Comunicación presentada al III Congreso Ciudades Inteligentes:
Autora
Victoria Parra, CEO, Ingevert 2000
Resumen
Se proclaman las siguientes soluciones para la gestión eficiente del gasto energético en las Smart City: -Aumentar la eficiencia energética dentro del hogar promedio (potencia demandada / potencia contratada) -Reducir el contrato de energía al mínimo necesario -Aplanar la demanda de energía de los hogares (que a su vez puede ayudar a reducir los actuales problemas de eficiencia de la red eléctrica de España) -Seguimiento y control del consumo de energía de los electrodomésticos -Beneficiarse del sistema de facturación horaria de España -Sistema de racionalización inteligente basado en prioridades capaz de eliminar los picos de consumo sin necesidad de modificar los hábitos de consumo de los usuarios.
Palabras clave
Término de Potencia Contratada, Racionalización, Eficiencia Energética, Tarifa Eléctrica, Hogar, Energía, Picos de Consumo
Introducción
En esta era nos encontramos con el gran reto de la gestión eficiente de la energía, es decir la “eficiencia energética”. El concepto de eficiencia energética se refiere a la reducción del consumo energético promoviendo la reducción de los costes y la sostenibilidad medioambiental. La mejora de la eficiencia energética consistirá, por lo tanto, en una reducción del consumo energético para un mismo proceso/producto.
Los efectos de mejora de la eficiencia energética frecuentemente se relacionan solamente con la tecnología. Sin embargo, la capacidad de cambio no se reduce únicamente a las mejoras tecnológicas. La eficiencia se puede incrementar mediante mejoras de gestión u organizativas o mediante cambios de hábitos o de comportamiento individual o social (del grupo).
En términos económicos, la eficiencia energética se vincula a la producción del valor monetario, como puede ser el PIB, o el valor añadido del producto. De esta forma, la eficiencia energética se vincula a la eficiencia económica.
Una Smart City, o ciudad inteligente,se puede describir como aquella ciudad que aplica las tecnologías de la información y de la comunicación (TIC) con el objetivo de proveerla de una infraestructura que garantice:
- Un desarrollo sostenible.
- Un incremento de la calidad de vida de los ciudadanos.
- Una mayor eficacia de los recursos disponibles.
- Una participación ciudadana activa.
Por lo tanto, son ciudades que son sostenibles económica, medioambiental y socialmente. La Smart City nace de la necesidad de mantener una armonía entre estos aspectos.
Se prevé que en el 2050 un 85% de la población mundial viva en ciudades. Este hecho hace que en las siguientes décadas los núcleos urbanos tengan que afrontar un número creciente de problemas ligados a este hecho.
Para que una ciudad reúna las condiciones de una Smart City, esta ciudad inteligente debe tener:
- Un desarrollo económico sostenible.
- Una buena gestión de los recursos naturales a través de acción participativa.
- Un compromiso firme entre la administración pública y los ciudadanos.
- Un compromiso con su entorno, elementos arquitectónicos de vanguardia, y donde las infraestructuras están dotadas de las soluciones tecnológicas más avanzadas para facilitar la interacción del ciudadano con los elementos urbanos, haciendo su vida más fácil.
El concepto de Smart City no solo se centra en los nuevos proyectos de crecimiento urbano: se dirige también a la adecuación de las actuales ciudades en ciudades inteligentes.
Estos proyectos actuales están englobados dentro del tratado 20-20-20, con los objetivos de que en el año 2020:
- Las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) se reduzcan en un 20%.
- El consumo de energía se reduzca un 20% mediante mejoras en la eficiencia energética.
- Un 20% de la generación eléctrica sea con energías renovables.
Por tanto, partiendo de la realidad en nuestro entorno, se detectan dos grandes problemas que entorpecen tanto alcanzar los objetivos del tratado como la eficiencia energética:
- Precios altos de electricidad en España
- La falta de consumo responsable de energía y la conciencia de eficiencia energética en el público en general
Aplicando la metodología Smartcity de participación ciudadana, de gestión inteligente y búsqueda de la eficiencia energética, hemos buscado soluciones que la ciudadanía puede aplicar en un entorno próximo y controlado como el hogar digital.
Estas soluciones que hemos buscado se encuentran dentro del proyecto SIRAE que se ha desarrollado en la empresa Ingevert 2000 S.l.
Ámbito de aplicación
Vivimos en la convergencia de dos fenómenos importantes en la historia de la humanidad: la aceleración de la urbanización a nivel mundial y la revolución digital. Un estudio de la Organización de las Naciones Unidas (ONU) señala que, por primera vez en la historia, más de la mitad de la población del planeta (54,6% o 3.600 millones de personas) vive en ciudades. Además, según este estudio, para 2050 el 85% de la población mundial (más de 6.000 millones) vivirá en ciudades.
Las Ciudades Inteligentes usan conectividad, sensores distribuidos en el ambiente y sistemas computarizados de gestión inteligente para solucionar problemas inmediatos, organizar escenarios urbanos complejos y crear respuestas innovadoras para atender las necesidades de sus ciudadanos.
Independientemente de la aplicación, una solución de Smart City involucra procesos, tecnologías y personas. Desde el punto de vista tecnológico, tiene invariablemente tres elementos básicos
Infraestructura de conectividad, Sensores y dispositivos conectados y Centros integrados de operación y control.
El hogar digital puede considerarse como una célula básica del nuevo paradigma tecnológico emergente denominado Smart Cities, que básicamente se refiere al concepto del hogar digital extrapolado a una ciudad entera.
El concepto de hogar digital es una vivienda que, a través de equipos y sistemas, y la integración tecnológica entre ellos, ofrece a sus habitantes funciones y servicios que facilitan la gestión y el mantenimiento del hogar, aumentan la seguridad; incrementan el confort; mejoran las telecomunicaciones; ahorran energía, costes y tiempo, y ofrecen nuevas formas de entretenimiento, ocio y otros servicios dentro de la misma y su entorno sin afectar a las casas normales.
El Hogar Digital, incorpora un sentido más amplio que la domótica. No consiste simplemente en la instalación de dispositivos para controlar determinadas funciones en los edificios (viviendas, industrias, oficinas, etc.) tales como alarmas, iluminación, climatización, control energético, etc., sino que, al incorporar las tecnologías de la Información y las telecomunicaciones, permite controlar y programar todos los sistemas tanto en el interior de la vivienda como desde cualquier lugar, en el exterior de la misma, a través de distintas redes como Internet, mediante una interfaz apropiada.
Resultados-Soluciones
Se proclaman las siguientes soluciones para la gestión eficiente del gasto energético en las Smart Cities:
Aumentar la eficiencia energética dentro del hogar promedio (potencia demandada / potencia contratada)
El mayor gasto económico para el usuario se deriva del término de potencia contratada con la compañía eléctrica. Para ahorrar en este aspecto, el usuario no debería reducir el tiempo de consumo de los electrodomésticos, sino evitar los picos de consumo (debido a la utilización simultánea de electrodomésticos) y presentar un perfil de consumo más plano. Es decir, necesitaría un sistema capaz de racionalizar el consumo de los electrodomésticos conectados, de manera que, si detecta que se va a superar un umbral superior de potencia, que el sistema de manera autónoma, inteligente y, sobretodo, respetando las costumbres del usuario, sea capaz de desconectar los electrodomésticos de menor prioridad hasta que el consumo total se mantenga por debajo de dicho umbral.
Reducir el contrato de energía al mínimo necesario Aplanar la demanda de energía de los hogares (que a su vez puede ayudar a reducir los actuales problemas de eficiencia de la red eléctrica de España)
Reduciendo el término de potencia contratada al mínimo necesario: por ejemplo, cambiar de un contrato de 5,75 KW/h a uno de 4,6 KW/h, implica un ahorro de hasta un 25% en la facturación por potencia contratada mensual (según tarifas actuales de los operadores eléctricos). Normalmente, un hogar medio tiene contratado un término de potencia bastante superior al que requiere, debido a que el usuario solo se preocupa por que nunca salte el ICP del cuadro eléctrico. Una buena gestión de los electrodomésticos conectados simultáneamente en la vivienda evitaría estos picos de potencia, aplanando el consumo y permitiendo reducir el termino de potencia contratado.
Ofrecer un innovador mecanismo de racionalización inteligente de consumo por el cual el usuario podrá fijar una potencia máxima a la vivienda, y a través de un sistema de prioridades asignados a los distintos electrodomésticos (definido por el usuario), el sistema, de manera autónoma, irá desconectando aquellos electrodomésticos de menor prioridad, con el objetivo de no superar nunca el umbral de potencia definido (para volver a conectarlos cuando se normalice la potencia demandada).
Esto es en resumen un sistema de racionalización inteligente basado en prioridades capaz de eliminar los picos de consumo sin necesidad de modificar los hábitos de consumo de los usuarios.
El concepto del “Smartmetering” que desde hace unos años están aplicando las compañías eléctricas en la medición del consumo eléctrico, con el objetivo de medir en tiempo real el consumo eléctrico en cada vivienda y transmitirlo al centro de control para poder balancear la carga de las líneas y tomar acciones correctivas a la demanda. Hemos introducido este mismo concepto dentro del hogar, donde los roles del Smartmetering se distribuyen de la siguiente forma:
- Contador inteligente → enchufe inteligente capaz de medir el consumo instantáneo y notificarlo.
- Centro de control → Concentrador del hogar, que recibe el consumo instantáneo y balancea la carga para que la limitación del ICP no se sobre pase.
De esta forma, se permite hacer un consumo optimizado del consumo eléctrico dentro del hogar, sin superar los límites impuestos por el ICP y satisfaciendo toda la demanda exigida por el usuario, aprovechando la distribución en el tiempo.
Seguimiento y control del consumo de energía de los electrodomésticos
De los estudios hechos en el sector del automóvil sobre el consumo del combustible, se extrae que se reduce significativamente cuando el usuario dispone de la información del consumo del vehículo.
Este comportamiento se ha demostrado en otros sectores como el eléctrico, cuando el usuario está recibiendo el consumo, su comportamiento varía para reducirlo, provocando un ahorro significativo.
Esta información se puede ofrecer al monitorizar en tiempo real el consumo de cada enchufe inteligente e informar del consumo segmentado según la configuración que el usuario ha dado a su vivienda. Pudiendo segmentar en iluminación, ocio, fijos, etc.
De esta forma el usuario dispone de toda la información de forma instantánea para tomar decisiones para reducir el consumo eléctrico de su vivienda, tanto a corto como a medio‐largo plazo.
Lo que permite modificar los hábitos de consumo: Para ello, el usuario debe ser consciente de la energía que consume su hogar. Estudios muestran que el acceso a la información de consumo de energía en el hogar puede originar un ahorro entre un 5%–15% en la factura de la luz.
Incluso se pueden lograr mayores ahorros si se utiliza esta información para reconocer electrodomésticos averiados o de baja eficiencia energética, esto se consigue al monitorizar constantemente los cambios en la potencia solicitada por los dispositivos, y mostrarlos en tiempo real a través de la aplicación web. Además, se puede ofrecer vistas de históricos de consumo mediante gráficas interactivas, proporcionando parámetros y estadísticos de consumo útiles para las personas usuarias.
Ahorro Económico Dinámico. Basado en tarifas eléctricas dinámicas
Desde el año 2014, existen las tarifas denominadas Precio Voluntario al Pequeño Consumidor (PVPC), por la cual el precio de la luz carece de un precio fijo; éste se determina cada día en función del mercado, pero además dicho precio varía para cada hora del día. Si se implementa una conexión directa con la web de la Red Eléctrica Española, y se pone a disposición del usuario dicha información, actualizada de manera automática diariamente y además se puede utilizar dicha información para crear recomendaciones personalizadas al usuario.
Esto permite beneficiarse del sistema de facturación horario de España. Al conectarse con internet, este hecho, que permite el IoT (Internet of Things), ofrece una gestión inteligente en la toma de decisiones de consumo eléctrico de forma programada en función de la tarifa eléctrica diaria.
De esta forma, se ahorra energía, utilizando las programaciones horarias, que se aplica la innovación de que no disponen de una hora de inicio y una hora de parada, si no que utilizan una franja horaria, donde se podrá tomar la decisión automatizada de activar o no, en función del consumo eléctrico de toda la vivienda y de la tarifa eléctrica de dicha franja horaria.
Ahorro Económico Estático: Basado en la eliminación del stand by de los dispositivos
El consumo de Stand-By supone entre un 7 y 11% del consumo eléctrico del hogar. Esto no solo incluye los dispositivos con el LED indicativo, sino también dispositivos con transformadores de corriente basados en bobinas, que se mantienen conectados a la red eléctrica aun cuando el electrodoméstico esté apagado. Como solución se prueba integrar funcionalidades de detección y eliminación del consumo Stand-By y mecanismos de creación de programaciones horarias avanzadas que harán que el usuario no vuelva a preocuparse por este aspecto.
Al ser capaces de medir y monitorizar el consumo eléctrico de una línea, tiene la precisión suficiente para detectar si el dispositivo conectado está en modo stand‐by. Esta posibilidad de detectar el estado del dispositivo se debe a la precisión de medida, así como a la inteligencia para almacenar y analizar los diferentes niveles de consumo que tiene una línea a lo largo de un periodo.
Es decir, al inicio comenzar a medir el consumo, no se conoce el patrón de consumo del dispositivo o dispositivos conectados a él. Pero al cabo de cierto tiempo de monitorización del consumo, es capaz de distinguir los diferentes modos de funcionamiento/consumo del dispositivo conectado y por tanto siendo capaz de distinguir el modo stand‐by.
Beneficios para otros agentes interesados
- Los distribuidores de electricidad: aportan valor añadido a sus clientes al ser capaces de segmentar la factura y obtener información sobre el uso eléctrico.
- Productores de electricidad: aumentar la eficiencia de la transmisión y reducir los costes globales de gestión.
- Fabricantes de electrodomésticos: obtener información estadística sobre el uso de diferentes tipos de aparatos mencionados.
Indicadores de impacto
- Reducción del gasto energético y Aumento de la eficiencia energética
- Ahorro durante un periodo ilimitado de tiempo gracias a sistema de racionalización inteligente, seguimiento y control del consumo de energía de los electrodomésticos, las programaciones horarias automatizadas con las tarifas eléctricas diarias y eliminación del consumo en Stand-by. Así como la concienciación sobre el consumo de energía.
- Valores a alcanzar
- Reducción de al menos de un tramo en la potencia del suscriptor por hogar (debido al sistema inteligente de racionalización).
- Reducción del consumo de energía (debido a la creciente conciencia y características de ahorro de energía).