Comunicación presentada al VI Congreso Ciudades Inteligentes
Autores
- Miguel Rodríguez, Director del proyecto MERLON, Atos Spain
- Malena Donato, Coordinadora de actividades de impacto y colaboración con la iniciativa BRIDGE, Atos Spain
- María Carbonell, Experta en comunicación, Atos Spain
Resumen
La generación de la energía eléctrica tiende a la descentralización en muchas y más pequeñas fuentes de energía renovable. Este hecho requiere soluciones digitales complejas para integrarlas, desde un punto de visto técnico y mercantil. Nuevos modelos de negocio basados en mercados locales pueden redundar en un mayor aprovechamiento de la energía mediante nuevos pequeños productores que pueden participar en el mercado de la energía. Tecnologías como Blockchain pueden ser decisivas a la hora de dar el paso a este nuevo ámbito de mercados locales, o Islas de Energía. El proyecto MERLON se centra en proporcionar herramientas para diferentes perfiles y usuarios dentro de una comunidad local como son los distribuidores y prosumidores.
Palabras clave
Islas de Energía, Comunidades Energéticas Locales, Energías Renovables, Autosuficiencia Energética, Prosumers, Sistema Integrado de Energía Local
Introducción
En Europa, el sector energético es realmente clave si consideramos el crecimiento económico y su sector de empleo. Por ejemplo, el sector de las energías renovables emplea a más de 1,5 millones de personas y genera ventas por valor de unos 155 mil millones de euros, y son fuentes verdaderas de crecimiento económico (Eurobserv’ER, 2018).
Los mercados de energías renovables en todo el mundo y en toda la Unión Europea se han ido transformando radicalmente en los últimos años. Estamos viendo un rápido aumento en la proporción de soluciones renovables que ofrecen gestión para una producción de electricidad descentralizada, y al mismo tiempo en el contexto de los objetivos y políticas de descarbonización establecidos por el paquete de Energía Verde.
Los ciudadanos son un elemento clave en el marco de la transición energética. Por este motivo, la visión de la UE es colocar a los consumidores en el centro y facilitar que puedan comercializar con energías renovables y limpias, es decir poner al “prosumidor” como un actor principal. Cabe aclarar que en este artículo utilizamos la palabra prosumidor, (sabemos que no figura en el diccionario de la RAE, pero si en la Wikipedia) y se entiende por el concepto “prosumer” por la fusión entre productor y consumidor. En definitiva, los prosumidores y las partes interesadas locales se encuentran en el centro de la transición energética, y cada vez más se busca permitirles beneficiarse de las nuevas tecnologías para reducir sus facturas, y que participen activamente en el mercado tanto como protegerlos de las vulnerabilidades económicas.
Las Comunidades Energéticas Locales (CEL) son candidatas naturales que pueden garantizar la apertura del mercado y la transparencia necesarias para hacer que la flexibilidad a la hora de intercambiar energía sea viable y atractivo para todos los interesados involucrados desde el punto de vista de su modelo de negocio y su gestión.
De esta forma, las cooperativas locales se forman con el propósito de producir, vender, consumir o distribuir energía u otros servicios relacionados con un área. A través de las cooperativas de energía, los prosumidores podrían utilizar una electricidad asequible, confiable y además ofrecer servicios de energía modernos. De esta forma, permitiendo su participación, nos aseguramos en contribuir e impulsar la participación ciudadana en el marco de la lucha contra el cambio climático. Poner en práctica esta visión requiere un cambio radical en el mercado de energía y en el diseño de nuevos modelos de negocio, ahí es justamente donde el proyecto MERLON entra en escena.
MERLON es un proyecto financiado bajo la convocatoria H2020 de Sistemas Integrados de Energía Local. MERLON pretende estar a la vanguardia de la innovación contribuyendo significativamente a los objetivos de política energética de la UE a corto, mediano y largo plazo. MERLON promueve una solución que busca crear nuevos modelos de negocio para las comunidades energéticas locales, fomentando la participación efectiva y aprovechando los beneficios de la optimización de un Sistema Integrado de Energía Local (en inglés, ILES -Integrated Local Energy System) brindando más oportunidades y fomentando que los prosumidores se beneficien al desempeñar un papel activo donde pueden vender y consumir diferentes recursos energéticos.
MERLON incluye todos los componentes necesarios para ayudar tanto a las cooperativas locales (que actúan como agregadores) como a los consumidores de energía a reunir las capacidades de flexibilidad agregadas necesarias para proporcionar servicios auxiliares altamente efectivos a la red de distribución local. El agregador o bien una cooperativa obtendrá las herramientas de MERLON para aprovechar incluso pequeñas contribuciones individuales (de energía) para reunir grandes tramos de flexibilidad y riesgos de cobertura a través de una gran clientela de manera rentable, mientras que los consumidores disfrutarán del acceso a una fuente de ingresos que estaba fuera de su alcance.
Descripción de MERLON
MERLON presenta un marco de gestión de energía local modular e integrado, para la optimización operativa integral de los sistemas de energía locales en presencia de altas proporciones de fuentes de energía renovable distribuidas volátiles.
La optimización en MERLON se aplica a múltiples niveles que abarcan:
- la coordinación óptima de la generación local de energías renovables/limpias
- la provisión de flexibilidad para facilitar la máxima integración de las energías renovables
De esta forma se evitan los cortes y se satisfacen de una forma equilibrada aquellas necesidades de la red. El proyecto explorará nuevos modelos de negocio, permitiendo a las Comunidades Energéticas Locales (Local energy communities) introducir energía en mercados locales de forma flexible (para la optimización del sistema de energía local). Y gracias a ello, abrirán el camino para la realización de nuevos modelos de negocio donde se ofrece la “Microgrid como servicio”. Recordemos que se entiende por microgrid, como una red eléctrica distribuida (o descentralizada) compuesta por diversas fuentes de energía (pequeñas generalmente) que suelen operar en paralelo y de forma autónoma con respecto a la red principal. En definitiva, gracias a una microgrid se consigue un suministro eléctrico más fiable y eficiente. De esta forma se da una mayor calidad en el servicio eléctrico (de forma más segura y sostenible) en las zonas urbanas y rurales. En este sentido, MERLON asignará a las distribuidoras de energía local el papel de «Agregador de agregadores» para la prestación de estos servicios de valor agregado en una red de distribución.
MERLON se aplica a múltiples niveles, incluida la coordinación óptima de la generación local, así como la provisión de flexibilidad para facilitar la máxima integración de las energías renovables, evitando la fuga de energía y ofreciendo un paradigma nuevo aportando equilibrio gracias a la red auxiliar.
MERLON se ofrecerá en el mercado como un servicio que pueden utilizar las distribuidoras (en inglés conocidas como DSO -Distributed service operators) locales, lo que les permite acceder a los mercados locales aportando flexibilidad local para la gestión de los recursos energéticos locales.
MERLON va a ofrecer servicios donde ambos sistemas y consumidores sean capaces de operar. Como las Comunidades Energéticas Locales que integran, agregan y coordinan a los usuarios y a la vez son proveedores de servicios de energía distribuida a nivel local.
La particularidad y novedad de las Comunidades Energéticas Locales es que coloca a los ciudadanos en el centro del sistema energético. Además, la participación directa de los ciudadanos en este nuevo modelo donde pueden operar e incluso configurar el sistema de energía que permite el flujo «inteligente» de tal manera que se pueda aprovechar todo el potencial de los Recursos de Energía Distribuida (DER) para el beneficio compartido de la comunidad, y, por supuesto, llevándolo al resto del sistema energético.
MERLON se enfoca en el desarrollo de un marco de optimización de sistema de energía local integrado abierto e interoperable, que incluye un conjunto de herramientas completo para las empresas distribuidoras locales (DSO), agregadores, las cooperativas y por supuesto los “prosumidores”. MERLON permitirá realizar la definición de perfiles de usuarios, permitiendo gestionar la flexibilidad de los recursos que aportan las energías renovables. En el siguiente diagrama, se muestran los diferentes actores que forman parte activa del ecosistema de MERLON: activos del mercado de energía, la industria, las universidades y los ciudadanos.
Casos de uso
La solución del proyecto MERLON tiene como objetivo servir de plataforma tecnológica a las distintas situaciones que hay que resolver de manera continua en una Isla Energética. Los distintos casos de uso que cubren la solución MERLON describen cada una de estas situaciones y además nos ayudarán a evaluar el impacto de esta solución en cada uno de los demostradores en los que se va a instalar.
El primer caso de uso tiene como objetivo integrar el sistema de almacenamiento de energía. Este es un proceso que tiene que ser cuidadosamente analizado y detallado. Debe tener en cuenta las necesidades específicas de la infraestructura de la red eléctrica de cada demostrador o piloto. Además, este sistema de almacenamiento de energía tiene como objetivo monitorizar y controlar todos sus subsistemas, tales como las celdas de voltaje y corriente; además de su nivel de degradación, proceso de carga y descarga.
Una vez integrada e instalada la batería en nuestro demostrador o red local, el siguiente caso de uso tiene que abordar la gestión de las restricciones de la red local de energía mediante la batería. Es decir, la utilización de ésta tiene que ir encaminada a resolver los problemas de restricción de la red local o demostrador en nuestro caso. Para ello, el sistema de almacenamiento de energía tendrá que llevar a cabo acciones en tiempo real que den respuesta rápida a las restricciones de la red local.
El siguiente caso de uso está enfocado a generar interacciones comerciales de energía dentro de cada red local. Esto se consigue gracias a la dotación mediante la solución MERLON de una plataforma personalizada, centrada en los usuarios finales y reguladas por contratos individuales en programas de gestión activa de la demanda. Este término se conoce como “Demand Response” y es una manera de aumentar el ahorro energético que incluye la remuneración a los consumidores a través de la flexibilidad de consumo de estos.
La interoperabilidad de extremo a extremo es otro caso de uso que está muy presente en MERLON y que es vital para que el resto de los casos de uso puedan funcionar de manera adecuada. MERLON tiene como objetivo ser una solución que sea independiente de las marcas de los dispositivos y de los protocolos de comunicación. Además de la interoperabilidad entre los dispositivos, también tiene que abordar la interoperabilidad entre los actores y lo sistemas de gestión de energía. Para ello, la solución MERLON analiza y valida estándares emergentes en las redes eléctricas inteligentes como IEC61850/62746, OneM2M o OpenADR.
Volviendo a los servicios relacionados con el sistema de almacenamiento de energía. Otro caso de uso que se aborda en MERLON es el control de la potencia reactiva mediante el sistema de almacenamiento de energía para optimizar el voltaje y las pérdidas dentro de la red local. Mediante este caso de uso se pretende mostrar la eficiencia y la medida del rendimiento del sistema de almacenamiento de energía proporcionando control de voltaje y minimización de las pérdidas mediante la utilización de la potencia reactiva.
Un caso de uso fundamental en MERLON es la capacidad de funcionar en modo isla para poder incrementar la seguridad en el suministro de energía. En este caso de uso se pretende asegurar la transición de la desconexión de la red general por parte de la red local al funcionamiento aislado y autónomo. Esta transición debe ejecutarse sin perdidas ni interrupciones en el suministro y permitirá a la red local funcionar como una isla que no dependa de la red general.
La gran problemática de las energías renovables es que son poco estables debido a que se puede pasar de generar mucha energía, lo que se conoce como picos de generación, a no generar nada. Es por tanto una energía que no es constante. Para ello MERLON aborda otro caso de uso que es la predicción y la planificación de los recursos de energía. En este caso de uso entran en juego todos los recursos de energía, como son la batería y la flexibilidad de cada uno de los recursos que participan en la red local.
Además de los servicios que se proporcionan dentro de la propia red de energía local. Se pueden proporcionar servicios hacia fuera de la red. Se aborda por tanto también en MERLON el caso de uso referido a la provisión de servicios a los sistemas de transmisión, es decir, a los operadores de transmisión de energía. Por tanto, un operador a nivel de transmisión de alta tensión podría requerir por ejemplo a una o varias comunidades energéticas que funcione en modo isla para proporcionar estabilidad (equilibrio) a la red de alta tensión.
Otro caso de uso que se estudia en este proyecto es la participación de la flexibilidad local en mercados eléctricos. Por tanto, en MERLON se evalúa el rendimiento y la capacidad de los recursos locales de energía y su flexibilidad para participar en mercados eléctricos externos.
Ventajas de MERLON
La solución MERLON se centra en proporcionar diferentes herramientas que ofrecen información, análisis y pronósticos sobre el consumo y disponibilidad de energía. Esta es su gran ventaja, que ofrece a las diferentes partes interesadas de una comunidad local, la posibilidad de comercializar gracias a la flexibilidad e información basada en las fuentes de energías renovables: es decir, si hay exceso de producción de energía, en vez de perderla, se puede guardar en una batería para utilizarla luego o bien ofrecerla con este sistema a otro actor que esté dentro del ecosistema de modo isla (como hemos explicado anteriormente). Se puede intercambiar, u ofrecer a otros actores aquella energía renovable sobrante en un determinado momento.
Los actores en este ecosistema son la industria, las empresas distribuidoras, agregadores, y por supuesto los ciudadanos, a los cuales se les facilita las herramientas (visualización y gestión) para un óptimo aprovechamiento de la flexibilidad disponible en los diferentes activos de la red energética. Dichos activos, considerados energías renovables, pueden venir de diferentes fuentes (Distributed Energy Resources) o bien desde edificios o desde baterías que tienen almacenada electricidad. Esta información y la posibilidad de acceder a ella, tanto como gestionarla facilita la participación y permite actuar en tiempo real en el mercado de energía.
Una prioridad clave del proyecto MERLON es poner a los ciudadanos en el centro. La idea es garantizar la máxima integración de las fuentes de energía renovables que suelen ser impredecibles, como la energía eólica o solar, y que dan energía a las redes eléctricas evitando perder energía acumulada mediante estrategias de optimización de control local. En MERLON, esto se introduce a través de las herramientas de valor agregado que permiten un uso optimizado en los activos que cubren tres áreas: demanda, generación y almacenamiento.
En particular, MERLON facilitará la realización de múltiples beneficios, centrándose en la reducción significativa de las emisiones de gases de efecto invernadero y la disminución de los precios de la electricidad a través de la introducción de fuentes de electricidad baratas en el mercado (provenientes de energías renovables). De esta forma se facilita la integración de la oferta que hay disponible de fuentes de electricidad. Esto ocurre porque se eliminan las barreras técnicas que prohíben la absorción total de diferentes fuentes de energías intermitentes en el sistema de energía.
Una vez gestionado el suministro, la solución contribuirá a la “democratización de los mercados energéticos” porque permitirá la distribución proporcional y justa de los beneficios entre todos los usuarios interesados.
Cabe resaltar que el proyecto forma parte de la iniciativa europea llamada BRIDGE https://www.h2020-bridge.eu), que tiene como objetivo fomentar la colaboración entre proyectos, redes inteligentes y los proyectos de almacenamiento de energías que han sido financiados bajo el programa de innovación e investigación de H2020. En este sentido los proyectos pertenecientes a esta iniciativa buscan compartir, aprovechar y reutilizar los resultados de los proyectos, para que se compartan los resultados y aquellos componentes software que puedan ser útiles a diferentes proyectos. En este contexto, es una gran ventaja porque MERLON va a aportar diferentes resultados del proyecto llamados KER (key exploitable results) para que se evalúe su reutilización en otros proyectos coetáneos ofreciendo la posibilidad de reutilizarlos para que otros se aprovechen de los resultados de las investigaciones. En este sentido, dentro de los resultados se encuentran aquellos resultados de los pilotos y que revisaremos a continuación.
Pilotos
En el proyecto se va a probar la tecnología en dos pilotos diferentes: uno en España y otro en Austria. La solución MERLON será validada en estos dos sistemas de energía locales permitiendo la extracción de conclusiones tanto como recomendaciones para políticas públicas o bien para extraer qué requisitos técnicos y de viabilidad demanda el mercado.
Piloto en España
En el contexto del proyecto estamos realizando un piloto español que tendrá lugar en la ciudad de Crevillent en Alicante.
Dos nuevos socios locales se unieron al consorcio: Enercoop Group, una cooperativa eléctrica y ETRA I + D, una unidad de alta tecnología dentro del Grupo ETRA. Cabe destacar que este piloto se lleva a cabo gracias a Enercoop, una cooperativa eléctrica, la más antigua de España, que tiene un claro compromiso de preservar el medio ambiente y proporcionar energía eléctrica 100% limpia y renovable para todos los hogares de Crevillent. La energía producida es totalmente renovable, porque toda su generación no produce emisiones a la atmósfera, contribuye al desarrollo sostenible y a una menor presencia de gases de efecto invernadero. La cooperativa ofrece a sus usuarios una gama completa de opciones, servicios y capacidades para satisfacer las necesidades energéticas de empresas, hogares y municipios, con plenas garantías de suministro y distribución de electricidad.
Este piloto mostrará cómo un sistema de almacenamiento de energía de batería puede integrarse en una comunidad energética bajo la orquestación de un marco de gestión de energía holístico y combinarse con un mercado local de flexibilidad. Es decir, se probará cómo se puede integrar un sistema de Sistemas de Almacenamiento de Energía de Batería (BESS) en una gran comunidad de energía de autoconsumo colectivo aumentando la capacidad de todo el sistema para integrar una mayor proporción de producción de energía renovable. A continuación, se muestra una foto real del piloto en la localidad de Crevillent. Se pueden ver la ubicación de los diferentes usuarios, baterías y paneles solares. En este ecosistema es donde se probarán todas las tecnologías innovadoras de MERLON:
El piloto también integrará técnicas avanzadas de respuesta a la demanda para suavizar curvas de carga y aliviar problemas técnicos relacionados con la alta penetración de energías renovables (e impredecibles) en las redes de distribución. En este sentido, las herramientas de MERLON facilitarán la eliminación de los problemas de voltaje actuales y reducirán las restricciones de energías renovables, al tiempo que se capacita a los consumidores para ser jugadores activos.
Piloto en Austria
El segundo piloto se va a llevar a cabo en Austria, específicamente en área local de Strem, ya que la penetración de energías renovables durante estos años ha llevado a una gran variación de la demanda. En este sentido, este aumento de demanda hace a la red tener que adaptarse a la distribución local durante los picos de demanda.
Es decir, la demanda máxima y las condiciones mínimas de generación que generalmente ocurren en las noches de invierno para esa zona no se aprovecha ampliamente y a la vez se subutilizan los activos de la red durante los picos de generación, es decir, las condiciones de máxima generación y mínima demanda que generalmente ocurren durante el mediodía de verano. El piloto estará equipado con un sistema de almacenamiento y de una infraestructura auxiliar para permitir la operación en modo isla y reducir el tiempo de interrupción de la red local. La solución MERLON también facilitará la eliminación de los problemas de voltaje experimentados actualmente tanto como posibilitar la actuación de los ciudadanos en el mercado de las energías renovables al tiempo que permite la operación de un mercado local de flexibilidad que capacita a los consumidores y las cooperativas para convertirse en actores activos en la industria energética.
Conclusión
En definitiva, este proyecto tiene un valor único porque las tecnologías se van a probar en pilotos reales o demostradores. De esta forma contribuiremos a paliar los problemas de inestabilidad que presentan las energías renovables. Por ello se propone el uso de baterías para almacenar y para cubrir aquellos picos de energía, además de evitar pérdidas y aprovechar su reutilización. La predicción, flexibilidad y la estabilidad son imprescindibles a la hora de aproximarnos a estos problemas. MERLON presenta un marco modular integrado de gestión de energía local. Ofrece a la vez una optimización operativa de los sistemas de energía locales provenientes de fuentes de energía renovables distribuidas y volátiles.
Agradecimientos
El proyecto cuenta con la financiación del programa Horizonte 2020 de Investigación e Innovación de la Comisión Europea, en el acuerdo marco nº 824386. El proyecto comenzó en enero de 2019 y tendrá una duración de tres años (1/1/2019 – 31/12/2021), con un presupuesto total de 7,5 millones de euros. El proyecto forma parte de la iniciativa BRIDGE, para fomentar la colaboración entre proyectos y redes inteligentes y los proyectos de almacenamiento de energías H2020. Agradecemos a los socios dado que el proyecto está compuesto por un consorcio de 12 socios de 7 países diferentes de la UE. Los socios son Atos Spain (España), Imperial College of Science Technology and Medicine (United Kingdom), Cobra Instalaciones y Servicios S.A (España), Suite5 Data Intelligence Solutions Limited (Chipre), Energie Gussing Gmbh (Austria), Merit Consulting House (Bélgica), Xorotexniki Anonymo Texniko Etaireia (Grecia),University of Newcastle Upon Tyne (Reino Unido), University of Peloponnese (Grecia), ETRA Investigación y desarrollo (España), Cooperativa Eléctrica benéfica San Francisco de Asís sociedad cooperativa Valenciana o Enercoop (España) y por último Hypertech (Grecia) que es el Coordinador del proyecto.
Referencias
- Web del proyecto o Twitter @MERLON_H2020
- Eurobserv’er – the state of renewable energies in Europe – 2018 edition (accedida el 22 mayo 2020).
- Clean energy for all Europeans package (accedida el 23 mayo 2020).
- Página web de BRIDGE (accedida el 24 de mayo 2020).
- Página web del proyecto MERLON.
- Wikipedia: definición de prosumidor (accedida el 22 mayo 2020).