Optimizando flujos de energía entre vecinos que generan y consumen

La electricidad es una de las piedras angulares para que funcione una sociedad moderna, y en concreto, el mercado de la energía renovable se está desarrollando rápidamente, debido a las crecientes demandas de energía y una mayor conciencia de los cambios climáticos. Esto consecuentemente abre nuevas e interesantes oportunidades.

En su estado actual el sistema eléctrico se basa en grandes centrales que centralizan la producción, basadas en tecnologías que emplean combustibles fósiles y en ocasiones mediante renovables. El requisito de una mayor presencia de fuentes renovables, no obstante, va a exigir abrir el sistema considerablemente a otros paradigmas de generación, como son la distribuida. Igualmente, en regiones donde las grandes infraestructuras de transporte y distribución de electricidad no están presentes veremos probablemente un modelo de electrificación muy diferente al existente en el actual mundo desarrollado.

La generación distribuida consiste en la generación de energía eléctrica mediante muchas y más pequeñas fuentes de generación, instaladas cerca del consumidor que se conecta a la red de distribución de energía eléctrica. Tener distribuida la generación reduce pérdidas en la red y descarga la red de transporte, y como hay pequeñas fuentes de generación (micro-generación) repartidas por el territorio, el fallo de una de las fuentes no supone un grave problema para el sistema eléctrico, por lo cual mejora la fiabilidad, calidad y seguridad del sistema eléctrico. La generación distribuida tiene como pilar básico las energías renovables y sistemas avanzados de automatización y control, y se establece como una parte fundamental en las microrredes eléctricas, que integran la red eléctrica de manera inteligente con las acciones de los usuarios que se encuentran conectados a ella (generadores, consumidores y aquellos que son ambas cosas a la vez), con el fin de conseguir un suministro eléctrico eficiente, seguro y sostenible (B. Hamilton and M. Summy, “Benefits of the smart grid,”).

Un ejemplo de microrred eléctrica totalmente off-grid es la del Centro de Innovación Norvento Enerxía (CIne), que satisface la totalidad de las necesidades energéticas del edificio, tanto de electricidad como de calor y frío, a través de diferentes fuentes renovables presentes in situ, lo que permite al edificio funcionar de manera autónoma desconectado por completo de la red eléctrica y de gas.

Estas microrredes utilizarán equipos y servicios innovadores, junto con nuevas tecnologías de comunicación, control, monitorización y auto-diagnóstico, que ayudarán a conseguir los siguientes objetivos:

  • Robustecer y automatizar la red, mejorando la operación de la red, los índices de calidad y las pérdidas en la misma.
  • Optimizar la conexión de las zonas con fuentes de energía renovable, optimizando las capacidades de conexión y minimizando el coste de conexión de estas.
  • Desarrollar arquitecturas de generación descentralizadas, permitiendo el funcionamiento de instalaciones de menor tamaño (Generación distribuida) en armonía con el sistema.
  • Mejorar la integración de la generación intermitente y de nuevas tecnologías de almacenamiento.
  • Avanzar en el desarrollo del mercado de la electricidad, posibilitando nuevas funcionalidades y servicios a los comercializadores y a millones de consumidores en el mercado.
  • Gestión activa de la demanda, permitiendo que los consumidores gestionen de manera más eficiente sus consumos y mejorando la eficiencia energética.
  • Posibilitar la penetración del vehículo eléctrico, acomodando estas nuevas cargas móviles y dispersas a la red, minimizando el desarrollo de nueva infraestructura y habilitando las funcionalidades de almacenamiento de energía que poseen.

Figura 1. Elementos de generación, almacenamiento y consumo en una microrred eléctrica. Fuente propia

Las microrredes, junto con el internet de las cosas y tecnología  Blockchain “peer-to-peer”, permiten a empresas y particulares gestionar, almacenar y monetizar su propia energía. Supongamos el caso práctico de transacción energética entre vecinos, mostrado en la figura 2, en la que se establecerán una serie de pasos lógicos para completar con éxito dicha transación:

  • Paso 1: un particular, empresa o institución tiene una instalación de energía fotovoltaica en su tejado (u otra fuente de generación de energía indistintamente). Como generador de energía (prosumidor), le interesa vender a terceros los excedentes energéticos de su instalación.
  • Paso 2: un particular, empresa o institución tiene el objetivo de comprar (consumidor) energía de su vecino (prosumidor). Para ello, a través de una app móvil, el consumidor compra un token representativo de una cantidad determinada de energía (kWh). El precio al que el consumidor comprará el token, será similar el precio del kWh tradicional, ya que que de otro modo el consumidor no compraría el token, y optaría por comprar en el mercado eléctrico tradicional. Esta compra puede realizar de forma manual, o bien, por un sistema de gestión automático que garantice un precio de compra competitivo.
  • Paso 3: el medidor eléctrico del prosumidor almacenará cuanta energía eléctrica excedentaria ha generado su instalación (kilovatios-hora), almacendo el valor en forma de token.
  • Paso 4: el prosumidor, puede ahora vender el token a mercado, ganando una cantidad proporcional de $ a la energía que ha generado (número de tokens almacenados en el medidor eléctrico).

Figura 2. Transacción energética entre vecinos prosumidores y consumidores de energía eléctrica. Fuente: LO3 Energy 

Este es un ejemplo simplificado de transacción energética entre vecinos, autónoma, inteligente y sostenible, la cual permite que los usuarios de estas microrredes o instalaciones de generación distribuida compartan toda la electricidad autogenerada intercambiando sus excedentes y maximizando el ahorro en la factura final. El primer proyecto piloto ejecutado fue la microrred de Brooklyn, donde vecinos conectados en una infraestructura de red existente, intercambiaron transacciones de energía entre ellos con éxito.

El mundo está afrontando un cambio de modelo energético. Estamos evolucionando desde un modelo piramidal y unidireccional formado por generación centralizada, transporte y distribución, comercialización y consumo, hacia un nuevo modelo orgánico y bidireccional, en el que la generación centralizada compartirá el protagonismo con la generación y acumulación distribuidas, y donde los usuarios finales pasarán a gestionar activamente su propia demanda, siendo más responsable de cómo genera y consume su energía.

La penetración en el mercado de esta tecnología se ve apoyada por los objetivos energéticos europeos del plan de descarbonización. Éstos responden a la necesidad de avanzar hacia un modelo energético más eficiente y sostenible en el uso de la energía, que reduzca nuestra dependencia energética exterior y contribuya a la lucha contra el cambio climático, siendo capaz de abastecer de forma sostenible el incremento de la demanda de energía global que se prevé de aquí a 2050 (International Renewable Energy Agency IRENA).

No obstante, son varios los obstáculos que esta tecnología se está encontrando, entre los cuales destacan la gestión de las facturaciones de los repartos de la energía, tanto entre los autoconsumidores como entre las empresas implicadas en el proceso, como las distribuidoras y las comercializadoras. Además, la complejidad de la gestión del sistema varía en función de los distintos escenarios, siendo necesarios sistemas de control y gestión específicos y avanzados para casos como el de viviendas unifamiliares, o casos más complejos como puede ser el de un gran centro comercial con baterías, o como el proyecto de Power Ledger, donde se utilizó una plataforma de transacciones peer to peer para monetizar las transacciones de cobro de recargas de vehículo eléctrico en Santa Clara, Silicon Valley.

Recursos

Agencia Internacional de la Energía (2018). World Energy Outlook, 2018

Giannakopoulou, E. & Henbest, S. (2016). New Energy Outlook 2016.

International Renewable Energy Agency (n.d).

IPCC, 2014. Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático. Climate change (2014).

Massachusetts Institute of Technology (2016). Utility of the Future.

  1. Hamilton and M. Summy, “Benefits of the smart grid,” IEEE Power Energy Mag., vol. 9, no. 1, pp. 104–102, Jan.–Feb. 2011.

Mitt, S. (2018). Blockchain Application – Case Study on Hyperledger Fabric. Tesis doctoral no publicada, University of Tartu, Estonia.

Zhang D., Zhang Z., Chen L., Li S., Huang Q., Liu Y. (2018). Blockchain Technology Hyperledger Framework in the Internet of Energy. IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science 168 (2018) 012043  doi :10.1088/1755-1315/168/1/012043

Grid Singularity (n.d).

LO3 Energy (n.d).

Power Ledger.

La clave del nuevo modelo energético. El Economista

Brais Varela Romero

bvarelaBrais es Ingeniero Industrial por la Universidad de León y miembro del equipo de Electricidad y Control de Norvento. Contacta con Brais