habilitará puntos de recarga para coches y motos impulsadas por electricidad en novecientos de sus establecimientos, donde sus clientes podrán recargar las baterías mientras disfrutan de una comida en sus instalaciones. Por su parte, Telefónica colabora con Endesa en un proyecto para adaptar cabinas telefónicas para la recarga de coches eléctricos. Muchas empresas y ciudades están optando por la creación de una red de puntos de recarga de gran capilaridad. La existencia de varios formatos en el estándar de carga de vehículos en la actualidad amenaza con ralentizar el proceso de despliegue de coche eléctrico. En este punto debe tenerse en cuenta que en la actualidad existen dos estándares fundamentales en el mundo en cuanto a tipos de recargas, por una parte los fabricantes japoneses, con Nissan y Mitsubishi a la cabeza, que apuestan por el CHAdeMO, mientras que los europeos y norteamericanos se han unido para un formato común, el Combo. El sistema CHAdeMO es el más extendido, con una capacidad de soportar potencias de hasta 62,5 kW y que se ofrece como un formato relativamente económico, mientras que el nuevo sistema Combo, desarrollado principalmente por alemanes y americanos, puede soportar potencias de 100 kW. Esta incompatibilidad viene a suponer en la actualidad un problema, ya que muchas inversiones se encuentran paralizadas hasta que se clarifique cuál es el formato que se impondrá. A este respecto China todavía no se ha decidido por un formato concreto, y no se sabe aún si se unirá a alguno de los existentes o si, al contrario, optará por otro formato diferente. 77. http://www.forococheselectricos.com/2012/06/renault-instalara-1000-puntos-de.html 78. http://www.zem2all.com/ Telefonica_SmartEnergy.indd 49 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 50 Figura 4.6 Iniciativas de creación de puntos de carga para el coche eléctrico También merece la pena destacar que se están haciendo desarrollos y prototipos para facilitar aún más al usuario el proceso de carga de los vehículos, utilizando para ello un modelo de carga inalámbrico, lo cual supondría una importante mejora. La empresa española Tecnalia ha mostrado ya un prototipo de este nuevo sistema basado en la inducción a través de un campo electromagnético (Figura 4.7). Figura 4.7 Punto de recarga inalámbrico de Tecnalia Como se observa, son muchos los proyectos para desplegar una infraestructura de recarga adecuada, y además con una amplia gama de enfoques. No obstante, para que se asienten como un modelo exitoso, es necesario un buen nivel de concienciación por parte de la población, y que se tengan en cuenta cuáles son las necesidades de los usuarios. Para tratar de gestionar ambos aspectos, Nissan ha creado la iniciativa The Big Turn On79 (Figura 4.8), que trata de movilizar a la 79. http://the-big-turn-on.co.uk Telefonica_SmartEnergy.indd 50 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 51 sociedad en favor del coche eléctrico, y que se orienta a los medios sociales y también al concepto de gamificación. Para ello Nissan colabora con cuarenta blogueros, ofrece puntos de recarga de coche eléctrico gratuitos en aquellas ciudades donde haya más gente que participe en la iniciativa, y también sortea vehículos Nissan Leaf. Figura 4.8 The Big Turn On 4.3 Sistemas de gestión de puntos de recargas La tarea de recarga de vehículos se convierte en clave dada la escasez de puntos que hay en la actualidad, los tiempos de carga de los vehículos y su poca autonomía. Esto lleva a que aumentar el número de puntos de recarga de vehículos sea fundamental como un primer paso para que el coche eléctrico acabe de ser aceptado como una opción. Otro aspecto muy importante en este sentido es la existencia de sistemas de gestión específicos que permitan al usuario conocer a qué distancia se encuentra el punto de recarga más próximo, si está libre y poder realizar una reserva. De otra forma el usuario puede encontrarse en la situación de que no hay ninguna estación de recarga cerca o es necesario esperar mucho tiempo para poder realizarla. Existen ya varios prototipos de aplicaciones que tienen estas funcionalidades, en la Figura 4.9 se muestran como ejemplos la solución que propone BMW y un piloto de Telefónica. La concienciación de la población se muestra clave en las iniciativas para conseguir la implantación del coche eléctrico. Dadas las características del coche eléctrico, los sistemas para gestionar el acceso a puntos de recarga desempeñan un papel fundamental para su aceptación. Figura 4.9 Sistemas de gestión de plaza para cargar coche eléctrico Telefonica_SmartEnergy.indd 51 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 52 Este segundo caso supone un ejemplo más integral de sistema de gestión de la carga de un vehículo eléctrico, ya que, como se observa en la Figura 4.10, permite la reserva de la plaza de alquiler en un parking, entrar en el parking, guiar al usuario hasta el lugar donde se encuentra el punto de carga, pagar, e incluso utilizar el cable de carga del vehículo como cable de datos para realizar descargas. Figura 4.10 Piloto de sistema de gestión de recarga de vehículo eléctrico de Telefónica Con un enfoque más orientado al control del consumo del usuario en las recargas eléctricas y del coste de las recargas, la aplicación Green Charge80 ofrece al usuario un sistema para gestionar toda esta información. De esta forma, el usuario puede llevar el histórico de las cargas que ha realizado con un vehículo, el coste que ha tenido, el impacto económico y en dinero, además de compartir socialmente toda esta información (Figura 4.11). 80. http://www.greenchargeapp.com/ Telefonica_SmartEnergy.indd 52 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 53 Figura 4.11 Funcionalidades de la aplicación Green Charge 4.4 El vehículo como acumulador de energía Una de las limitaciones más importantes de la energía eléctrica reside en su dificultad para almacenarse. Esto lleva a que durante el día, que es cuando se produce el mayor consumo, se necesite producir gran cantidad de energía eléctrica, y en cambio por la noche las necesidades sean muy inferiores, con lo que la generación baja considerablemente, e incluso los generadores de energía eléctrica renovables como los aerogeneradores llegan a pararse por falta de demanda. Esta situación conduce a que en muchos casos se discrimine el precio de la electricidad según la franja horaria para tratar de equilibrar los consumos a lo largo del día. Para aprovechar esas diferencias en precios, en ocasiones se utilizan acumuladores eléctricos que se recargan por la noche cuando el precio es más barato y que abastecen las necesidades de electricidad del hogar durante el día. El coche eléctrico puede en este punto desempeñar un papel importante, ya que puede funcionar como acumulador de energía eléctrica, con lo que pasaría de ser un mero receptor de energía a tener una relación bidireccional con la red, recibiendo energía y también emitiendo energía, sobre todo en horas punta. Sobre esta idea ya han empezado a aparecer soluciones tanto V2H (vehicle to home) como V2G (vehicle to grid). La más conocida es la presentada por Nissan, denominada Leaf to Home (Figura 4.12) que convierte al Nissan Leaf en un acumulador eléctrico de 24 kWh, capacidad suficiente para suministrar energía eléctrica a un hogar medio durante dos días. De esta manera, se puede utilizar la tarifa nocturna para cargar la batería, y después consumir dicha ener- Telefonica_SmartEnergy.indd 53 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 54 gía durante el día, que también puede ser utilizada como medio de respaldo. El precio una vez descontadas las subvenciones viene a ser de 3.000 euros, y en 2012 alcanzó las 11.115 unidades vendidas en Japón. La utilización de paneles solares como medio de obtención de energía y su combinación con la batería del vehículo pueden convertir al hogar en un espacio autosuficiente desde el punto de vista energético. Figura 4.12 Modelo de integración vehículo-hogar El coche eléctrico puede funcionar como acumulador de energía eléctrica, con lo que pasaría de ser un mero receptor de energía a tener una relación bidireccional con la red. Fuente: Elaboración propia. Toyota ha mostrado soluciones utilizando este concepto, en este caso con el Toyota Prius enchufable81, que además permite utilizar el motor de combustión como generador de energía eléctrica (Figura 4.13). Este concepto de utilización del vehículo eléctrico puede tener utilidad también en el caso de desastres que corten el suministro eléctrico. Así, durante la catástrofe de Fukushima, vehículos de la marca Mitsubishi y Nissan participaron activamente suministrando energía eléctrica en una zona en la que todo el suministro se encontraba cortado. 81. http://www.toyota.es/innovation/prius_plugin_index.tmex Telefonica_SmartEnergy.indd 54 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 55 Figura 4.13 Vehículo como acumulador de energía En España por cada coche eléctrico que se matricula, se matriculan 2,6 motocicletas eléctricas. 4.5 Otros vehículos eléctricos Aunque el coche es sin duda el tipo de vehículo que produce una mayor cantidad de emisiones, existen muchos otros tipos de vehículos y medios de transporte que también tienen un impacto importante. Por este motivo, la evolución del modelo de motor de combustión hacia el modelo eléctrico se está haciendo de una forma paralela para diversos medios de transporte, aunque si bien es cierto que a diferente celeridad y con distinto nivel de publicidad. Los vehículos de dos ruedas, tanto bicicletas como motos, son un mercado muy claro para la implantación del modelo eléctrico, ya que son vehículos que generalmente son utilizados en entornos urbanos y se usan para viajes generalmente más cortos que los que se realizan con el automóvil. En la actualidad, el modelo eléctrico solamente supone el 1,2 % de la cuota de mercado del total de motos, aunque dado que las ratios de crecimiento son elevadas, un 65 % en el último año, se espera que en 2020 supongan un 5 % del total de motos vendidas. De hecho, ya en España por cada coche eléctrico que se matricula, se matriculan 2,6 motos eléctricas. En este caso, existe una gran variedad de opciones, como la española LEMev Stream, aunque las marcas chinas dominan el mercado, y la moto eléctrica más vendida en España es la china Yadea, con setenta unidades en el primer trimestre de 2012. Se espera que en el período 2012-2018 se vendan 355 millones de motos y bicicletas eléctricas en el mercado chino. En el caso de la bicicleta eléctrica se espera que ocupe una cuota importante del mercado, tanto es así que empresas de automóviles como Smart tienen previsto que la bicicleta eléctrica (Figura 4.14) llegue a los concesionarios antes que el coche eléctrico. Sin duda alguna, el mercado asiático es el más receptivo a esta modalidad de bicicleta, y ya en el año 2012 se vendieron 45 millones de unidades en esta zona, principalmente en China, país en el que se espera que en el período 20122018 se vendan 355 millones de motos y bicicletas eléctricas. Telefonica_SmartEnergy.indd 55 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 56 Figura 4.14 Ejemplos de vehículos de dos ruedas propulsados eléctricamente Otro campo en el que la transformación desde el vehículo de combustión al vehículo eléctrico empieza a dar sus primeros frutos es el de los autobuses. Tal y como se muestra en la Figura 4.15, se están realizando pruebas para sustituir los tradicionales autobuses urbanos responsables de gran parte de la contaminación en las ciudades. Por ejemplo, los ayuntamientos de Madrid y Barcelona han probado autobuses BYD. No obstante, existen proyectos más innovadores en este sentido, como la línea Abu Dubái, para la que se ha presentado un superbús capaz de circular a 250 km/h y hacer el trayecto de 120 km que separa estas ciudades en 30 minutos. Figura 4.15 Autobuses eléctricos Otros medios de transporte como los camiones, aviones particulares o barcos están tratando de incluir la energía eléctrica, aunque en estos casos, dadas las características y requerimientos de este tipo de transporte, solo de un modo complementario a la energía de combustión. Por ahora son generalmente prototipos que tratan de mostrar nuevas formas de disminuir la dependencia del petróleo y que abren nuevas líneas de investigación. En el caso de los aviones, el primer punto de recarga eléctrico para avionetas ha sido instalado en Sonoma County en California, aunque por ahora únicamente es utilizado por modelos de recreo. Se espera que el Volta Volaré GT482, 82. http://www.voltavolare.com/ Telefonica_SmartEnergy.indd 56 29/07/13 12:24 Vehículos eléctricos 57 con capacidad para cuatro pasajeros y autonomía de 1.800 km, utilice en 2013 un motor híbrido gasolina-eléctrico. En el terreno de los camiones, es muy llamativa la solución propuesta por Siemens, eHighways83, que propone la utilización de camiones híbridos que tengan la posibilidad de alimentarse de energía eléctrica en tramos de carretera dotados de catenarias. También, en el caso de los barcos hay propuestas de utilizar la energía solar para cargar baterías, y poseer de esta forma un complemento que permita reducir el consumo de combustible. Figura 4.16 Utilización de la energía eléctrica en otros medios de transporte En el caso de otros medios de transporte como aviones, barcos y camiones hay prototipos para la creación de sistemas híbridos que reduzcan su dependencia del combustible. 83. http://www.mobility.siemens.com/mobility/global/en/interurban-mobility/road-solutions/electric-powered-hgv-traffic-eHighway/Pages/electricpowered-hgv-traffic-eHighway.aspx Telefonica_SmartEnergy.indd 57 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 58 29/07/13 12:24 Capítulo 5 Impacto socioeconómico Telefonica_SmartEnergy.indd 59 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 60 29/07/13 12:24 Impacto socioeconómico 61 La eficiencia energética es un elemento esencial para el desarrollo económico y social de nuestro país y de Europa. La reducción del consumo energético produce ahorros económicos directos, e importantes efectos medioambientales, derivados de la reducción de importaciones de crudo y de las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, el desarrollo de los productos y servicios de energía inteligente o smart energy, y el impulso del sector de la eficiencia energética, tendrán significativos efectos socioeconómicos indirectos a través de la creación de nuevas actividades económicas, empleo, y la generación de riqueza. El IDAE, en su Plan Nacional de Acción de Ahorro y Eficiencia Energética 2011-2020, ha realizado una estimación de estos dos tipos de beneficios económicos para España. Por un lado, estima que los beneficios económicos derivados de la aplicación de las medidas de ahorro establecidas en el plan supondrán un ahorro de más de 78.000 millones de euros hasta 202084. Estos ahorros incluyen los derivados del descenso de consumo de energía primaria (según la evolución de los precios del petróleo), y los impactos medioambientales positivos derivados de la reducción de emisiones de CO2 (calculados a partir de los precios fijados internacionalmente). Tabla 5.1 Beneficios económicos derivados de los ahorros energéticos y menores emisiones de CO2 Beneficios económicos (M €) Por ahorro de energía primaria Por emisiones evitadas de CO2 Total Acumulado Promedio anual Acumulado Promedio anual Acumulado Promedio anual Industria 38.436 3.844 3.447 345 41.884 4.188 Transporte 13.345 1.334 1.370 137 14.715 1.471 2.024 202 164 46 2.188 219 430 43 38 4 468 47 1.925 193 216 22 2.141 214 Transformación de la energía 14.197 1.420 3.094 309 17.292 1.729 TOTAL 70.357 7.036 8.330 833 78.687 7.869 Edificación y equipamiento Servicios públicos Agricultura y pesca Fuente: IDAE. 84. http://www.idae.es/index.php/mod.documentos/mem.descarga?file=/documentos_11905_PAEE_2011_2020._A2011_A_a1e6383b.pdf Telefonica_SmartEnergy.indd 61 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 62 Respecto al sector de la eficiencia energética, el plan estima que representa en España el 1,8 % del PIB, y el 1,4 % del empleo total (incluidos efectos directos, indirectos e inducidos). En 2020 se estima que el sector represente el 3,9 % del PIB y ocupe cerca de trescientas mil personas de forma directa. Así, es muy importante tener en cuenta tanto los beneficios económicos y medioambientales derivados del ahorro de energía y la reducción de emisiones, como los beneficios socioeconómicos derivados del desarrollo de nuevos mercados. Beneficios de las smart homes El auge de las smart homes tiene una importancia fundamental en la concienciación de la población para disminuir su consumo de energía. El consumo medio por tipo de vivienda oscila entre 0,649 tep (toneladas equivalentes de petróleo) en un piso y 1,334 tep en una vivienda unifamiliar en 2011 en España, por lo que una mayor concienciación supondría un gran nivel de ahorro. En este sentido, es destacable que ya el 22 % de las viviendas unifamiliares y el 6 % de los pisos disponen de algún tipo de energía renovable85. Las redes sociales podrán desempeñar un papel importante en esta concienciación, a través de la integración de aplicaciones que permitan interactuar con otros usuarios, y controlar y competir por un menor consumo de energía en el hogar. Cabe destacar la aportación de la Unión Europea, que cofinancia con cerca de 3 millones de euros un proyecto que utiliza tanto el móvil como las redes sociales acercando a los consumidores un «sistema de gestión digital medioambiental de energía en el hogar» (DEHEMS, por sus siglas en inglés)86, que ha empezado a probarse en el Reino Unido y Bulgaria. Se prevé un ahorro del 8 % en el consumo energético al proveer a los ciudadanos de más datos sobre la energía que gastan a través de un pequeño dispositivo digital o, incluso, en tiempo real a través de la pantalla de su televisor, su teléfono móvil o su ordenador. Estos proyectos muestran el mercado de las smart homes con un gran dinamismo, inmerso en la búsqueda de soluciones que faciliten al usuario la gestión eficiente de su consumo energético. Este mercado, a nivel mundial, seguirá aumentando hasta los 8.400 millones de euros en 2015, con un crecimiento del 15,6 % anual desde 2010 a 201587. El mercado norteamericano es el más desarrollado hasta la fecha, debido a la elevada tasa de adopción de la tecnología de casas inteligentes. En segundo lugar se encuentra el mercado europeo, que se espera que alcance 2.500 millones de euros en 2015. Beneficios de las smart grids La eficiencia energética es uno de los objetivos primordiales del uso de las smart grids o redes inteligentes. A modo de ejemplo se ha calculado que si los contadores smart grid mejoraran la eficacia de la red eléctrica estadounidense en solo un 5 %, eso equivaldría a reducir las emisiones de efecto invernadero provocadas por 53 millones de coches88. 85. 86. 87. 88. Telefonica_SmartEnergy.indd 62 «Análisis del consumo energético del sector residencial en España». IDAE, 2011. http://www.expansion.com/agencia/efe/2012/02/17/16977848.html marketsandmarkets.com: «Global Smart Homes Market (2010–2015)», abril 2011. L. Baigorria Rodas, Beyond the Smart Grid, octubre 2010. 29/07/13 12:24 Impacto socioeconómico 63 Otros beneficios asociados a la red inteligente son: • Transmisión más eficiente de la electricidad. • Restablecimiento más rápido de la electricidad después de perturbaciones eléctricas. • Reducción de las operaciones y costes de gestión de los servicios públicos y costes de energía para los consumidores. • Reducción de la demanda pico, lo que también ayudará a reducir las tarifas eléctricas. • Mayor integración de grandes sistemas de energía renovable. • Una mejor integración de los sistemas cliente-propietario de generación de energía, incluidos los sistemas de energía renovable. La Plataforma Tecnológica Europea SmartGrids89 estima que Europa necesitará una inversión de unos 500.000 millones de euros para actualizar la infraestructura de transmisión y distribución eléctrica hasta el año 2030. Aunque inicialmente el desarrollo de una smart grid supone una importante inversión, a la larga puede suponer una reducción de los costes, un riesgo menor y beneficios indirectos mayores. Un estudio, realizado en el Reino Unido y publicado en abril de 201290, estima que el gasto necesario para la modernización de la red eléctrica en el Reino Unido entre los años 2012 y 2050 alcanzaría la cantidad de 46.000 millones de libras utilizando tecnologías convencionales y de 27.000 millones de libras si se utilizan tecnologías de smart grid (23.000 millones de libras en el caso de realizar actualizaciones smart grid sobre la red actual) lo que supone un ahorro mínimo de 19.000 millones de libras (utilizando en todos los casos valores actuales netos). Este ahorro seguiría siendo superior a los 10.000 millones de libras aun en el caso de que la reducción de combustibles fósiles en la generación de energía fuera inferior a la prevista. Figura 5.1 Inversiones necesarias para actualizar la red eléctrica por tipo de tecnología en el Reino Unido 46.000 M $ 27.000 M $ 23.000 M $ Coste con uso exclusivo de tecnología convencional Coste para el despliegue de smart grid Coste de actualizaciones smart de la red Fuente: SmartGrid GB/ Ernst&Young. 89. www.smartgrids.eu 90. SmartGrid, Ernst & Young (2012): Smart Grid: a race worth winning? A report on the economic benefits of smart grid. Telefonica_SmartEnergy.indd 63 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 64 Por su parte en España, Futured, la plataforma que agrupa los agentes implicados en la evolución de las redes eléctricas, afirma que las redes inteligentes mejorarían la competitividad, aportando entre 0,2 y 0,35 puntos porcentuales de crecimiento al PIB. Además, generarían un valor de entre 19.000 y 36.000 millones de euros en los próximos diez años, lo que supondría una capacidad de creación de entre 40.000 y 50.000 empleos en actividades de alto valor añadido. El potencial los smart meters Los beneficios socioeconómicos de los smart meters o medidores inteligentes están estrechamente relacionados con la implantación de la smart grid, y muchos de los potenciales beneficios de los contadores digitales no serán posibles sin este desarrollo y viceversa. Se han llevado a cabo distintos estudios que apuntan su potencial económico de ahorro y eficiencia debido a la mejora de la información, y la mayor capacidad de gestión de los usuarios respecto a su consumo eléctrico. GMT Research91 estima que el uso de sistemas de medida inteligentes podría suponer un ahorro potencial anual en Europa de 9.000 millones de euros, derivados de la reducción de picos, y un ahorro para los consumidores en sus facturas de entre 3.600 y 18.200 millones de euros. Estas diferencias, de unos 15.000 millones de euros, dependen en gran medida del nivel de concienciación e implicación de los consumidores en el proceso de adopción y uso de los smart meters. Se estima que un mayor control del consumo puede llegar a suponer un ahorro de un 20 % de su factura eléctrica. Beneficios de la microgeneración y cogeneración Hasta ahora el sistema de producción eléctrico se ha orientado a la utilización de plantas de generación de energía de gran capacidad y generalmente alejados de los centros de consumo. Frente a ello, un nuevo enfoque centrado en otorgar un mayor peso a la microgeneración, tendría beneficios desde diversos puntos de vista. En primer lugar, este cambio implicaría una mayor eficiencia al reducirse las pérdidas que se producen en todo el proceso de generación-distribución. Así, cuando se quema un combustible fósil en una central térmica alejada del punto de consumo, una parte muy importante de la energía se pierde en ineficiencias del proceso, frente a un rango entre el 90 y 95 % de aprovechamiento cuando la energía se genera en el propio hogar92. Esto supone una reducción considerable de las emisiones de CO2, más aún teniendo en cuenta su naturaleza de energía renovable, y por tanto limpia. De hecho, la utilización de la microgeneración es fundamental para conseguir crear hogares energéticamente neutros, lo cual sería un hito importante en la reducción de emisiones. Esto ha llevado a que el Reino Unido proponga en su estrategia energética que todos los nuevos hogares construidos a partir del año 2016 deben ser energéticamente neutros, y el resto de los edificios en el año 201993, lo que podría suponer hasta una reducción del 15 % del total de emisiones de CO2 de dicho país. En este mismo sentido la cogeneración tiene implicaciones positivas y redujo en más de 13 millones de toneladas de CO2 las emisiones de España en 91. www.greentechmedia.com/research/report/smart-grid-market-research-subscription 92. Ted Talks. 2011. 93. Microgeneration Strategy. Reino Unido. Telefonica_SmartEnergy.indd 64 29/07/13 12:24 Impacto socioeconómico 65 2009 (3,2 % de las emisiones nacionales), gracias a la producción térmica de electricidad más eficiente (30 % más eficiente en la generación de electricidad convencional)94. La microgeneración también supone una gran protección contra los cortes de suministro en caso de catástrofes o problemas graves con la red, ya que al estar la producción basada en pequeños centros distribuidos, un problema en un punto concreto de la red no tiene influencia en otros puntos alejados, y se evita así el efecto cascada en las caídas de la red. Los impactos económicos del vehículo eléctrico Un estudio reciente95 estima que en el año 2025 los coches eléctricos e híbridos supondrán el 40 % de los coches registrados en Europa. Para España, se estima que en 2020 podrían existir cerca de 250.000 vehículos eléctricos, y aproximadamente 2,5 millones en el año 203096. Este importante mercado generará nuevas oportunidades de negocio para la industria europea, como por ejemplo la fabricación de baterías, que, según el consultora Roger Berger, supone un potencial negocio en Europa de 4.800 millones de euros97. El mencionado estudio realizado en el Reino Unido98 sobre el impacto de la smart grid, analiza además el impacto potencial del vehículo eléctrico en la economía británica hasta el año 2050, y estima que: • El valor añadido bruto (VAB) para la economía británica del vehículo eléctrico será de un 0,93 % en 2030 y un 2 % en 2050 (16.500 millones y 52.000 millones de libras respectivamente). • Se crearán 130.000 puestos de trabajo en el sector entre 2020 y 2030, y hasta 470.000 entre 2040 y 2050. 94. 95. 96. 97. 98. Asociación Española de Cogeneración. Roland Berger Strategy Consultants (2010): E-Mobility Challenges and opportunities for Europe. www.fgcsic.es/lychnos/es_es/articulos/evaluacion_impacto_integracion_coche_electrico Roland Berger Strategy Consultants (2010): E-Mobility Challenges and opportunities for Europe. SmartGrid GB (2012): Smart Grid: a race worth winning? A report on the economic benefits of smart grid. Telefonica_SmartEnergy.indd 65 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 66 29/07/13 12:24 Capítulo 6 El futuro de la smart energy Telefonica_SmartEnergy.indd 67 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 68 29/07/13 12:24 El futuro de la smart energy 69 El desarrollo de nuestra sociedad demanda cada vez más energía debido a un consumo personal creciente de una población cada vez más tecnificada, y a los incrementos de demanda del sector industrial, sobre todo en los países emergentes, donde la demanda se está disparando sin que las fuentes de energía sean capaces de crecer al ritmo que se les exige. Por ello cada vez adquirirá más importancia el concepto de smart energy, que permite racionalizar el consumo de energía gracias a la confluencia de diferentes factores y tecnologías que posibilitan, de forma inteligente, aprovechar al máximo la energía disponible. Como se ha comentado la introducción de las tecnologías de la información en el campo de la energía empezaron a tenerse muy en cuenta con la implantación de los sistemas de control y gestión de los centros de producción a partir de los años setenta, en lo que podríamos denominar «sistema eléctrico gestionado». Aplicaciones como los grandes paneles de control, la capacidad de gestión remota de los elementos, monitorización y obtención de estadísticas, permitían tener un sistema de producción y distribución controlado. Si bien eso permitía garantizar el funcionamiento de la red dentro de unos parámetros, se quedaba muy lejos de considerar el sistema eléctrico como un conjunto integrado donde no solo la producción convencional, sino el propio comportamiento de los consumidores y terceras partes trabajaran de forma coordinada. A esto hay que sumar que el sector de la energía es un ámbito de gran tamaño, que mueve gran cantidad de recursos y tiene una gran complejidad, por lo que los cambios se producen de forma progresiva ocupando un gran espacio de tiempo. Por ese motivo, mientras todavía se encuentran en proceso de desarrollo gran cantidad de aplicaciones de esta primera etapa de gestión, podemos considerar que está comenzando una segunda etapa que es el objeto de estudio del presente monográfico: smart energy o energía inteligente. Se espera que el año 2020 sea el momento en el que se consolide este nuevo modelo energético, en el que conceptos como smart metering, smart grid, coche eléctrico y microgeneración ya se encuentren implantados. No obstante esta evolución no acabará aquí y ya se empieza a apuntar en medios especializados una tendencia hacia un sistema todavía más abierto que se consolidará durante los próximos años, y que podría dar lugar a un nuevo concepto de «open smart energy», en el que todos los elementos estarán integrados, tanto en la parte de producción, como de almacenamiento y consumo, y donde los usuarios colaborarán de forma decisiva al equilibrio de la red, dando lugar a una especie de inteligencia colectiva. Telefonica_SmartEnergy.indd 69 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 70 Figura 6.1 Evolución del modelo energético Fuente: Elaboración propia. Esta tendencia dará lugar a nuevos escenarios como los que se describen a continuación: • Un hogar plenamente inteligente. Gracias a la incorporación de inteligencia en todos los dispositivos del hogar y al avance de estándares abiertos que faciliten su interconexión, todos los elementos del hogar (electrodomésticos, equipos electrónicos, etc.) trabajarán de forma conjunta para optimizar el consumo global del hogar. Las decisiones que tomen los diferentes equipos en el hogar estarán basadas en los patrones de uso de los usuarios, en sus propias características de consumo y en la información obtenida de la red. Todo ello tendrá un significativo impacto en el aplanamiento de las curvas de demanda a la vez que se aumenta el confort en los hogares. • Gestión inteligente de las redes de distribución y medición. Los smart meters estarán instalados en todos los hogares y empresas, y facilitarán un mejor y mayor control de la distribución y el consumo. El uso generalizado de estos dispositivos permitirá la creación de servicios de valor añadido a los clientes finales y la generación de negocio para terceras empresas a partir de la información recogida en tiempo real por los smart meters. Asimismo, la sensorización completa de la red de distribución facilitará una mayor eficacia de la misma, minimizando las pérdidas y adecuándose eficientemente al consumo. • El impacto creciente de las redes sociales en un consumo inteligente. Las redes sociales adquirirán un papel protagonista en el comportamiento de los usuarios y en lograr patrones de uso más responsables. Los ciudadanos serán capaces de comparar sus comportamientos entre sí, compartir información e inteligencia sobre el consumo eléctrico, y establecer mecanismos de recompensa, lo que conducirá a una colectivización de la responsabilidad de los individuos sobre el consumo eléctrico. Se pasará del individuo responsable a las sociedades responsables. • El coche eléctrico se convertirá en una pieza más de la red eléctrica. Si bien el coche eléctrico está todavía en sus fases iniciales, es de esperar que su número crezca exponencial- Telefonica_SmartEnergy.indd 70 29/07/13 12:24 El futuro de la smart energy 71 mente en los próximos años. Ello provocará que se integre en las redes eléctricas un elemento nuevo que puede contribuir decisivamente a una gestión más inteligente de las mismas. Al igual que sucederá con los otros elementos del hogar, el coche eléctrico se integrará con ellos y con el resto del sistema eléctrico para optimizar sus procesos de carga y, especialmente, para actuar como acumuladores que permitan contrarrestar los efectos indeseados de las curvas de demanda. • Sistemas de almacenamiento y microalmacenamiento distribuido. Uno de los retos fundamentales en el nuevo modelo eléctrico es la capacidad de integrar de forma eficiente los medios de producción basados en energías renovables. En el modelo actual ello implica contar con sistemas de generación de energía convencional de respaldo que puedan hacer frente a los picos de consumo en situaciones de producción cero de las fuentes renovables, lo que hace que el modelo sea muy ineficiente. La posibilidad de contar con sistemas de almacenamiento distribuido, incluido el coche eléctrico, así como la posibilidad de convertir al usuario en una pieza activa del sistema para contrarrestar los picos en las curvas de demanda, favorecerán una integración más eficiente de las fuentes de energía renovables en el sistema. • Microgeneración inteligente. Finalmente, la disminución del precio de sistemas de microgeneración, así como la posibilidad de integrarlos de forma inteligente en la red llevarán a un escenario en el que, en pocos años, muchos hogares, infraestructuras e instalaciones industriales estarán dotadas de elementos de microgeneración. • Integración de todos los elementos en la red. Ésta es posiblemente la pieza más importante ya que la verdadera inteligencia vendrá cuando todos los elementos de la cadena de producción, distribución, almacenamiento y consumo actúen de forma integrada. La distribución de los diferentes agentes será posible gracias a la inteligencia del conjunto del sistema, y a la integración de todos ellos dentro del funcionamiento de la red en su conjunto. Este proceso requerirá de un uso intensivo de las TIC de un modo similar a como Internet ha integrado todos los nodos que lo componen de una manera armoniosa, consiguiendo hacer funcionar un sistema fuertemente distribuido. La estandarización del acceso al nuevo hogar inteligente y en el acceso a la información sobre las propias redes eléctricas, junto con la inteligencia colectiva, hará que proliferen aplicaciones de usuario que faciliten la gestión de la energía con un enfoque global. Telefonica_SmartEnergy.indd 71 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 72 29/07/13 12:24 Capítulo 7 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6 El impacto de la regulación en la gestión inteligente de la energía La visión de los usuarios El debate sobre la rentabilidad de las nuevas fuentes de energía La visión de la industria sobre las smart grids El futuro del coche eléctrico La visión desde las TIC Telefonica_SmartEnergy.indd 73 75 77 78 80 85 86 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 74 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 75 La realización de este informe ha contado con la participación de un grupo de expertos en diferentes ámbitos que han aportado una visión complementaria al análisis de la smart energy o energía inteligente en España. Este apartado recoge la transcripción literal de la reunión que tuvo lugar el 20 de febrero de 2013 en la sede de Fundación Telefónica en Madrid. Los expertos participantes aportaron su visión acerca del impacto de la gestión inteligente de la energía, que abarca desde la perspectiva de la regulación hasta la visión de los usuarios, sin olvidar el papel de las industrias directamente implicadas (generación, distribución y comercialización de energía y fabricación de vehículos). El debate estuvo orientado por los contenidos de la versión inicial del informe facilitada con antelación a los expertos. A partir de estos contenidos y de la experiencia previa de cada experto se formularon una serie de preguntas para guiar las intervenciones individuales. Tras una primera ronda de participaciones se realizó un debate conjunto. 7.1 El impacto de la regulación en la gestión inteligente de la energía Santiago González Herraiz Responsable de Proyectos del Departamento de Transporte. Dirección de Ahorro y Eficiencia Energética. IDAE El sistema energético es un sector estratégico con unas características y economías de escala que hace que esté ampliamente regulado. Por este motivo la actuación de la Administración es muy importante para impulsar su evolución. • ¿Existe en la actualidad una apuesta decidida de la Administración por el cambio de modelo energético? • ¿Qué acciones deben realizar o están realizando las Administraciones para potenciar este cambio? En concreto, ¿qué acciones regulatorias deberían producirse? Respecto a la normativa aplicable en España en las áreas de eficiencia energética, el año pasado se aprobó la Directiva de eficiencia energética, pero que existen otras dos: Directiva sobre edificios y Directiva sobre el fomento del uso de la energía de fuentes renovables. Estas tres directivas constituyen el marco de actuación para enfocar el desarrollo del modelo energético que quiere Europa a la escala de los distintos Estados miembros. La primera directiva es la Directiva 2009/28 relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, que establece como objetivo obligatorio para el año 2020 que un 20 % de estas energías han de proceder de estas fuentes. Este 20 % se complementa con un 10 % de energías renovables en el sector del transporte. Establece una serie de normativas aplicables a los Estados miembros que en el caso de España está fijado en el 20,8 %. La manera de medir el consumo final bruto de energía está dividido en tres sectores: por un lado el consumo final bruto de electricidad; por otro, la aportación del consumo final bruto para la calefacción y la refrigeración y, por último, el sector del transporte. La Directiva prevé una serie de procedimientos y códigos para su implementación, con el objetivo de que los Estados miembros definan una especificación técnica Telefonica_SmartEnergy.indd 75 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 76 para respetar que los equipos y sistemas de energías renovables puedan beneficiarse de los sistemas de apoyo adecuados, recomendando la utilización de estos equipos basados en fuentes de energía renovables. La siguiente Directiva es la 2010/31 de 19 de mayo de 2010 relativa a la eficiencia energética en los edificios. Ya existía una directiva que perseguía lo mismo en el año 2002, pero no recogía medidas concretas para fomentar las acciones pertinentes en el sector de la edificación. En la nueva Directiva de 2010 se establece que tanto los edificios nuevos como los existentes deben realizar una serie de reformas dentro del propio inmueble para cumplir con los requisitos de eficiencia energética, adaptados a las condiciones climáticas de cada uno de los Estados miembros, así como para la viabilidad económica de cada uno de estos Estados. Asimismo, la Comisión publicó el Reglamento 244 relativo al cálculo de los niveles óptimos de rentabilidad de las medidas de eficiencia energética en los edificios. Antes de la construcción de un edificio se ha de tener en cuenta el estudio de viabilidad técnica, medioambiental y económica de instalaciones de eficiencia en el edificio, e igualmente en el caso de los que se sometan a renovación. En relación con los edificios de consumo casi nulo, la Directiva establece que para el año 2020 todos los edificios nuevos que se construyan en la Unión Europea deben contar con dicha característica. Finalmente, la última Directiva, aprobada en 2012, la Directiva de eficiencia energética 2012/27 del 25 de octubre, en la que se establece un marco común de todas las medidas de eficiencia energética a fin de conseguir el objetivo del 20 % de emisiones de CO2 para el año 2020 y facilita las medidas ulteriores de eficiencia, y establece unas normas que permitan eliminar las barreras en el mercado de energía. El objetivo para toda la Unión Europea en 2020 es 1.474 millones de toneladas equivalentes de petróleo en energía primaria; en energía final son 1.078 millones de toneladas equivalentes de petróleo. La Directiva invita a los Estados miembros a que propongan medidas y objetivos nacionales orientativos, teniendo en cuenta la previsión de crecimiento del país, su evolución del PIB, etc. Entre otras medidas que se proponen, es de destacar que los Estados miembros establecerán una estrategia a largo plazo para movilizar inversiones en la renovación del parque nacional de edificios residenciales y comerciales, tanto públicos como privados. Para ello como medida ejemplarizante de los edificios de organismos públicos, se establece que anualmente el 3 % de la superficie calefactada y refrigerada de los edificios de la Administración que no cumplan los requisitos nacionales de rendimiento energético mínimo (establecidos en aplicación de la Directiva 2010/31) sean renovados y cumplan con los estándares de eficiencia energética establecidos por la Unión Europea a partir del 1 de enero de 2014 y será de aplicación sobre los edificios con una superficie superior a 500 m2. El 9 de julio de 2015 este umbral bajará hasta los 250 m2 y el porcentaje seguirá siendo del 3 %. Se impuso también que por parte de organismos públicos, la adquisición de servicios, productos y edificios esté acorde con un alto rendimiento energético y esté de acuerdo con esos estándares. Para ello se fomenta el uso de contadores inteligentes y se fija la fecha de 14 de diciembre de 2014 para que estén en uso estos contadores y permitan que la facturación se base en el consumo real del cliente. Por otra parte, la Directiva impulsa también el mercado de los servicios energéticos y facilita el acceso al mismo por parte de las pymes, proponiendo entre otros mecanismos los programas que alienten a éstas a realizar auditorías energéticas de elevada calidad. Propone que cada Estado miembro establezca un Telefonica_SmartEnergy.indd 76 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 77 sistema de obligaciones de eficiencia energética para distribuidores de energía y/o empresas minoristas de venta de energía y alcance un objetivo de ahorro de energía acumulado, a nivel de usuario final, antes del 31 diciembre de 2020. Los Estados miembros deberán enviar a la Unión Europea un plan nacional de acción para la eficiencia energética antes del 30 de abril de 2014 y a continuación cada tres años. Ésta es la última Directiva aprobada relativa a la política en eficiencia energética, que deberá ser transpuesta a la normativa española. 7.2 La visión de los usuarios Cristina García-Orcoyen Directora general de la Fundación Entorno-BCSD El usuario empieza a tener una visión activa en el uso de tecnologías y no quiere quedarse como un mero espectador, lo cual se ha visto claramente en el terreno de los servicios de Internet, en los cuales el usuario se ha convertido en protagonista con el denominado movimiento 2.0, que ha marcado el desarrollo de la red. • ¿Qué cambios deberían producirse para que el usuario se involucre en un consumo más eficiente de energía? • ¿Qué actitud tendrían los usuarios hacia la microgeneración colaborando con ello en la producción de la energía? ¿Qué incentivos se tienen que dar para que el usuario se involucre? El consumidor, gracias a Internet, está conformando un nuevo estilo de vida, ya que Internet está ligado a un concepto de estilo de vida diferente. Está vinculado a nuevos perfiles de consumidores y de ciudadanos que difieren en sus motivaciones. La eficiencia energética está ligada a un tema de cambio climático, desarrollo sostenible, de mayor autonomía energética. Es más complejo de transmitir que el uso de Internet. Necesita una labor más sutil de información y formación del consumidor. El consumidor de Internet percibe una mejora de su estilo de vida, dado que la red le permite acceder a múltiples servicios, información, ocio. La población que lo usa está entre los dieciocho y cuarenta y cinco años fundamentalmente. Es importante hacer una buena segmentación de los usuarios para acercar al consumidor al uso de nuevas tecnologías de eficiencia energética. Es un desafío para el Estado y para las empresas. Por ejemplo, en los libros de texto en España no se habla de todos los temas relacionados con el desarrollo sostenible, mientras que los ingleses ya lo han incorporado hace tiempo en sus planes de estudio. La Fundación Entorno ha trabajado en un informe revelador en este ámbito, del que se extrae que hay 13 millones de personas en España que piensan que pueden influir en el devenir de la sociedad, con sus hábitos de consumo y su actuación. Los ciudadanos tienen una serie de factores individuales, de incorporación de valores y de forma de vida, también de tipo cultural, que les hace utilizar determinadas tecnologías. Estos valores se están dando, pero el factor ligado a la regulación de España, a su capacidad para innovar, a su interés geopolítico, supone el estrepitoso fracaso de España. Telefonica_SmartEnergy.indd 77 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 78 Quisiera preguntarle a Santiago González por la situación de España en la Unión Europea en relación con la eficiencia energética: demandada por el Tribunal de Luxemburgo por incumplimiento de la Directiva que obliga a las viviendas a tener una etiqueta de eficiencia como la de los electrodomésticos, España trató de vetar la Directiva de eficiencia, no incentiva la compra de vehículos eléctricos, etc. En este sentido, es importante conseguir que ese mundo imparable no nos haga estar en la cola. Respecto a esto soy escéptica ya que la Administración está centrada en la visión a corto plazo de la crisis económica y su respuesta es muy de emergencia. El premio Nobel de Economía de 2002, Daniel Kahneman, dice que en situaciones de incertidumbre y de emergencia el cerebro humano sólo mira a corto plazo y ofrece una respuesta que no se corresponde con la que debe dar un país. No se ha hecho un plan nacional en el ámbito de la eficiencia energética para poder potenciar la marca España. En conclusión, por un lado, tenemos que conseguir una involucración mayor del ciudadano, que está receptivo, y de empresas como Telefónica, que están bien posicionadas para hacerlo, aunque es necesaria la colaboración con la Administración pública. El usuario ha de familiarizarse con todos los temas relacionados con la eficiencia energética. Es importante un cambio de actitud en la Administración para el uso de energía más eficiente. Por otro lado, acerca de la pregunta sobre la microgeneración y cómo involucrar a los ciudadanos, va a haber reticencia a la propuesta, pues se basa en experiencias como lo sucedido con las placas solares, que no han obtenido beneficio alguno debido a los cambios regulatorios. Hay que pensar en otras soluciones. No sé si tal vez otro modelo, como el de alquiler del suelo a las empresas que se encargaran de instalar los paneles solares, tutelados por la Administración, sería más viable. Deberían estudiarse estas posibilidades. El papel de la Administración es fundamental, porque ha de ser el motivador, regulador, etc., que ha de tener en cuenta la planificación urbanística y la implantación de las nuevas tecnologías y cuando exprese su interés por ellas indicar adónde van los recursos económicos de los que se dispone. Es más importante tener un buen plan de ejecución, porque, si no, se malgasta el dinero, como ha pasado a veces con la UE. No se deben repetir estas situaciones del pasado que han hecho mucho daño a la imagen de España en el exterior. 7.3 El debate sobre la rentabilidad de las nuevas fuentes de energía Luis A. Puch Profesor titular de la Universidad Complutense de Madrid. Investigador de Fedea Existe en la actualidad un gran debate sobre la rentabilidad de las energías renovables y cierta sensación de que están actuando como lastre en los costes de todo el sistema energético. • ¿Pueden ser las energías renovables rentables con las tecnologías actuales en la situación presente? Telefonica_SmartEnergy.indd 78 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 79 • ¿Cuáles son las claves para facilitar la transición hacia las energías renovables sin que suponga un sobrecoste para el sistema energético? Sobre el informe elaborado previamente, me ha interesado la necesidad de optimizar la red energética. A lo largo del informe casi todo está centrado en lo micro, pero a veces aparecen los grandes temas energéticos que exigen precisión. También sería bueno relacionar más el informe con la idea de ciudad. En muchos apartados es importante centrarse en las particularidades de España. Nuestro país se parece mucho en la parte de transportes a Estados Unidos por ejemplo, mientras que el peso de los hogares en el consumo energético es mucho menor que en el resto de la Unión Europea. El presidente Obama dijo recientemente que era un objetivo clave aumentar la eficiencia en el sector de los hogares para obtener eficiencia general en el sistema energético. En efecto, otra idea que recoge el informe es el papel activo de los hogares. Han de implicarse, y no es cierto que el regulador tenga mucho que decir al respecto. Las fuerzas del mercado son fundamentales para lograr el equilibrio, y las empresas tienen que generar condiciones para que los consumidores tengan razones para adquirir estos servicios y productos de smart energy. Otro aspecto destacable del informe es la importancia que da a las familias en su preocupación por el gasto del vehículo, lo que les lleva a plantearse el consumo energético a todos los niveles. La concienciación sobre el dispendio del automóvil, debido al elevado gasto que conlleva, puede convertirse en un impulsor para el resto del consumo energético del hogar. En mi opinión, no está muy claro cómo el mercado puede lograr el equilibrio. Hay que tener cuidado con el efecto rebote cuando se busca ser eficiente. La idea de escasez aparece bastante en el informe y los economistas se resisten a hablar de escasez porque tienden a pensar que el mercado hará algo que la impida, y que impida también el agotamiento de los recursos. ¿Nos va a afectar tanto la escasez como sugiere el informe? En realidad no habría nada peor que los precios del petróleo bajaran por falta de escasez, porque eso complicaría la búsqueda de recursos alternativos y sostenibles. Las prioridades en materia de eficiencia energética no están bien definidas. La idea del coche híbrido enchufable por ejemplo es algo que puede cambiar la forma de transportarnos. Poner eso al mismo nivel que aspectos específicos de flotas, de gestión energética de hospitales, o poner edificios al mismo nivel que bares, desde el punto de vista agregado no es equiparable. Es difícil responder a las preguntas acerca de la rentabilidad de las energías renovables. La situación actual, con la crisis que tenemos encima, no nos permite pensar adecuadamente y a largo plazo. El asunto de la rentabilidad de las tecnologías está por resolverse. La industria y los gestores de la política económica se encuentran en un contexto difícil porque algunas distorsiones (por ejemplo asociadas al conocido como déficit de tarifa) impiden que el precio cumpla su función de dar señales adecuadas en la cadena de valor. El debate respecto a la valoración de las energías renovables es complicado, también la valoración de los costes de las emisiones de GEI. Todo ello requiere un cálculo preciso de lo que estamos dispuestos a invertir hoy teniendo en cuenta lo que se puede conseguir a largo plazo. La transición Telefonica_SmartEnergy.indd 79 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 80 a las energías renovables debería hacerse a costes moderados, que se deben calcular partiendo de la capacidad económica del país. Los precios de mercado asignan mal el valor de las energías renovables. Es necesaria la I+D y una gestión muy inteligente de los intereses de los agentes implicados. Hay muchas industrias que deben gestionarse adecuadamente y hacer compatibles con los intereses sociales. Hay recursos que gestionar, son de todos y son escasos. Necesitamos mecanismos para internalizar ese problema. Los economistas prefieren una normativa neutral a la tecnología, sin pronosticar sobre las tecnologías del futuro. Hay que promover análisis técnicos para hacer políticas y normativas neutrales a la tecnología y a costes moderados, y tienen que reducirse los costes de las energías renovables a través de la I+D. Cuanto menos claro es el objetivo de un subsidio, más mala es su asignación. Cuanto más clara la razón de un subsidio, mejor será la asignación y la compensación. En relación con la pregunta de los incentivos, al margen quizá del coche eléctrico, se trata de un tema que cabe promover a nivel micro. A nivel macro es importante la I+D, el mercado y la regulación para favorecer la competencia y la red a nivel micro. Finalmente, la inversión es mayor cuanto más pequeña es la incertidumbre. 7.4 La visión de la industria sobre las smart grids Javier Arriola Director de Tecnología y Automatización de Iberdrola Distribución Eléctrica S. A. Jorge Sánchez Cifuentes Subdirector Vehículo Eléctrico de Endesa Mariano Gaudó Responsable del Diseño y Despliegue de Redes Inteligentes en Gas Natural Fenosa Es necesaria una gran implicación de los grandes operadores energéticos para que se produzca una evolución hacia un nuevo modelo energético. • ¿Qué nuevos elementos hay que introducir en las redes para evolucionar hacia la smart grid? • ¿Qué calendario se prevé para la implantación del modelo de smart grid? • ¿Cuál es la mejor manera para facilitar que los usuarios tengan un mayor control sobre su consumo energético? • ¿Qué dificultades técnicas puede entrañar la introducción de modelos de microgeneración? • ¿Qué dificultades de implementación tiene un sistema de distribución de energía para el coche eléctrico? Telefonica_SmartEnergy.indd 80 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 81 Javier Arriola Director de Tecnología y Automatización de Iberdrola Distribución Eléctrica S. A. Voy a compartir la visión de Iberdrola en este tema, yendo desde lo general a lo más concreto. Hay tres elementos fundamentales en mi visión: la sostenibilidad (preocupación por dejar un mundo en condiciones a las futuras generaciones), dar un servicio eléctrico de calidad a los consumidores, que es fundamental para su bienestar, y la eficiencia económica. Estos tres pilares marcan las reglas del juego sobre las que debe trabajar Iberdrola. En un negocio regulado y con unas inversiones de recuperación a muchos años como es la distribución eléctrica resulta fundamental la visión a largo plazo y la estabilidad regulatoria, absolutamente crítica para que los agentes puedan tomar sus decisiones. Sobre la sostenibilidad de las diferentes tecnologías de generación eléctrica, es la política energética, que es realizada por los gobiernos y no por las empresas, la que debe contemplar el tema de la sostenibilidad. Cada tecnología tiene puntos a favor y en contra: la hidráulica y la eólica son totalmente sostenibles pero necesitan una capacidad de respaldo importante; la fotovoltaica aún está por encima del coste medio, pero es una opción que cabe seguir, y la termosolar no es totalmente sostenible ni competitiva a día de hoy. La política energética estatal debe orientar hacia dónde va el país en estos aspectos. En relación con el tema de la eficiencia, el 70 % del consumo energético se produce en los edificios y en el transporte. España tiene carencias importantes en relación con los países de nuestro entorno. La aportación de las redes eléctricas a la eficiencia va a venir en gran parte promovida por la evolución hacia las denominadas redes inteligentes o smart grids, entendiendo por tal una evolución tecnológica de la red eléctrica, que se nos va quedando anticuada. El sistema eléctrico ha funcionado bien los últimos cien años pero tecnológicamente no ha evolucionado al ritmo que debería, y se enfrenta a retos importantes. Nuevamente esta situación es fruto de la regulación, que ha primado la optimización de la eficiencia frente a la evolución tecnológica. Hablamos por tanto de una red donde la electrónica, las comunicaciones y los sistemas van a desempeñar un papel mucho más importante. Hay que transformar la red para que se desarrolle acorde con las necesidades del siglo XXI, preparada para proporcionar aquellos servicios que se vayan demandando. El cliente, cada vez más preocupado por la gestión de su consumo, va a desempeñar un papel más activo. Por ello, necesita disponer de información para tomar sus decisiones de forma adecuada. El contador inteligente pasa a ser un elemento clave de la red capaz de medir todos aquellos parámetros que el cliente pueda necesitar para gestionar su consumo. La Unión Europea fija el objetivo de que para 2020 el 80 % de los contadores de los Estados miembros sean inteligentes. En España la legislación ha adelantado el hito del 100 % para 2018. Este desarrollo supone una importante oportunidad industrial. En Iberdrola opinamos que el cambio de contadores por obligación legal es un paso en la construcción de la red inteligente, pero no suficiente. Por ello hablamos del paso de la «obligación a la oportunidad» de dotar a la red de más inteligencia, de iniciar el camino hacia la red inteligente. Telefonica_SmartEnergy.indd 81 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 82 De esta forma seremos capaces de gestionar mejor, más eficientemente, nuestro proceso productivo, de dar un mejor servicio a los clientes y la red estará preparada para albergar la generación distribuida masiva y la futura integración masiva de los vehículos eléctricos. Iberdrola Distribución Eléctrica lleva más de un millón de contadores inteligentes instalados, de los 10 millones que debemos cambiar y en torno a 7.000 subestaciones adaptadas. Antonio Castillo: El contador, ¿de quién es responsabilidad? Javier Arriola: En España, por ley el contador es responsabilidad de las empresas distribuidoras. Es importante la regulación. La tendencia general es que el contador forma parte del proceso regulado, aunque hay excepciones. Las distribuidoras operan el contador conforme a lo que marque la regulación, entre otras cosas, poniendo la información definida por la regulación a disposición de los agentes definidos. En Iberdrola consideramos que la forma más eficiente de invertir en los contadores es que haya un mercado en competencia de los mejores fabricantes de contadores, para lo que han desarrollado un estándar público y abierto que hoy en día es internacional. Desde el punto de vista de los beneficios, no son fáciles de cuantificar y se reparten entre diversos agentes: consumidores, empresas distribuidoras, las comercializadores, la propia sociedad, etc. Nuevamente por ello es importante la regulación. ¿Qué sentido tiene poner tanta tecnología y contadores tan capaces si el cliente final solo tiene acceso a una tarifa regulada? Existe una paradoja regulatoria que, mientras no cambie, será difícil para el ciudadano encontrarle sentido a esta evolución tecnológica. Nosotros le hemos propuesto al regulador una serie de posibilidades. En cualquier caso, la nueva tecnología permite también identificar los problemas más ágilmente y trabajar en remoto, lo que nos proporciona muchas ventajas para operar el negocio, que el cliente percibirá de una forma u otra. La evolución tecnológica que supone la red inteligente va a suponer la entrada masiva de la electrónica, el software y los sistemas en el negocio eléctrico, para lo que van a ser necesarios nuevos conocimientos y habilidades. Ya que España ha sido valiente en adelantarse a los plazos de la Unión Europea para instalar los contadores, sería bueno que las empresas españolas aprovechen este impulso para prepararse y acceder a nuevos mercados de futuro gran desarrollo. La tecnología está disponible, pero la regulación no está ayudando. Sería bueno que el gobierno solucionase esto porque las empresas eléctricas y la evolución a la red inteligente podrían contribuir mucho en estos momentos difíciles desde el punto de vista económico. Jorge Sánchez Cifuentes Subdirector Vehículo Eléctrico de Endesa La digitalización cambia la forma en la que entendemos las cosas. El éxito dependerá de cómo las comercializadoras utilicen esa digitalización, más que las distribuidoras. De momento, la industria está aceptando este cambio bien, pese a las dificultades de la regulación. Telefonica_SmartEnergy.indd 82 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 83 Antonio Castillo: Siemens ha tenido que dejar de competir en tecnología móvil porque no fue capaz de seguir el ritmo de sus competidoras. Jorge Sánchez: Estoy de acuerdo en que es un entorno muy amplio. La evolución en este sector, que es un monopolio natural, evoluciona lentamente ya que depende mucho de los incentivos que le da el Gobierno. Si el Gobierno reconoce la inversión de un nuevo cable con más capacidad, en vez de un activo de almacenamiento, la empresa de distribución tendrá que instalar el cable aunque pueda no ser la mejor solución. En relación a las smart grids habría que ver quién es el smart costumer a quien van dirigidos los beneficios de la aplicación de este concepto. La industria de las telecomunicaciones siempre busca aplicar la killer application para romper el mercado. ¿Y cuál es la killer application de las smart grids del sector eléctrico? La respuesta viene de la respuesta agregada, la microgeneración o el vehículo eléctrico. Al tener el usuario un cambio de rol activo, se producen flujos inversos en la red que habrá que gestionar. Tendremos que hacer cosas que nunca hemos hecho. Habrá que ir a redes malladas y eso conlleva mucha inversión. Tendremos que entender adónde nos lleva todo esto, para conocer cuál es el beneficio real. En cuanto a la comercialización, es un negocio de margen, no tiene diferenciación. El valor que se aporta al cliente es el margen de mejora económica. Así pues es necesario tener la segmentación del cliente y ver cómo la gente se va a ir preocupando por las energías renovables, verdes. Y cuánto está dispuesto a pagar por ellas. Por ejemplo, en la smart city de Málaga van viendo este tipo de resultados. Es complicado pero la gente sigue primando que sea lo más barato posible. Se irán viendo resultados a largo plazo. Desde el punto de vista eléctrico, el vehículo puede representar lo mismo que la telefonía móvil para la fija. Cuando el cliente tenga toda la información que necesita sobre su consumo, podrá decidir. La tecnología existe pero quizá el entorno no ayuda. Mariano Gaudó Responsable del Diseño y Despliegue de Redes Inteligentes en Gas Natural Fenosa Voy a hablar de la experiencia con la que cuenta Gas Natural Fenosa en este tema. El carácter tractor de España es muy importante, y resalta el liderazgo del sector tecnológico e industrial español. Sobre la integración renovable, más del 60 % de la energía que circula por las redes eléctricas de Gas Natural Fenosa está medida con contadores inteligentes porque se trata de consumos de clientes industriales. Por otra parte, acerca de la influencia de la energía distribuida, el 40 % de promedio de la energía que circula por nuestras redes en Galicia se inyecta a media tensión y no procede de la generación ordinaria, sino que tiene un origen renovable. Los hitos regulatorios relativos a la sustitución de contadores eléctricos tradicionales por contadores inteligentes en el ámbito doméstico se fijan en el 35 % para diciembre de 2014, otro 35 % en Telefonica_SmartEnergy.indd 83 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 84 diciembre de 2016 y el 30 % restante en diciembre de 2018. El 1 de enero de 2014 debe estar disponible el sistema de telegestión para acceder a los contadores desplegados. La componente tecnológica es un aspecto relevante, por tratarse de tecnologías y soluciones complejas. El despliegue de estas tecnologías supone grandes inversiones al desplegar equipamiento con capacidad de integrar diferentes funcionalidades. Gas Natural Fenosa ha apostado por tecnología abierta con objeto de crear un mercado vivo en competencia. A día de hoy faltan por definir el modo de funcionamiento e intercambio de información de los contadores (periodicidad de lectura, información que recoger, etc.). Hemos participado en un grupo de trabajo con diferentes agentes del sector, coordinado por la CNE, para definir todos los aspectos relativos a las redes inteligentes, y en especial a los contadores como parte de las mismas, entre los que destaca cómo trasladar al cliente el valor proporcionado por los mismos. Según un proyecto piloto de carácter europeo en el que participa Gas Natural Fenosa, se consiguió una reducción en cien hogares del 20 % del consumo gracias a medidas de eficiencia en el alumbrado y de sensibilización de los usuarios proporcionando información de los consumos del domicilio a través de una tablet. En cuanto a la generación distribuida, ésta se tiene que integrar, no incorporar, a las redes de distribución. Debe modificarse el modelo seguido hasta ahora para garantizar la máxima integración de este tipo de generación. Esta integración puede llevarse a cabo mediante la posibilidad de disponer de comunicación bidireccional para proporcionar servicios adicionales y pueda ser gestionada por la distribuidora. Por último, en cuanto al vehículo eléctrico, en nuestros centros de transformación, como explicaba Javier Arriola, se despliega equipamiento que permite conocer todos los parámetros eléctricos que garantizan un suministro eficiente y seguro, entre los que se encuentra la medición del impacto de nuevas cargas como el vehículo eléctrico. José Benito García Vilas Responsable de Planificación y Tecnología en Gas Natural Fenosa Telecomunicaciones Voy a dar mi opinión desde la perspectiva de las telecomunicaciones. Las redes de comunicaciones para las eléctricas no han evolucionado mucho con el tiempo. Hay muchas interfaces antiguas que con las nuevas tecnologías necesitan un esfuerzo de cambio para adaptarse. Los legacy no casan con las nuevas interfaces y los sensores. Necesitan unos sensores de la parte eléctrica con unas nuevas interfaces para adaptarse. Es algo que internamente necesitan mejorar todas las compañías eléctricas. Voy a explicar a continuación aquello en lo que estamos trabajando en este ámbito desde Gas Natural Fenosa. En primer lugar nos surgió el dilema sobre el medio de comunicación que utilizar para comunicarse con los propios contadores eléctricos. Para ello decidimos coordinarnos con los proveedores, las distintas compañías como Iberdrola, y utilizar la tecnología PRIME para comunicarnos con los con- Telefonica_SmartEnergy.indd 84 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 85 tadores desde los centros de transformación utilizando la red eléctrica como línea de transmisión. El gran inconveniente de este medio es su inestabilidad, pero dado que el propio contador puede almacenar las medidas durante largo tiempo, para esta aplicación de telelectura no es un gran problema. Otro inconveniente de esta tecnología es la falta de compatibilidad entre los diferentes fabricantes, aunque poco a poco se va consiguiendo al existir un estándar que lo define. Con esta tecnología no es posible leer el cien por cien de los contadores y por tanto habrá que pensar en otros medios de comunicaciones para los contadores que faltan por leer de una forma automática. La tecnología que se cree más adecuada es la de las redes móviles de los operadores públicos. Una vez que las lecturas de los contadores se encuentran en los centros de transformación mediante PRIME, es necesario transportar dicha información a los elementos centrales de facturación de las diversas compañías. En principio no se confiaba mucho en las redes de los diferentes operadores públicos y se decidió solicitar al Ministerio una licencia temporal por radio para realizar diferentes pruebas. El Ministerio asignó frecuencias en una banda muy baja, a 60 Mhz, en la cual no existen muchos estudios de penetración de esas frecuencias en edificios o casetas donde están los diferentes centros de transformación. Las pérdidas de propagación a esas frecuencias son bajas pero el tamaño de las antenas, para obtener un poco de ganancia, es grande y de difícil instalación en el interior o exterior de los distintos centros de transformación. La experiencia no fue todo lo exitosa que se esperaba. Se empezaron a realizar pruebas con todos los operadores móviles y utilizando las diferentes tecnologías GPRS, UMTS… y los resultados cada vez son mejores, es decir, mejores tiempos para establecer las comunicaciones, menores tiempos de jitter, más capacidad binaria… Un problema encontrado está relacionado con las coberturas de los diferentes operadores, por lo que el equipo que debe instalarse en el centro de transformación debe funcionar con cualquier tipo de operador y todos con la misma metodología de acceso. Otra tecnología que se está probando es el denominado PLC de media tensión para transportar la información desde los centros de transformación hasta las subestaciones en las cuales normalmente las compañías eléctricas ya tienen comunicaciones con fibra hasta los elementos centrales. Un inconveniente de esta tecnología es la falta de estándares definidos, por lo que cada fabricante lo implementa a su manera y por tanto de una forma completamente incompatible. Se prevé que las nuevas redes de comunicaciones de los diferentes operadores móviles desempeñarán un papel muy importante en el futuro del desarrollo de las smart grid. Es necesario trabajar conjuntamente para que los operadores entiendan la problemática de estas aplicaciones y ver la manera de adaptar las redes futuras a estos nuevos servicios. 7.5 El futuro del coche eléctrico Juan Carlos Merino Director General de Cidaut El año 2012 ha venido caracterizado por una gran actividad comercial y de marketing en relación con el coche eléctrico. Si bien es cierto que durante los últimos años se ha producido un cierto éxito de los coches híbridos, en lo relativo al coche puramente eléctrico no se está produciendo esa aceptación. Telefonica_SmartEnergy.indd 85 29/07/13 12:24 Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 86 • ¿Cuál cree que son los motivos para que las ventas todavía sean bajas: falta de puntos de recarga, precio, autonomía…? • ¿Considera que el coche totalmente eléctrico ofrecerá prestaciones esta década para tener una difusión masiva, o desempeñará un papel de nicho para segmentos muy específicos? • Ante esta situación parece que el coche híbrido enchufable es una modalidad que puede solucionar las limitaciones del coche eléctrico puro: ¿considera que este modelo de vehículo se convertirá en el modelo que permita llevar el coche eléctrico a la población de forma masiva? La regulación es importante y ha de estar bien planteada o puede conllevar problemas. También destaca la importancia de medir los plazos en función de las intensidades de las inversiones. Los motivos por los que las ventas de coches eléctricos son bajas se ciñen al mercado. Todavía no hay infraestructura suficiente. Se han hecho estimaciones, pero algunas son muy fantasiosas. En el caso del vehículo eléctrico se habla de un 2 % del parque automovilístico. No va a ser un desarrollo masivo, no va a crecer al ritmo de la telefonía móvil, como decía Jorge Sánchez de Endesa. Es difícil considerar una evolución tan optimista porque el mercado y las infraestructuras no están desarrollados. Las previsiones son para cuatro años y es difícil de calcular. Son muchos coches eléctricos en muchos pequeños nichos de mercado, por lo que su coste para la industria es muy alto. La industria no puede optimizar costes con estas plataformas. La mayor dificultad es calcular la inversión. El sector de la automoción es muy conservador, no tiene nada que ver con el de las telecomunicaciones. Por otra parte, lo que conocen los consumidores son adaptaciones de vehículos convencionales adaptados a eléctricos. A partir de 2016 podríamos empezar a hablar de vehículos de segunda generación. En 2020 nos encontraremos con un escenario de entre el 2,5 y 5 % del mercado, lo que supondrá un parque acumulado en España de 500.000 o 700.000 vehículos. Si se promoviesen medidas desde el Gobierno esto podría ser mayor. El vehículo lleva implícito la libertad por moverse. El sector del coche eléctrico irá lento porque todavía su motor no tiene demasiada autonomía. Además, sale caro, porque al precio de la energía hay que incluir el pago de la batería. Además el motor de combustión está más desarrollado que el eléctrico. Por otro lado los países en crecimiento como China no se preocupan por el medio ambiente, lo que frena el despliegue de este tipo de vehículos. Así pues, hay que involucrar a las empresas para que inviertan y que vean que les sale rentable. Entonces los vehículos serán más baratos y se adaptarán mejor a las necesidades de los consumidores y del medio ambiente. Creo que lo que triunfará sobre otras propuestas será un vehículo híbrido más eléctrico para poder tener 500-600 km de autonomía. Telefonica_SmartEnergy.indd 86 29/07/13 12:24 Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy 87 7.6 La visión desde las TIC Emilio Martínez Head of Smart Metering. Global M2M. Telefónica Digital. Mi trabajo dentro de Telefónica se desarrolla dentro de la división de máquina-máquina (M2M). Mi gerencia la ejerzo en el área de smart metering, que trata de hacer telemetría. Es el área dentro de Telefónica que recopila información de las redes eléctricas. A partir del análisis de esta información se pone de manifiesto la necesidad de conseguir el cambio hacia sistemas de generación y distribución de energía más eficientes, para lo que hay que ver cuál es la inversión y cuál el beneficio. Por ejemplo, la reducción de gases de efecto invernadero empuja y motiva a muchos países a avanzar en esta línea. Las mejoras de calidad de servicio deben ser incentivadas a través de medidas impulsadas desde la Administración. Por ejemplo, en el Reino Unido se premia la competitividad entre compañías dentro del país, lo que supone otra palanca de acción. También puede haber otros motivos, como la diferenciación: hay compañías que quieren diferenciarse de las demás para captar clientes o mantenerlos. Es decir, hay muchos motivos para dar el paso hacia la smart energy, pero se necesita una legislación para hacerlo todo de forma más ordenada. Volviendo al caso del Reino Unido, tienen un programa basado en 30 millones de medidores eléctricos y 22 millones de medidores de gas. El programa trata de acelerar el despliegue de contadores electrónicos en el país para ir por delante de los demás países, hasta de Alemania. Se han marcado como objetivo reducir al 85 % la emisión de CO2 de las emisiones relativas de 1990 para 2050, lo cual es un reto muy importante que va en línea con la Directiva europea. En el Reino Unido ya se han dado cuenta de que tienen que ser más eficientes como país. Se han planteado la visión a largo plazo, para lo que han creado una infraestructura común para los 52 millones de contadores de los dos tipos. En este sentido, obligan a tener en los hogares un dispositivo que permita a los usuarios comprobar los ahorros en el consumo. Crean estándares y con los dispositivos que se conectan a los dos contadores pueden ver la diferencia de consumo y el ahorro. Así los consumidores tienen más control y el legislador vela porque los actores implicados ganen todos. Han creado también un programa de reinversión para que nadie pierda. También han creado un data service provider que interactúa con comercializadoras y con el Gobierno para poner a disposición los datos de quienes utilizan el servicio de forma anónima. Esto no es baladí. Hay unos requerimientos. Se espera que a finales de verano puedan disponer ya los responsables de comunicaciones y de datos para que este modelo complejo se ponga en marcha. Es una visión a largo plazo que afecta a la competitividad del país. Por eso se debe tener en cuenta con todos los actores implicados. Esta estrategia puesta en marcha por el Reino Unido puede servir de ejemplo sobre cómo afrontar el paso hacia las nuevas redes de distribución de la energía, prestando un servicio más eficiente a los usuarios. Telefonica_SmartEnergy.indd 87 29/07/13 12:24 Telefonica_SmartEnergy.indd 88 29/07/13 12:24
