Redes inteligentes

Redes inteligentes, ¿una solución para la integración de la generación distribuida?
En los últimos años el sistema eléctrico europeo, y particularmente el español, han visto
aumentar exponencialmente las unidades de generación eléctrica de carácter distribuido. De
hecho, debido a la expansión de las energías renovables, las redes han ido abandonando
progresivamente su naturaleza centralizada.
Hoy en día, y de cara al futuro más próximo, se hace necesario el desarrollo de sistemas de
intercambio de electricidad descentralizados que sean capaces de integrar de la forma más
óptima, eficiente y barata la energía producida por los generadores distribuidos.
En este sentido, en el ámbito europeo, pero también en otros países del resto del mundo, se
están poniendo en marcha diversos proyectos de investigación para el desarrollo de las
llamadas “redes inteligentes”, las cuales están llamadas a ser la solución para los nuevos
desafíos de la generación distribuida.
En el presente artículo, por tanto, analizaremos el concepto y las características fundamentales
de las redes inteligentes, así como los proyectos que hay en marcha en Europa y en España.
¿Qué es una red inteligente y qué objetivos se buscan con ella?
Según la Plataforma de Tecnología Europea de Redes Inteligentes (ETP SmartGrids, por sus
siglas en inglés), las redes inteligentes son interconexiones de electricidad (transporte y
distribución fundamentalmente) que pueden integrar de forma inteligente el comportamiento
y las acciones de sus usuarios, tanto generadores como consumidores, para así distribuir la
electricidad de manera eficiente, sostenible, económica y segura. Para ello, estas redes se
componen de productos y servicios innovadores, así como de sistemas punteros de
monitorización, control y comunicación.
De esta forma, una red inteligente es más que la mera aplicación de avances ya puestos en
práctica, tales como la telemedida a través de contadores bidireccionales. Una red como la
que aquí analizamos no sólo busca la integración de los pequeños generadores y consumidores
distribuidos (smart metering), sino la coordinación de todos los actores, incluyendo los
operadores del sistema, tanto del transporte como de la distribución (smar grid o red
inteligente). La siguiente gráfica de la ETP muestra la composición de este tipo de redes.
Fuente: ETP.
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Así, con la implantación de redes inteligentes se busca mejorar la distribución eléctrica en
varios sentidos.
El primero de ellos es el de facilitar la conexión y operación de generadores de cualquier
tamaño y tecnología, llegando a abaratar su inserción a la red de tal forma que se pueda
prescindir de subsidios, primas o tarifas reguladas, especialmente para el sector de energías
renovables.
También se busca que los consumidores participen en la optimización del sistema en su
conjunto, reduciendo el consumo innecesario y distribuyendo mejor las horas en que se
consume la electricidad. En relación a esto último, con las redes inteligentes se busca poner a
su disposición información relevante para elegir entre diversos tipos de suministro, con
distintos precios según el momento.
Paralelamente se pretende reducir de forma significativa el impacto del sistema eléctrico sobre
el medioambiente, en tanto se fomente la eficiencia energética y las energías renovables. Y
por último, se persigue el objetivo de mejorar la fiabilidad, calidad y seguridad de todo el
sistema, y estimular la integración del mercado eléctrico a nivel europeo.
¿Qué iniciativas existen para el desarrollo de estas redes?
Las redes inteligentes, como comentábamos, se encuentran actualmente en un estadio de
investigación y desarrollo, pero su evolución es necesaria y urgente.
En el caso de la Unión Europea, esta necesidad y esta urgencia vienen dadas por el
denominado “objetivo 20-20-20”, establecido por el Consejo Europeo en marzo de 2007, y
según el cual para el año 2020 el conjunto de los Estados Miembro debe haber alcanzado un
20% de reducción de emisión de gases de efecto invernadero con respecto a las emisiones de
1990, un 20% de ahorro energético respecto a la evolución esperada con las condiciones
actuales (business as usual) y un 20% de presencia de energías renovables en el mix de energía
primaria.
También ha tenido peso en la urgencia de desarrollar este tipo de redes la liberalización del
mercado de la electricidad a nivel europeo, en la medida en que inserta la competencia en el
sector eléctrico y, por tanto, la necesidad de una mayor transparencia en la información de la
energía que se produce y se consume.
De este modo, con el auspicio y la guía de la Dirección General para la Investigación de la
Comisión Europea, nació en 2005 la ETP SmartGrids, la cual tiene como horizonte
precisamente el año 2020 para el desarrollo de distintos proyectos de redes inteligentes.
Todos estos proyectos estarán guiados, por tanto, por tres factores principales: la
liberalización del mercado eléctrico, la implantación de nuevas tecnologías para cumplir con
los objetivos medioambientales y los futuros usos de la electricidad.
Bajo estas premisas, el ETP SmartGrids estableció unas líneas de investigación en el año 2007,
resumidas en cuatro áreas distintas: infraestructuras de distribución inteligente; operación
inteligente, flujos de energía y adaptación del consumidor; activos de red inteligente y
administración de estos activos; interoperabilidad de las redes, y cuestiones transversales de
las mismas.
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Al año siguiente aparece el Documento de “Despliegue Estratégico”, el cual especifica las
prioridades para la innovación en las redes de electricidad. Entre ellas, se encuentran el
acoplamiento de soluciones técnicas, ambientales, regulatorias y culturales para una mejor
asimilación de las investigaciones en la infraestructura existente; el fortalecimiento de
iniciativas compartidas entre distintas ciudades europeas y gobiernos centrales; la
estandarización de dispositivos y sistemas de información y telecomunicación (TIC) aplicados a
las redes, y la promoción de la I+D+i, entre otras.
El desarrollo de estas redes inteligentes así entendidas, se inserta en un programa más grande
a nivel europeo, el llamado Plan Estratégico de Tecnología Energética (SET-Plan, por sus siglas
en inglés), el cual tiene como objetivo general el impulso de tecnologías bajas en emisión de
carbono y que incluye otros ámbitos como la captura y almacenamiento de CO2, las iniciativas
solar y eólica, o la fusión nuclear.
En este marco, por tanto, se han desarrollado en Europa diversos proyectos de desarrollo de
redes inteligentes, en los cuales participan diversas empresas e instituciones de los Estados
Miembro de la Unión Europea.
Uno de ellos es el denominado Micro-red. Este proyecto busca la implantación de sistemas de
distribución locales en baja tensión, a base de fuentes de energía distribuidas, dispositivos de
almacenaje y control de carga, que pueden estar conectados a la red principal o quedar
aislados. De esta forma, un barrio, una pequeña población, un parque industrial, podrían
autoabastecerse parcial o totalmente de energía, beneficiándose de una mayor eficiencia
energética y de la reducción del consumo eléctrico y del impacto ambiental.
En España concretamente, este proyecto se ha hecho realidad en Derio, Vizcaya, donde
Tecnalia ha puesto en marcha un laboratorio de Demostración y Tecnologías en Recursos
Distribuidos en sus propias instalaciones, el cual reúne un parque de generadores distribuidos
(fotovoltaicos, mini-eólico y diesel), sistemas de almacenamiento y cargas controlables, que de
momento se utiliza como banco de pruebas. Para más detalle de este y otros proyectos de
micro-red,
se
puede
consultar
la
página
web
de
More
Microgrids,
www.microgrids.eu/default.php1.
Otro de los proyectos de la ETP-SG es el proyecto Fenix, que busca estimular las fuentes de
energía distribuida (DER, por sus siglas en inglés) y energías renovables locales (RES)
maximizando su contribución al sistema eléctrico a través de su inclusión en las llamadas
Centrales Eléctricas Virtuales de Gran Escala (LSVPP) y de su gestión descentralizada. Esta
inclusión permite que las DER y RES ganen acceso y visibilidad en el mercado eléctrico, por lo
que se hacen más flexibles y controlables que si estuvieran aisladas las unas de las otras.
Estos sistemas, según se explica en el sitio web de Fenix (www.fenix-project.org), dan solución
a dos problemas ligados a las DER y las RES: el problema de los elevados costes derivados de
una política aplicada hasta hoy de “fit and forget” (una forma pasiva de conectar los
generadores distribuidos a la red, que no permite alcanzar economías de escala) y el problema
de la gestionabilidad de estas fuentes de energía, que muchas veces necesitan el respaldo de
grandes centrales eléctricas de generación más flexible, tales como las de ciclo combinado o
térmicas de carbón.
1
Valga citar otros proyectos de Tecnalia en este sentido, como el de la micro-red del barrio de Salburua, en VitoriaGasteiz, y otras dos microrredes en las ciudades de Szentendre (Hungría) y Dale (Noruega).
http://www.energiasrenovables.com/paginas/Contenidosecciones.asp?ID=14&Cod=19950&Nombre=RSS
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El objetivo final del proyecto Fenix es, por tanto, el de conceptualizar, diseñar y demostrar la
arquitectura técnica y el marco comercial que permitiría a las fuentes distribuidas de energía
convertirse en actores protagonistas del suministro eléctrico en la UE.
En España, este proyecto tiene una expresión concreta en una LSVPP ubicada en la provincia
de Álava, cuyo triple objetivo es el de participar en el mercado diario de la electricidad de
forma que se pueda prever su producción eléctrica al menos con un día de antelación; ofrecer
servicios auxiliares a dicho mercado, y contribuir a los niveles de voltaje en el transporte y la
distribución. En el sitio web del proyecto se puede ver un video explicativo en inglés.
ADDRESS es un tercer proyecto dentro del ETP-SG, y se encarga fundamentalmente de
estimular la denominada “demanda activa”, es decir, la participación activa de consumidores
domésticos y pequeños comercios en el mercado eléctrico, brindando un servicio a otros
participantes a través de una interacción en tiempo real (entre 20 y 30 minutos) basada en
señales de precio y de volumen de electricidad. Su página web es http://www.addressfp7.org.
La figura en la que descansa la demanda activa es la de la “agregación”, que es el proceso de
enlazar pequeños grupos de clientes industriales, comerciales o residenciales en una unidad
eléctrica más grande para hacerlos más visibles desde el punto de vista del sistema. Se
diferencia de la Central Eléctrica Virtual en que puede agrupar no sólo a los productores, sino
también a los consumidores de electricidad, todos ellos enlazados a través de la figura del
“agregador”.
Así, el “agregador”, o entidad encargada de la labor de agregar unidades de consumo o
generación, construye una unidad flexible y gestionable a partir de recursos energéticos
distribuidos, que de forma aislada no serían ni flexibles ni gestionables. De esta forma, se
puede ofrecer servicios energéticos tanto a consumidores, como a productores, a operadores
del sistema, entre otros.
Según el proyecto EU-DEEP (http://www.eudeep.com), otro proyecto, ya finalizado, que
también se basó en el concepto de “agregación”, este tipo de red inteligente irá creciendo con
el tiempo debido a cuatro razones fundamentales. En primer lugar, porque la agregación
minimiza las barreras de acceso al mercado eléctrico por parte de pequeños consumidores y
productores distribuidos de energía, con lo que se revaloriza la generación eléctrica
distribuida. En segundo lugar, la agregación se verá beneficiada con el desarrollo del “net
metering”, es decir, con la posibilidad de poder consumir o insertar a la red la energía
producida a pequeña escala. También se extenderá su uso porque permite optimizar la
generación y el consumo a través de operaciones de control sobre una gran cantidad de
unidades de generación eléctrica distribuida. Y en último lugar, porque su coste de operación
irá bajando gracias a su aplicación en servicios alternativos relacionados con la energía, tal
como la venta de electricidad en el mercado minorista.
Todas estas iniciativas cuentan con el apoyo tanto de la Red Europea de Operadores del
Sistema de Transporte de electricidad (ENTSO-E, por sus siglas en inglés), la Asociación
Europea de Operadores del Sistema de Distribución de Redes Inteligentes (EDSO-SG), los
Reguladores Europeos de la Energía (ERGEG y CEER) y la misma Comisión Europea. De hecho,
estas asociaciones prepararon y publicaron en mayo del presente año 2010 la Iniciativa
Europea de Red de Electricidad (EEGI), con el objetivo de seguir desarrollando innovaciones en
el sistema eléctrico hasta el año 2018 y con un presupuesto global de dos mil millones de
euros.
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Otros programas de implantación de redes inteligentes existen en otros países del mundo
como en Estados Unidos2, Canadá3, China4, Australia5 y Corea6. Al calor de estos programas
nació el Foro Mundial de Redes Inteligentes, que este año tuvo su sede precisamente en
Corea7.
¿Qué proyectos hay en España?
Ya hemos comentado algunos de los proyectos que se desarrollan en España bajo el marco de
la ETP-SG. Pero cabe recordar dos iniciativas que van en la línea de la construcción de redes
inteligentes: hablamos de la constitución del Centro de Control del Régimen Especial de Red
Eléctrica de España (CECRE) y de la aprobación del denominado Plan Contador.
El CECRE es una iniciativa pionera a nivel mundial. Se trata de un Centro de Control de la
Generación de energías renovables, principalmente energía eólica, encargado de integrar la
electricidad que estas energías producen, en condiciones de seguridad para el conjunto del
sistema. Para la eólica por ejemplo, se dispone de información sobre la capacidad instalada por
comunidades autónomas, la producción eléctrica en tiempo real y los llamados “huecos de
tensión” (descensos bruscos de tensión que provocan pérdidas de generación eólica). Así, el
CECRE es capaz de calcular en cada momento (cada doce segundos) la cantidad de energía
renovable que se puede incorporar al sistema eléctrico, considerando siempre el estado del
sistema (www.ree.es).
A priori, no responde a ninguno de los modelos de red inteligente que se han desarrollado en
el marco de la ETP-SG, pero contribuye a sus objetivos puesto que optimiza la electricidad
generada por energías renovables que se encuentran distribuidas en multitud de puntos de la
geografía española.
El Plan Contador, por su parte, es una iniciativa del Ministerio de Industria, Comercio y
Turismo, aprobada por la Comisión Nacional de la Energía, para la implantación de contadores
que permitan la telegestión y la telemedida (la obtención detallada de los datos del consumo y
su gestión flexible), de manera que los consumidores de electricidad puedan decidir cuándo
hacer uso de la misma dependiendo de su precio en cada momento. Los consumidores pueden
solicitar, gracias a este plan, que las empresas distribuidoras realicen el cambio de su contador
en un plazo máximo de 9 meses.
Este Plan complementa una disposición anterior, contenida en la Orden ITC/3860/2007, por la
cual se estipulaba que para el 31 de diciembre de 2010 fuera sustituido un 30% de los
contadores de los consumidores que tuvieran una potencia contratada de hasta 15 KW. Algo
que según la propia CNE no se logrará, por lo que se habrán de ampliar los plazos.
Este tipo de contadores abrirá el camino, por tanto, a un uso más eficiente de la electricidad,
puesto que cada consumidor sabrá en términos exactos la cantidad de energía que consume y
el precio que paga por ella en cada momento. Esto facilitará un mejor reparto del consumo en
términos globales y, así, se aprovechará mejor la electricidad proveniente de fuentes no
2
http://frwebgate.access.gpo.gov/cgi-bin/getdoc.cgi?dbname=111_cong_public_laws&docid=f:publ005.pdf
http://www.e-laws.gov.on.ca/html/source/statutes/english/2006/elaws_src_s06003_e.htm
4
http://www.ewh.ieee.org/cmte/ips/2007GM/2007GM_china_intro.pdf
5
http://www.climatechange.gov.au/government/programs-and-rebates/smartgrid.aspx
6
http://www.smartgrid.or.kr/eng
7
http://english.wsgf.co.kr/
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gestionables, como las renovables, que no necesariamente producen en las horas de demanda
pico.
Asimismo, este tipo de contadores facilitarán en el futuro el denominado “net metering”, que
no es más que la posibilidad de consumir la electricidad que se produce de forma distribuida
en un hogar, en un comercio o en una fábrica e insertar a la red la energía sobrante. Esto, a su
vez, será un elemento tecnológico imprescindible para la implantación a gran escala de los
proyectos de red inteligente que hemos analizado: las microrredes, las centrales virtuales de
electricidad y la demanda activa.
¿En qué aspectos puede beneficiar todo esto a la generación eléctrica fotovoltaica de ámbito
urbano?
La generación eléctrica fotovoltaica de ámbito urbano es a todas luces una fuente de
generación eléctrica de carácter distribuido, por lo que puede beneficiarse de todos los
aspectos de las redes inteligentes que se están desarrollando en la actualidad y que pretenden
implementarse en el futuro a lo largo y ancho de Europa.
La aplicación de soluciones como las microrredes o las centrales virtuales de electricidad, junto
con la implementación de tecnologías innovadoras como los contadores bidireccionales con
telegestión y telemedida, permitirán dar mayor presencia en el mercado eléctrico a los
pequeños productores y consumidores de electricidad. De esta forma, la generación
distribuida así gestionada permitirá alcanzar mayores cotas de eficiencia energética, ya que la
producción y el consumo estarán cada vez más próximos y se evitarán grandes pérdidas por el
transporte, permitirá reducir costes de inversión, así como reducir los impactos sobre el medio
ambiente y mejorar la calidad y seguridad en el suministro.
¿Qué podemos hacer hasta que se implanten por completo las redes inteligentes?
Hasta que estas innovaciones se hayan extendido en las redes eléctricas de España y del resto
de Europa, conviene ir dando pasos encaminados a implantar fuentes de generación
distribuida en los diversos ámbitos urbanos.
En este sentido, la energía solar fotovoltaica es la más accesible para el ciudadano medio que
tenga interés en participar en la generación de un tipo de electricidad que está abocada a ser
eficiente y limpia. La propuesta de Huerta Solar Urbana enarbolada por ecooo, da una facilidad
adicional, en la medida en que da la opción a todos aquellos que no tengan el suficiente
espacio en el tejado de su casa para poner una instalación solar fotovoltaica, a participar en
instalaciones colocadas sobre cubiertas industriales, de instituciones públicas, etc; todas
ubicadas en centros urbanos que en el futuro formarán parte de las redes inteligentes.
Tendremos que ir preparando el terreno para abandonar las ineficiencias de un modelo de “fit
and forget” y explotar las ventajas de un modelo inteligente, en el cual no sólo circulará
electricidad, sino también información. Debemos ir preparándonos para ser al mismo tiempo
consumidores y productores; para ser, en definitiva, una demanda activa que optimice al
máximo el uso de la energía y que, por tanto, reduzca tanto su coste, como sus impactos sobre
el medioambiente. En esa línea se encuentra el futuro eléctrico.
Julio de 2010
Andrés Celave - Dpto. de Estudios e Investigación de ecooo
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