ANÁLISIS DE LOS BENEFICIOS DE LA GESTIÓN ACTIVA DE

Resumen
Proyecto Fin de Carrera.
Ingeniero Industrial. Especialidad Eléctrica
ANÁLISIS DE LOS BENEFICIOS DE LA GESTIÓN ACTIVA DE LA
DEMANDA PARA LOS CONSUMIDORES DOMÉSTICOS
Autor: Ogbechie Condés, Alberto.
Directores: Frías Marín, Pablo; Vallés Rodríguez, Mercedes.
Entidad Colaboradora: IIT (ICAI-Universidad Pontificia Comillas).
RESUMEN DEL PROYECTO
1. Introducción
En la actualidad, los sistemas eléctricos de muchos países desarrollados están teniendo un
problema similar: la punta de demanda es cada vez más elevada debido al crecimiento de su
población y a la invasión de dispositivos eléctricos en los hogares. Esto se considera
perjudicial por la necesidad de expansionar el sistema con costosas infraestructuras, la
contaminación y por la merma de las reservas de recurso naturales.
Bajo este panorama, se están desarrollando numerosos proyectos en todo el mundo que
pretenden crear medidas que modifiquen la demanda para que el sistema sea más eficiente.
Esto se conoce como políticas de demanda. Entre ellas sobresale la gestión activa de la
demanda eléctrica, que son distintos programas y sistemas que tienen como objetivo que el
consumidor reduzca su consumo y a la vez lo desplace de las horas de máxima demanda a
las horas de demanda más baja. El sistema de gestión activa de la demanda que se estudia
en este Proyecto Fin de Carrera es la exposición a los consumidores a un esquema de
precios de la electricidad dinámico en vez de a una tarifa fija.
Así, se han venido haciendo estudios en todo el mundo que tratan de explicar la respuesta
de los consumidores a esa exposición mediante la estimación de la elasticidad demandaprecio y creando modelos de simulación que calculen los ahorros económicos. En España,
el proyecto de mayor envergadura sobre este tema fue el GAD. A nivel europeo el
ADDRESS. Mientras que internacionalmente, Estados Unidos siempre ha estado a la
vanguardia con proyectos de precios pilotos como el Ontario Smart Price Pilots (OSPP) o
el SPP llevado a cabo en California.
En ellos se concluye que la respuesta de los consumidores está condicionada tanto por su
percepción de ahorro económico conseguido y sus preferencias, como por la naturaleza de
las cargas eléctricas que generan el consumo en sus casas.
En estas líneas, el presente Proyecto Fin de Carrera pretende crear un modelo para realizar
el análisis de los beneficios de los consumidores teniendo en cuenta las características
anteriores. A partir de ahí, se simulan distintos tipos de tarifas horarias para distintos
consumidores residenciales, con el objetivo de ver cuál de ellas es la más eficiente y aporta
mayor beneficio. Además, se hace un análisis de sensibilidades para ver cómo afecta cada
tarifa de electricidad en el gasto del consumidor si éste está más o menos dispuesto a
desplazar las cargas de su casa mediante la variación de una de las elasticidades.
Finalmente, se propone un informe sobre la posible mejor elección de tarifa eléctrica
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personalizado para cada consumidor, que podría ser utilizado como aplicación
multiplataforma.
2. Modelo y Simulación
El modelo se ha diseñado para estudiar las posibles acciones que puede llevar a cabo un
usuario doméstico de electricidad en los aparatos de su casa para optimizar su consumo
frente a un cambio de tarifa eléctrica. Esta tarifa se concibe como variable a lo largo de las
horas del día y su precio determinará las acciones que hará el consumidor.
Para llevar a cabo la optimización, se parte de la demanda inicial de un consumidor durante
un período de monitorización específico. Además, se debe conocer las características del
parque de electrodomésticos que tiene el consumidor en su vivienda modelados según la
Tabla 1.
Equipo eléctrico
Lavadora
Lavavajillas
Secadora
Termo eléctrico
-Fase
calentamiento
-Fase
mantenimiento
Calefacción
eléctrica
A. acondicionado
Frigoríficocongelador
Cocina
Horno
Televisión
Iluminación
Miscelánea
Horas de
funcionamiento
2
2
2
2
Desplazamiento
Reducción
100%
100%
100%
40%
40%
20%
Desplazamiento.
Reducción por programas
económicos o rápidos.
-
30%
-
50%
Imposibilidad
de
desplazamiento por pérdida de
confort del consumidor
Reducción por moderación de la
temperatura y por programas
económicos.
-
50%
-
-
1
1
1
-
Acciones aplicables
No
gestionables
por
la
naturaleza de su consumo o por
resultar inadmisible para el
usuario.
Tabla 1. Características de los electrodomésticos
Una vez identificado esto, se evalúa el consumo gestionable que se ha producido en la
vivienda. Se entiende por consumo gestionable aquél que puede ser desplazado o/y
reducido si el consumidor realiza ciertas acciones. Este consumo es el que se intenta
optimizar cumpliendo una serie de restricciones. El objetivo de dicha optimización es
reducir la factura eléctrica del consumidor, que es directamente proporcional a la energía
utilizada cada hora del día, a la potencia contratada en la vivienda y a la tarifa eléctrica del
consumidor.
Las tarifas que se utilizan para realizar el estudio son las siguientes:




T1: Tarifa sin discriminación horaria.
T2: Tarifa con discriminación horaria de 2 períodos.
T3: Tarifa con discriminación horaria de 3 períodos.
T4: Tarifa con discriminación horaria de 4 períodos.
2
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T5: Tarifa con discriminación horaria de 24 períodos. Es la tarifa RTP (Real Time
Pricing).
Además de esto, el modelo tiene en cuenta la disponibilidad del consumidor a optimizar su
consumo gestionable. El cual incrementa o disminuye según el precio de la energía. Ya que
un consumidor estará más dispuesto a gestionar sus consumos si tiene una percepción de
ahorro más alta. Esto se estudia con el concepto de elasticidades del consumo respecto a la
variación del precio de la energía.
El modelo se aplica a 8 consumidores reales de electricidad. Para todos ellos se tomaron
datos del promedio de la energía utilizada cada hora del día. Los períodos de
monitorización son diferentes para cada uno de los consumidores y van de 52 a 227 días.
En la simulación se aplica el modelo a cada consumidor cambiando los siguientes
parámetros:


Se utilizan 5 tipos de tarifas con discriminación horarias distintas.
Se utilizan 13 valores de elasticidades de sustitución distintas.
En la Figura 1 se muestra la arquitectura de la simulación. El color de cada caja indica si se
trata de una entrada al modelo, un programa de optimización o el volcado de resultados en
Excel. Además, se indica con un logo el software encargado de controlar la ejecución de
cada programa: Excel o GAMS. Por último, se indica un número en cada caja que muestra
el orden secuencial en el que se ejecuta el algoritmo.
Figura 1.Arquitectura de la simulación
0) La macro de Excel se encarga de ejecutar cada uno de los programas de optimización de
forma secuencial y recoger los resultados en un único Excel.
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1) Datos iniciales: Se definen en una hoja Excel los valores de las distintas entradas al
modelo. Como por ejemplo la demanda de cada consumidor cada hora de cada día, la
tarifa inicial y final de cada hora del día, los electrodomésticos que existen en el hogar,
las características técnicas de cada electrodoméstico, la época del año para saber si es
posible encender el aire acondicionado o la calefacción, etc.
2) Asignar Potencia contratada: Conociendo la demanda del consumidor, se obtiene el
valor máximo de potencia para deducir de ahí la potencia contratada de la vivienda del
consumidor.
3) Identificar consumo gestionable: Conociendo el parque de electrodomésticos que tiene
un consumidor en su vivienda, se estima para cada hora del día y todos los días qué
electrodomésticos han estado funcionando.
4) Elasticidades: Se introducen en el modelo las elasticidades de sustitución y propias del
consumidor para cada hora del día. Las elasticidades propias se calculan dependiendo de
los electrodomésticos funcionando en la vivienda.
5) Desplazamientos y Reducciones de consumos gestionables: Conociendo los
electrodomésticos utilizados cada hora y día y teniendo en cuenta las tarifas y
elasticidades, se procede a optimizar las reducciones y desplazamiento de cargas.
6) Comprobar Potencia contratada: Una vez optimizado el consumo se comprueba si se ha
logrado reducir el pico de potencia lo suficiente como para que el consumidor tenga una
potencia contratada menor.
7) Resultados: Con todos los datos se realiza una pestaña Excel que recoge un informe con
los resultados más significativos de la simulación. Algunos valores de este informe son
el gasto anual del consumidor, el ahorro anual del consumidor, la potencia contratada
óptima calculada, el ahorro energético diario, el ahorro por desplazamientos y el ahorro
por reducciones.
3. Resultados y Conclusiones
El ejemplo del detalle de los ahorros económicos del consumidor P1 de la Figura 2 ilustra
muy bien los resultados y conclusiones del estudio.
Se ha concluido que existe una gran variabilidad en los resultados motivado por la gran
diversidad de perfiles de usuarios estudiados. Pero en líneas generales, se concluye que el
hecho de aumentar los períodos de discriminación horaria es beneficioso para aumentar los
ahorros energéticos y económicos de los consumidores de electricidad, ya que les permite
beneficiarse simultáneamente de las acciones de gestión activa de la demanda de
desplazamiento y de reducción de cargas. De esta manera, la tarifa más beneficiosa en
términos económicos es la RTP (Real Time Pricing). Con ella se obtienen, al aplicar el
modelo, ahorros económicos para los consumidores del 28,2% al 94,6%, y ahorros
energéticos de hasta un 14%.
En cualquier caso, debido al reducido tamaño de la muestra disponible, estos resultados son
poco representativos. En el futuro, con un mayor número de datos e introduciendo una serie
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de mejoras propuestas, el modelo presentado en el Proyecto Fin de Carrera será una valiosa
herramienta para evaluar la eficacia y los beneficios de las acciones de gestión activa de la
demanda a nivel doméstico frente a precios variables de la electricidad.
T2
T3
Ed01
22,5%
18,2% 19,7% 30,5%
Ed01
118,3 €
99,9 €
Ed02
22,5%
18,5% 20,0% 30,6%
Ed02
118,5 € 101,1 € 108,1 € 150,6 €
Ed03
22,6%
18,6% 20,1% 30,8%
Ed03
118,8 € 101,8 € 108,9 € 151,6 €
Ed04
22,7%
18,7% 20,3% 30,8%
Ed04
119,3 € 102,5 € 110,0 € 151,8 €
Ed05
22,8%
19,0% 20,6% 31,2%
Ed05
120,1 € 104,0 € 111,2 € 153,5 €
Ed06
23,1%
19,1% 20,9% 31,4%
Ed06
121,6 € 104,8 € 113,0 € 154,6 €
Ed07
23,3%
19,4% 21,3% 31,6%
Ed07
122,7 € 106,4 € 114,9 € 155,4 €
Ed08
23,5%
19,8% 21,6% 31,9%
Ed08
123,6 € 108,5 € 116,9 € 157,3 €
Ed09
23,8%
20,0% 21,8% 32,3%
Ed09
125,4 € 109,5 € 117,8 € 158,9 €
126,6 € 111,0 € 118,3 € 159,9 €
T2
T3
T4
T5
T4
T5
106,6 € 150,1 €
Ed10
24,1%
20,3% 21,9% 32,5%
Ed10
Ed11
24,3%
20,5% 22,0% 32,7%
Ed11
128,0 € 112,1 € 118,8 € 161,0 €
129,2 € 112,7 € 119,2 € 162,0 €
129,2 € 113,2 € 119,2 € 162,9 €
Ed12
24,5%
20,6% 22,0% 32,9%
Ed12
Ed13
24,5%
20,7% 22,0% 33,1%
Ed13
Figura 2. Ahorros económicos porcentuales y monetarios debido a cambios de tarifas para P1
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