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Generación  distribuida y  vehículo eléctrico

Álvaro Gutiérrez, José Jesús Fraile y Estefanía Caamaño

Profesor Titular de Universidad, Investigador Responsable del Grupo de Investigación Generación Distribuida Renovable y Control Inteligente ETS Ingenieros de Telecomunicación, UPM / Profesor Titular de Universidad Subdirector de Relaciones Internacionales y Empresas, ETS Ingenieros de Telecomunicación, UPM / Profesora Titular de Universidad Adjunta a Dirección para Desarrollo Sostenible y Proyecto EELISA ETS Ingenieros de Telecomunicación, UPM

Generación distribuida y vehículo eléctrico

El sistema eléctrico está sufriendo un cambio estructural, diluyéndose en un nuevo concepto de entorno distribuido, basado en energías renovables, gestión de la demanda y compartición de recursos. Esta nueva estructura supone un reto para las administraciones y los gestores de infraestructuras, quienes deben actuar como facilitadores del papel activo de los usuarios distribuidos. Este nuevo desarrollo solo será posible de la mano de las TIC.

El sistema eléctrico es el conjunto de instalaciones y equipos utilizados para generar, transportar y distribuir la energía eléctrica a los consumidores con un nivel aceptable de calidad y seguridad. La generación procede de grandes centrales ubicadas lejos de los grandes centros de consumo que inyectan la energía en la red de transporte a muy alta tensión (400 kV en la península) para reducir las pérdidas. Al final de estas redes se encuentran las subestaciones transformadoras, que reducen el valor de la tensión y de las cuales salen líneas de reparto para alimentar a grandes industrias y ciudades. Estas redes de reparto llevan la energía hasta las subestaciones de distribución, donde se producen nuevas reducciones progresivas en los niveles de tensión, hasta alcanzar los 230-400V en los centros de transformación de baja tensión que alimentan a los consumidores finales.

Un aspecto fundamental en los sistemas eléctricos es el hecho de que la energía no puede almacenarse en grandes cantidades y, por ello, debe existir siempre un equilibrio entre la potencia generada y la potencia demandada. Históricamente, la gestión se realizaba controlando la generación de energía eléctrica en las grandes centrales gestionables (hidráulicas, ciclo combinado, etc.), permitiendo que su producción siguiera la curva de demanda del consumo. Esta gestión era sencilla, puesto que el número de grandes centrales a controlar era relativamente bajo y, por ello, esta estructura ha permanecido sin grandes cambios significativos durante más de 100 años.

Hacia la sostenibilidad

En la actualidad estamos presenciando un cambio de paradigma en el sector eléctrico con el objetivo de construir un entorno alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS), en la búsqueda de la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) que afectan al cambio climático global. Este cambio ha hecho que la estructura tradicional centralizada de generación, transporte y consumidor se diluya en un nuevo concepto de entorno distribuido, basado en energías renovables que permitan a los consumidores, comunidades, barrios y ciudades, generar su propia energía y utilizarla en microrredes internas. El papel del consumidor en este nuevo entorno debe ser mucho más activo y flexible, asumiendo también el rol de productor.

Comunidades energéticas locales

Tras diferentes modificaciones en el entorno legislativo nacional, actualmente contamos con un marco común bajo el RD 23/2020 para la creación de ‘comunidades energéticas locales’. Es precisamente este marco legislativo el que supone un gran avance y, a la vez, un reto para las administraciones y los gestores de infraestructuras, quienes deben actuar como facilitadores del papel activo de los nuevos ‘prosumidores’ (consumidores y generadores locales).

La combinación de las TIC, la Gestión de la Demanda y un control activo del interfaz de red conduce a un nuevo concepto denominado ‘Gestión Activa de la Demanda’

Dentro de este marco legislativo, la creciente penetración de las tecnologías de generación distribuida y local en las redes eléctricas lleva a la necesidad de garantizar que estas tecnologías estén no solo conectadas a la red, sino integradas en el sistema. La energía fotovoltaica es actualmente la tecnología que presenta menores costes de producción cuando se instala de forma centralizada en las llamadas ‘plantas solares’ o centrales fotovoltaicas. En cambio, su despliegue de manera descentralizada en los lugares donde se consume la electricidad –edificios, infraestructuras– y las posibilidades de gestión conjunta de ambos (generación y consumo) han hecho de la tecnología fotovoltaica el paradigma de la llamada ‘generación distribuida’.

Para alcanzar los ambiciosos objetivos europeos de reducción de emisiones, es necesario un enfoque integral que afecte también a otros sectores como el residencial, la industria o el transporte. Este último sector es un gran consumidor energético de combustibles fósiles y es el mayor productor de GEI en el entorno urbano. Por ello, su electrificación es fundamental para avanzar en la mejora del medio ambiente. Pero un despliegue masivo de vehículos eléctricos (VE) estresará la actual infraestructura eléctrica, al modificar las pautas de consumo para las que estaba inicialmente diseñada y haciendo que su integración en dicha infraestructura sea todo un reto.

La forma de coordinar esta nueva red eléctrica consiste en invertir el esquema clásico. En lugar de tratar de controlar la generación, se actuará sobre las cargas y el almacenamiento distribuido, de forma que se siga manteniendo el equilibrio generación-consumo, a través de la Gestión de la Demanda (GD), apoyada por una infraestructura de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC), que permitan una comunicación bidireccional segura, fiable, robusta y de baja latencia entre miles de agentes.

 

 

Gestión activa de la demanda

El concepto de GD no es nuevo, aparece en los años 80 y fue definido como “la planificación, implementación y seguimiento de aquellas actividades diseñadas para influir en el uso de la electricidad por parte de los usuarios de manera que produzcan los cambios deseados en los patrones de consumo”. En la actualidad, la combinación de la GD, las TIC y un control activo del interfaz de red conduce a un nuevo concepto denominado ‘Gestión Activa de la Demanda’ (GAD), indispensable para una gestión distribuida de la denominada Smart Grid (red de distribución eléctrica inteligente) en el nuevo paradigma actual. La GAD se centra en la modificación de la forma de los consumos (ver Figura 1).

Desde la perspectiva de la GAD, es interesante dividir el consumo en función de su controlabilidad: fijo, desplazable y elástico. El consumo fijo representa las cargas que son incontrolables. Son consumos que responden a las necesidades instantáneas y su uso es inmediato. Las cargas desplazables son consumos que se pueden desplazar en el tiempo, pero la cantidad de energía que consumen es fija durante un determinado periodo de tiempo. El consumo elástico representa cargas cuya potencia instantánea puede controlarse directamente.

El despliegue de manera descentralizada en los lugares donde se consume la electricidad ha hecho de la tecnología fotovoltaica el paradigma de la llamada ‘generación distribuida’

Un ejemplo paradigmático de GAD es el de los VE como cargas desplazables y elásticas. Estos vehículos gestionados adecuadamente y de forma agregada pueden contribuir al correcto funcionamiento de esta nueva red eléctrica. En función del estado del sistema, los VE pueden recibir órdenes para modificar en tiempo real la potencia absorbida, reduciendo su consumo en los momentos en los que se haya una mayor demanda en el sistema y aumentándolo cuando la demanda global disminuya. Incluso los VE pueden almacenar la energía eléctrica en sus baterías cuando ésta es más barata o se produce un exceso de generación renovable, permitiendo inyectar dicha energía al sistema posteriormente durante las horas punta, mediante esquemas de vehículo hacia la red (V2G, Vehicle to Grid).

Sin embargo, aunque se han desarrollado algunas experiencias reales, existen barreras que dificultan y frenan el desarrollo de la GAD: el desconocimiento y el potencial por parte de los usuarios, que se pretende superar gracias a la nueva legislación; la falta de infraestructura, ya que con carácter general no hay información en tiempo real accesible a los usuarios; la lenta penetración de estas tecnologías en el sistema eléctrico y la falta de una legislación clara y que apoye la generación distribuida y el autoconsumo también han frenado la difusión de la GAD. No obstante, se espera que en la próxima década se superen todas estas dificultades gracias a los nuevos marcos regulatorios.

 

Smart Grid, una apuesta de valor

Los beneficios de las TIC en la Smart Grid, con el objetivo de gestionar activamente la demanda, representan un gran paso hacia el control de los diferentes consumos de la red y una mejora considerable de la eficiencia, al poder adaptar dinámicamente y en tiempo real el consumo a la generación local y distribuida. Los beneficios no solo se traducen en la factura eléctrica del usuario, sino también en el medio ambiente a través de la reducción de emisiones contaminantes y otros impactos ambientales negativos. Además, la GAD añade valor a la operación de la red, ya que el desarrollo de muchas tecnologías de la Smart Grid pueden contribuir a controlar los flujos de potencia sin aumentar necesariamente la complejidad de la operación de la red. Durante las próximas décadas, veremos cómo el uso de la GAD ayudará a integrar la generación y almacenamiento locales distribuidos para gestionar los flujos de energía dentro de las instalaciones y, al mismo tiempo, mejorar el estado de la red reduciendo la variabilidad del consumo agregado. Es en esta operación donde las TIC cobrarán su máxima importancia en el nuevo sistema eléctrico.

 

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