La digitalización de las viviendas, edificios y redes eléctricas, basada en una arquitectura de IoT para democratizar la gestión eficiente de la energía a través de un ecosistema flexible e interoperable, es la base de la investigación del proyecto europeo InterConnect. El objetivo es desarrollar soluciones que permitan que la flexibilidad de la demanda de energía pueda integrarse sólidamente con beneficios efectivos para los usuarios finales.
Liderado por el Instituto de Ingeniería, Tecnología y Ciencias de Sistemas y Computación (INESC Tec) de Portugal, el proyecto InterConnect cuenta con un consorcio compuesto por 74 miembros procedentes de Alemania, Países Bajos, Bélgica, Portugal, Serbia, Polonia, Grecia, Eslovenia, Austria, Italia y Francia.
El consorcio cuenta con cinco años (octubre de 2019-marzo de 2024) y una financiación de 35.827.300 euros, de los cuales 29.99.513 euros están financiados por el programa de investigación Horizonte 2020 de la UE, para cumplir con los objetivos, que se centran en ocho áreas: normalización de datos, ontologías, plataformas digitales, IoT, soluciones en la nube, gestión inteligente de la red eléctrica, big data y ciberseguridad.
Objetivos de InterConnect
Respecto a los objetivos de InterConnect, estos tienen como base el desarrollo de la interoperabilidad semántica para los dispositivos y sistemas, con el fin de soportar una amplia variedad de casos de uso relacionados con los servicios energéticos y no energéticos para edificios y redes eléctricas, hacia su adopción universal y disponibilidad para los usuarios finales.
El proyecto tiene el foco en tres objetivos principales. El primero es diseñar una caja de herramientas de mercado interoperable respaldada por una nueva arquitectura de referencia de IoT que defina la interconexión entre diferentes plataformas digitales y alinee los estándares y ontologías existentes, para que las partes interesadas se centren en el desarrollo de servicios innovadores hacia un ecosistema energético centrado en el ser humano.
El segundo objetivo es demostrar, a través de pilotos a gran escala, la implementación de un mercado digital compuesto por diferentes plataformas y mostrar la satisfacción de las necesidades de los usuarios de energía con soluciones rentables, que permitan a los diferentes agentes del mercado crear su valor y, al mismo tiempo, garantizar altos niveles de ciberseguridad y privacidad de datos.
Por último, la existencia de la cocreación, con el objetivo de involucrar a los ciudadanos para diseñar servicios y aplicaciones energéticas y no energéticas que fomenten la participación activa en nuevos modelos de negocio y operación de la red, al tiempo que garanticen entornos de vida cómodos, eficientes, sostenibles y más saludables.
Arquitectura y soluciones de InterConnect
La arquitectura de referencia de InterConnect se denomina arquitectura de referencia de viviendas/edificio inteligente seguro e interoperable de IoT y de energía inteligente (SHBERA). Esta arquitectura se divide en diferentes dominios: el dominio de la energía (SERA), el dominio IoT (SHBIRA), el dominio de integración técnica para la interoperabilidad (IF) y el dominio de la ingeniería semántica (SIL).
A su vez, estos dominios tienen sus propios dominios. En el caso de SHBIRA incluye diferentes componentes, como dispositivos de energía, no energéticos, sensores, medidores inteligentes, e incluso, de movilidad. Por su parte, SERA introduce dominios que proporcionan una estructura y visión general.
De esta forma, se podrá integrar las viviendas, los edificios y los electrodomésticos conectados con la red de energía inteligente. Para el sistema energético, esto significa la integración del sistema y la optimización de la generación distribuida/renovable, el almacenamiento y el consumo flexible, lo que requiere tecnologías inteligentes interoperables instaladas a nivel de edificio.
En base a esto, InterConnect ha desarrollado dos soluciones. Por un lado, el marco de interoperabilidad semántica (SIF) es una solución integral para permitir la interoperabilidad en el sector energético. Esta solución está compuesta por cinco piezas principales que aportan comodidad, eficiencia y seguridad a los hogares de los usuarios finales. A través de estas tecnologías, el SIF fomenta una alianza más estrecha entre todos los actores de la cadena de valor.
Por otro lado, está la interfaz del operador del sistema de distribución (DSO), una plataforma basada en la nube para acceder a un conjunto de servicios que utiliza los servicios de flexibilidad en un enfoque distribuido y aumenta la visibilidad de la red de bajo voltaje. DSO garantiza el acceso a nuevos productos de flexibilidad estandarizados proporcionados por hogares, edificios y comunidades inteligentes en nuevos mercados a través de una interfaz totalmente interoperable y replicable.
Funcionamiento de InterConnect
Para conseguir el objetivo principal de InterConnect, que se basa en la estandarización de la interacción entre dispositivos, sensores y servicios inteligentes, los algoritmos de machine learning (ML) juegan un papel importante en el proyecto. En especial, los que realizan algún tipo de pronóstico, como predecir el consumo de energía para dispositivos inteligentes y hogares en general. La incorporación de una interfaz uniforme a los servicios que sea capaz de aplicar el aprendizaje automático de manera estandarizada beneficia la reutilización y mejora la adopción de los mismos.
Para garantizar la interacción entre los dispositivos, sensores y servicios inteligentes, el proyecto utiliza la ontología de referencia de electrodomésticos inteligentes (SAREF) y sus extensiones, obteniendo los esquemas y vocabularios que se usan para expresar las capacidades, los detalles de interacción y otros aspectos de los componentes inteligentes y los servicios facilitadores, incluyendo los parámetros y valores de medición.
Esto abre la posibilidad de explorar cómo las mediciones expresadas en SAREF se pueden convertir automáticamente en la entrada esperada por algoritmos de aprendizaje automático bien conocidos que pueden manejar este tipo específico de entrada. Por ejemplo, una tarea de clasificación se basa en un conjunto fijo de valores (abierto o cerrado) y una tarea de estimación suele utilizar un rango numérico (por ejemplo, 24,2°C).
Pilotos a gran escala en Europa
Toda esta tecnología se ha implementado en ocho demostraciones a gran escala en toda Europa, repartidas en siete países diferentes, y un piloto más general. Aunque cada piloto tiene su propio propósito, todos tienen una cosa en común: la interoperabilidad que permite la replicabilidad. Para ello, los pilotos de InterConnect se basan en el marco de interoperabilidad semántica (SIF).
Entre los ocho pilotos, se encuentra el piloto de Grecia, que utiliza todos los componentes del marco de interoperabilidad semántica. En este caso, el proyecto está creando una cadena completa a partir de la generación de energía y llegando a los usuarios finales de los hogares reales.
Para ello, las viviendas inteligentes se están equipando con soluciones tecnológicas avanzadas de extremo a extremo, como puertas de enlace IoT, sensores, medidores de energía y dispositivos inteligentes.
Otro proyecto es el holandés que aplica SIF para la dirección automática de 300 electrodomésticos, al tiempo que presenta un nuevo concepto de vida inteligente llamado iWonen, que se implementará en los nuevos edificios residenciales llamados Next, construidos en el centro de Eindhoven (Holanda).
El resto de los pilotos se ubican en Francia, Portugal, Alemania, Bélgica e Italia. En estos proyectos se está trabajando en maximizar el autoconsumo de las energías renovables de producción local para reducir el costo del consumo de electricidad en edificios públicos y viviendas; así como explorar plataformas digitales interoperables para servicios energéticos y no energéticos basados en soluciones de conectividad híbrida y en la nube.
Además, se está abordando la gestión de escenarios de sobrecarga y subcarga mediante la comunicación bidireccional desde la red hasta el nivel del dispositivo a través de un sistema de gestión de energía (EMS); y se está probando y demostrando un sistema de gestión de energía para el hogar (HEMS) interoperable y compatible con SAREF, para apartamentos domésticos, con la participación de diferentes fabricantes de electrodomésticos, entre otras cuestiones.