Comunicación presentada al V Congreso Edificios Inteligentes
Autores
- Juan Manuel Espeche, Gerente de Innovación, R2M Solution Spain
- Iván Aranda, Gerente de Proyectos, R2M Solution Spain
- Tatiana Loureiro, Gerente, R2M Solution Spain
- Raymond Sterling, Director, R2M Solution Spain
Resumen
Apoyando la implementación de la visión de un «internet de energía», el proyecto europeo DRIvE, financiado por la Unión Europea con GA 774431, trae al sector de la edificación los desarrollos de última tecnología basados en sistemas multi-agente, control predictivo, blockchain y ciber-seguridad para destapar el potencial que albergan los edificios para implementar servicios de respuesta a la demanda en las redes de distribución eléctrica. DRIvE desarrolla una plataforma para optimizar el uso de la flexibilidad habilitada por los edificios para maximizar la penetración y el aprovechamiento de las fuentes de energía renovable y ayudar al balance de la red eléctrica.
Palabras clave
Respuesta a la Demanda, Gestión del Autoconsumo, Gestión de la Flexibilidad, Sistemas Multi-agente
Integración
Es ampliamente reconocido que incrementar la flexibilidad en la red eléctrica es clave para poder operar, de forma óptima y segura, los sistemas integrados de generación, transmisión y distribución en presencia de altas cuotas de generación renovable variable (VRES por siglas en inglés). La flexibilidad es la capacidad del sistema eléctrico de mantener la continuidad del servicio ante cambios repentinos en la generación y la demanda. En el sistema tradicional, la flexibilidad recae principalmente sobre la generación, pero en sistemas con gran penetración de renovables no controlables (solar, eólica, etc.), mayores niveles de flexibilidad son necesarios para mantener la robustez del sistema ya que las variaciones entre la generación y la demanda crecen a niveles mucho más elevados de lo que se ven en sistemas tradicionales de generación.
El incremento en la penetración de renovables no controlables reduce la capacidad del sistema de generación de proveer flexibilidad dada la naturaleza estocástica de dicha generación renovable. Esta situación conlleva a la aparición de la llamada “brecha de flexibilidad” que deberá ser cubierta con nuevas formas de flexibilidad. La Figura 1 muestra una ilustración de cómo la brecha de flexibilidad va aumentando en relación al aumento de las energías renovables no controlables y cómo dicha brecha ha de ser cubierta por diversos tipos de flexibilidad en el lado del consumo de energía (la demanda).
La fuente más significante de flexibilidad en un futuro escenario con alta penetración de energías renovables no controlables es Respuesta a la Demanda (o Demand Response – DR, en inglés). DR crea oportunidades para que los consumidores de energía jueguen un papel importante en la operación de la red eléctrica reduciendo o ajustando sus patrones de consumo en respuesta a tarifas horarias u otros tipos de incentivos económicos. Los programas de respuesta a la demanda están siendo usados hoy en día por operadores y planificadores del sistema eléctrico basados en la flexibilidad que pueden proveer grandes consumidores industriales conectados a la red de media o alta tensión. El reto ahora es el de desbloquear y valorizar el potencial de respuesta a la demanda que se encuentra latente en la red de distribución donde las mayores fuentes de flexibilidad son los edificios residenciales y terciarios que representan un 70% del total del potencial de DR como se muestra en la Figura 2.
Valorizar el potencial de respuesta a la demanda de los edificios residenciales y terciarios resultará en un rol más activo del distribuidor de energía eléctrica en el ecosistema de la red eléctrica abriendo nuevos servicios y modelos de negocio a nivel local. Para realizar este objetivo, varias barreras deben sortearse:
- Desarrollo de la infraestructura informática que habilite los servicios de respuesta a la demanda permitiendo la comunicación bidireccional a través de soluciones interoperables para la monitorización y el control de los activos energéticos.
- Introducir soluciones innovadoras para la optimización y el control efectivo de un portafolio de activos energéticos distribuidos.
- Lograr el compromiso de los usuarios finales ya que son ellos los que deben participar activamente y ser estimulados para ser parte de programas de respuesta a la demanda.
- Garantizar la gestión segura de los datos sensibles que son transmitidos por los diversos actores involucrados en la gestión de la red eléctrica para proteger de ataques cibernéticos.
- Desarrollar nuevos modelos de negocios donde se potencien los servicios que se prestan a los diferentes actores de la red eléctrica para estimular su participación.
- Crear un marco reglamentario acorde con los nuevos modelos de negocio ya que actualmente no hay reglas claras de cómo implementar programas de respuesta a la demanda donde se especifiquen los esquemas de pago, los procedimientos estándar, etc.
DRIvE desbloqueará el potencial que tienen los edificios residenciales y terciarios de contribuir en programas de respuesta a la demanda a través de una plataforma completa que valorizará e integrará la cadena de valor desde la planificación y diseño de los activos energéticos hasta su operación optimizada en la futura generación de redes inteligentes. Todo esto allanando el camino para un mercado donde los programas de respuesta a la demanda estén completamente implementados en las redes de distribución.
El proyecto
El paradigma actual de Smart Grid para respuesta a la demanda se basa en la gestión centralizada de un número limitado de activos controlables individualmente a través de estrategias de control simples y eficientes. Esta forma de implementar respuesta a la demanda previene la explotación completa del potencial y los servicios posibles por diferentes maneras de gestión de la red eléctrica previniendo la interacción directa entre los productores de energía y los usuarios finales que además hoy en día tienen un apetito por participar de forma activa en la transición energética hacia sistemas con energías limpias. Faltan en el mercado soluciones confiables y económicas que lideren el camino hacia la nueva generación de Smart Grids. Para romper el existente estatus-quo, DRIvE está desarrollando, demostrando y validando una infraestructura informática completa e integrada compuesta de soluciones de gestión energética que habilitan la participación de edificios terciarios y residenciales en los programas de respuesta a la demanda integrado en una plataforma para la gestión segura y efectiva de la flexibilidad a nivel de la red de distribución.
Objetivos
Desbloquear el potencial para la implementación de programas de respuesta a la demanda en edificios residenciales y terciarios a través de soluciones económicas y 100% interoperables que integran algoritmos avanzados de optimización y predicción de demanda.
Optimización de la flexibilidad en la red de distribución a través de una plataforma informática integrada para sistemas de respuesta a la demanda basada en sistemas multi-agente y orientada para su uso por agregadores. La plataforma integra los últimos avances en control distribuido en tiempo real, inteligencia artificial y comunicaciones.
Demostración de comunicaciones seguras a través del diseño e implementación de componentes de ciberseguridad para Smart Grids.
Involucrar y estimular la participación de usuarios finales en programas de repuesta a la demanda a través de un portal del consumidor dedicado.
Metodología
DRIvE habilita y potencia la gestión de la flexibilidad en la red eléctrica a nivel de edificios y distritos. Esto lo logra mediante la valorización y explotación de las capacidades para respuesta a la demanda inherentes a los edificios residenciales y terciarios a través de nuevos modelos de negocio y servicios que hacen realidad la implementación de respuesta a la demanda en la red de distribución.
DRIvE pone el foco en la red de distribución (media y baja tensión), desarrollando soluciones tecnológicas de respuesta a la demanda para edificios y activos como renovables y almacenamiento, a la vez que provee una plataforma informática completamente interoperable, que se puede comunicar con los usuarios y el operador de la red. Los edificios se conectan a la red a través de equipos con la tecnología base de DRIvE. Como parte del proyecto, estos equipos se potenciarán e integrarán con servicios de predicción, optimización y ciberseguridad. La habilitación de una comunicación bidireccional con el agregador energético permitirá a los edificios la participación en programas de respuesta a la demanda de tipo implícito (o basados en tarifas) y explícitos (basados en incentivos). Por otra parte, el agregador podrá explotar al máximo la flexibilidad ahora valorizada con la que podrá ofrecer nuevos servicios a los usuarios de la red de distribución e incluso al operador de la red de distribución. El proceso principal de DRIvE consiste en tres fases:
1. Desbloquear y valorizar el potencial de los edificios para participar en esquemas de respuesta a la demanda.
2. Habilitar una gestión efectiva y segura de la red de distribución de energía eléctrica.
3. Hacer un uso sinérgico de actividades de validación para potenciar el desarrollo de DRIvE.
DRIvE integra conceptos innovadores como son los sistemas multi-agente y la tecnología blockchain con el marco USEF (Universal Smart Energy Framework) para facilitar la creación integrada de modelos de negocios autónomos que permitan el uso de tecnología blockchain, el autoconsumo, la implementación de cooperativas energéticas etc., incentivando así el mercado de servicios innovadores que se pueden prestar a nivel de red de distribución. DRIvE va a liderar el camino para la creación de nuevos mercados que explotan los beneficios de la gestión descentralizada de la red eléctrica con un debido apoyo tecnológico y al usuario.
Resultados esperados y demostradores
Los resultados de DRIvE se pueden dividir en varias categorías:
- Tecnológicos: incremento del aprovechamiento de la producción renovable en al menos un 35% apoyado en la optimización y gestión de la flexibilidad a nivel de distritos con un modelo que será ampliamente replicable en toda Europa. Desarrollo de herramientas tecnológicas que ayuden a prevenir el aterramiento de producción renovable por exceder la demanda instantánea.
- Económico: reducción del coste de la electricidad para el usuario final a través del desarrollo de nuevos mercados de flexibilidad energética a la vez que las grandes inversiones en capacidad de la red se reducen al dejar de ser necesarias gracias a la gestión optimizada y la flexibilidad.
- Políticas y sociales: desarrollo de herramientas tecnológicas que permita alcanzar los objetivos 20/20/20 y 2030 en términos de eficiencia energética, emisiones de gases de efecto invernadero y penetración de energías renovables. Reducción de la pobreza energética apoyada por soluciones innovadoras que conlleven a la creación de distritos inteligentes.
Demostradores
La efectividad de la plataforma para la gestión de la flexibilidad propuesta por drive será demostrada y validada a través de una batería de acciones en cinco pilotos cubriendo en su totalidad todos los servicios posibles en la cadena de valor de la respuesta a la demanda. Los demostradores del Proyecto incluyen:
- Distrito de Blaenau Gwent en Reino Unido
- Distrito DECO en Los Países Bajos
- Parque Eólico de Giessenwind en Los Países Bajos
- Estadio ADO en Los Países Bajos
- Oficia central de COMSA en España
Conclusiones
DRIvE está incrementando dramáticamente la disponibilidad de herramientas para la gestión activa de la red eléctrica a nivel de red de distribución, basado en la explotación del potencial de los edificios residenciales y terciarios de integrarse en programas de respuesta a la demanda, permitiendo así una mayor penetración de renovables en la red, potenciando el autoconsumo y permitiendo que sea posible una verdadera transición energética.
El Proyecto DRIvE tiene un enfoque único basado en el desarrollo de algoritmos novedosos (control, predicción, ciberseguridad), de marcos (sistemas multi-agente, blockchain) que se integran con tecnologías existentes en el mercado para la gestión de los edificios.
DRIvE habilita nuevas implementaciones de programas de respuesta a la demanda para la provisión de servicios basado en flexibilidad y respuesta en tiempo real a la red eléctrica, todo esto tiene un impacto positivo en la forma en que se gestiona la red eléctrica, desarrollando nuevos paradigmas para la gestión efectiva a nivel local, maximizando los beneficios para todos los involucrados en la cadena de valor. DRIvE ahorrará hasta un 35% en costes de energía gracias a la posibilidad que tendrán los edificios de participar en esquemas de respuesta a la demanda implícitos y explícitos. Nuevos modelos de negocio están siendo desarrollados en DRIvE para apoyar la visión del Proyecto a la vez que los resultados están siendo demostrados y validados en 5 pilotos.
Reconocimientos
DRIvE ha recibido financiamiento de la Unión Europea a través del programa para la investigación y la innovación H2020 bajo un contrato nº774431.
Socios del consorcio
- Commisariat a l’Energie Atomique et Aux Energies Alternatives: CEA es el coordinador de DRIvE y está principalmente encargado del desarrollo de la plataforma basada en sistemas multi-agente para la implementación de programas de respuesta a la demanda.
- Cardiff University: CU está desarrollando los sistemas de control para habilitar los componentes principales de DRIvE y así maximizar la participación de edificios residenciales y terciarios.
- Scholt Energy Services: Scholt es responsable de las actividades relacionadas con uno de los pilotos del proyecto.
- Airbus Cybersecurity & Defense: Airbus está desarrollando la capa de ciberseguridad de DRIvE.
- COMSA: COMSA investiga el context de implementación de DRIvE en Europa así como también provee un piloto para el Proyecto.
- Enervalis: es el coordinador técnico del proyecto y pone a disposición el middleware donde reside la plataforma de optimización de DRIvE.
- Typhoon HIL: Typhoon HIL se enfoca en las tareas de validación de la plataforma utilizando el sistema propio de hardware-in-the-loop.
- R2M Solution: R2M está encargado de las actividades de comunicación, divulgación y explotación de los resultados de DRIvE.
- Blaenau Gwent County Borough Council: piloto para la implementación de DRIvE a nivel de distrito.
Referencias
- EURELECTRIC Flexibility options in electricity systems. Georgios Papaefthymiou, Katharina Grave, Ken Dragoon
- Vanderveken, 2014. Demand response: a study of its potential in Europe, SIA Partners