El mundo está avanzando hacia un futuro sin combustibles fósiles, y esta transformación ya está en marcha. Los combustibles fósiles, que han sido la principal fuente de energía durante más de un siglo, están en declive tanto por razones de sostenibilidad ambiental como por su disponibilidad limitada1.
El PNIEC (Plan Nacional Integrado de Energía y Clima 2021-2030) estipula que para el año 2030, el 42% de la energía final consumida debe provenir de fuentes renovables. Para alcanzar este objetivo, el 27% de dicha energía final debe ser eléctrica, generada en su mayoría por fuentes renovables (con una meta del 74%). Esto implicará la instalación de más de 55GW de capacidad de generación renovable adicional. Este aumento de la proporción de energías renovables en nuestra matriz energética genera nuevas problemáticas técnicas, y es que las fuentes renovables, por su naturaleza, son intermitentes y menos predecibles en comparación con las fuentes tradicionales de energía. Esto puede llevar a inestabilidades en la red eléctrica, manifestándose como congestiones y variaciones de tensión.
En cuanto a la demanda, la transición energética también requerirá un aumento en la electrificación del consumo energético, especialmente en los sectores de transporte y climatización, así como en algunas demandas industriales.
Para el sistema eléctrico, esto resultará en un incremento de la demanda de electricidad y en la transición de un sistema centralizado de generación tradicional, flexible y altamente previsible, con consumidores y redes de distribución pasivos, a un sistema de generación predominantemente renovable, descentralizado e intermitente, con recursos de demanda gestionables y una necesidad creciente de flexibilidad para asegurar niveles eficientes de calidad y seguridad.
La flexibilidad de un sistema eléctrico se define por su capacidad para adaptarse a los desequilibrios entre la energía generada y consumida. No cumplir con esta condición puede causar fallos en el sistema y, por tanto, en el suministro. Hasta hoy, la flexibilidad de nuestro sistema ha sido proporcionada principalmente por plantas de generación fósil, que equilibraban la generación con la demanda existente, manteniendo un crecimiento de la demanda eléctrica controlado. Sin embargo, en el contexto de la transición energética, esto cambia por las siguientes razones:
La flexibilidad de un sistema eléctrico se define por su capacidad para adaptarse a los desequilibrios entre la energía generada y consumida.
Las principales fuentes de generación renovables (solar y eólica) no tienen capacidad para «seguir» a la demanda.
Cuando la capacidad de transmisión de las líneas eléctricas es superada por la demanda, surgen las congestiones, que provocan sobrecargas y fallos en el suministro.
Cuando la cantidad de energía generada no coincide con la demanda en tiempo real, se producen variaciones de tensión, afectando la calidad del suministro eléctrico y potencialmente dañando equipos y aparatos conectados a la red.
El proceso de electrificación conlleva un notable aumento del consumo en las líneas de transmisión y distribución, que deben adaptarse a este incremento de la demanda, especialmente durante los picos de consumo. Adaptar estas infraestructuras exclusivamente mediante la repotenciación de líneas o la instalación de tendidos adicionales tendría un coste material y económico muy alto.
El modelo actual de integración de energías renovables está asociado a una generación más descentralizada, lo que significa que los proveedores de la flexibilidad también estarán cada vez más distribuidos a lo largo de las redes de distribución.
Aunque el almacenamiento eléctrico ofrece una alta flexibilidad al sistema, su elevado coste, especialmente en sistemas anteriores al contador, hace necesario considerar fuentes adicionales de flexibilidad de la demanda.
Por todo ello, se considera crítico favorecer y promover la flexibilidad de la demanda. Esto puede hacerse de manera implícita, a través de incentivos a los usuarios para que cambien sus hábitos de consumo, por ejemplo, señales de precios, y también de forma explícita, donde la activación de la flexibilidad es directa y con respuesta a más corto plazo. Un ejemplo de este segundo caso son los servicios de balance.
Por otro lado, la inestabilidad de la red, derivada de la elevada proporción de energías renovables en un esquema descentralizado, puede solventarse mediante la participación en mercados locales de flexibilidad, que permiten a los consumidores y pequeños generadores ofrecer servicios de ajuste de consumo y generación, contribuyendo a estabilizar la red.
En el proyecto ENFLATE, CARTIF está desarrollando una herramienta de gestión de la flexibilidad que ayuda al operador de red a gestionar redes de distribución, simulando escenarios que representan la participación en mercados locales de flexibilidad. Asimismo, es posible simular la provisión de servicios de balance para el operador de la red de transporte. Estos servicios se estudian sobre la red eléctrica de Láchar (Granada), operada por el socio CUERVA.
En España aún no existe un marco regulatorio para los mercados locales de flexibilidad, por lo que se trabaja con el marco europeo. El tamaño mínimo de flexibilidad ofertada en los mercados locales de flexibilidad considerados en el proyecto ENFLATE es de 0.1 MWh y el periodo de negociación es de una hora. Los dos productos ofertados son: gestión de sobretensiones y gestión de congestiones.
Los servicios de balance son ofertados en los mercados de balance. Hay tres posibles servicios: regulación primaria, regulación secundaria y regulación terciaria. En ENFLATE simulamos la última, también conocida como reserva de activación manual para la recuperación de la frecuencia. Permite ofertar 1 MW y el periodo de negociación es de 15 minutos a dos horas.
ADAION es otro socio que proporciona servicios de digitalización sobre el demostrador. Su plataforma basada en la nube utiliza la inteligencia artificial para simular y conocer la capacidad de la red en todo momento. Proporciona las entradas necesarias para el algoritmo desarrollado por CARTIF, de modo que se puede simular la participación en ambos mercados. Se dispone de generación renovable, demanda flexible y almacenamiento eléctrico.
Gracias a proyectos como ENFLATE podemos estudiar el alcance y las ventajas de utilizar la flexibilidad de la demanda en demostradores reales como la red de Láchar, simulando las condiciones de los mercados de flexibilidad y de balance. De este modo, nos preparamos para los desafíos de la transición energética. A nivel nacional, el marco regulatorio actual de la flexibilidad de la demanda se encuentra poco desarrollado y disperso en diversas normas, que poco a poco se han ido modificando con el objetivo de ir transponiendo las Directivas Europeas. Mientras se van consolidando, nos preparamos para el cambio con proyectos financiados por la Comisión Europea, como en el caso de ENFLATE2.
Asistimos en la actualidad a una profunda transformación del modelo energético global, impuesta por la necesidad de frenar el incremento constante de la temperatura de la Tierra generado por el cambio climático. El compromiso adquirido por la UE de alcanzar la neutralidad climática en 2050 y reducir las emisiones de GEI al 55% respecto a los niveles de 1990 para 20301 , supone un reto enorme y exige un cambio radical, según el cual estamos ya evolucionando desde el sistema energético tradicional centralizado y basado en combustibles fósiles, hacia un sistema descentralizado, descarbonizado y basado en fuentes de energía renovables.
En este contexto surge la figura de las Comunidades Energéticas como actor clave que promueve el despliegue territorial de energías renovables, empodera al ciudadano y facilita la generación de nuevos servicios, consolidando economías locales y luchando contra la pobreza energética y el cambio climático.
¿Cómo se puede constituir una Comunidad Energética?
En la mayoría de casos se generan a partir de un grupo de ciudadanos que cuenta con el apoyo de una entidad pública. Este apoyo puede venir a través de la cesión de suelo o una cubierta de un edificio para la instalación de paneles fotovoltaicos destinados a autoconsumo colectivo. Pero hace falta algo más, hay que dotarla de aspecto jurídico. En este sentido, existen dos figuras, la Comunidad de Energías Renovables (CER)2 y la Comunidad Ciudadana de Energía (CCE)3 . La CER está enfocada a la producción y consumo de energía renovable, mientras que la CCE está más dirigida al sector eléctrico, incluyendo agregación y almacenamiento de energía eléctrica, además de la prestación de servicios de recarga y eficiencia energética.
El siguiente paso es decidir qué tipo de entidad jurídica responde mejor a las necesidades de la comunidad. Las opciones son: cooperativa, asociación o sociedad mercantil (S.L o S.A), siendo las dos primeras las más habituales, y en particular, la asociación, la más sencilla de implementar porque para constituirla no es necesaria una escritura pública. Se hace un acuerdo de constitución entre tres o más personas físicas o jurídicas, y un acta fundacional. Además, presenta como ventaja el hecho de que la participación de sus miembros es abierta y voluntaria, no exigiéndose un capital mínimo.
Finalmente, nada tendría sentido si no hay un proyecto concreto detrás. Este puede ser un autoconsumo colectivo, una red de calor y frío, un parque fotovoltaico ciudadano, la prestación de servicios energéticos, movilidad eléctrica compartida o servicios de recarga de vehículos eléctricos, principalmente.
Para hacer realidad cualquiera de estos proyectos, la tecnología juega un papel clave. Se trata de electrificar la red sin usar energías fósiles y las Comunidades Energéticas son una herramienta muy valiosa para cambiar el sistema energético actual y avanzar en la dirección de la transición energética, promoviendo la generación distribuida. Las tecnologías de generación renovable ya están maduras y siguen en constante evolución. Las baterías de acumulación, complemento indispensable de la generación renovable, son competitivas y están en constante mejora. Además, las herramientas de gestión inteligente permiten dotar a las Comunidades Energéticas de una independencia de la red gracias a la gestión inteligente de los datos y a la implementación de herramientas de toma de decisión basadas en Inteligencia Artificial, machine-learning y conocimiento predictivo del comportamiento de los usuarios, elementos medioambientales, socioeconómicos y del sistema eléctrico.
El sector energético está experimentando una profunda transformación para dar respuesta a la necesidad de luchar contra el cambio climático y así contribuir a la sostenibilidad de la vida en nuestro planeta. Esto se está articulando a través de la llamada «Transición Energética», que implica dos grandes transformaciones en la red eléctrica. Por un lado, la tradicional generación centralizada se está viendo reemplazada por un número creciente de plantas de generación renovable distribuidas y situadas más cerca del consumidor final. Además, está aumentando el número de «autoconsumidores«, es decir, consumidores capaces de producir energía renovable, principalmente fotovoltaica, para su propio uso. En segundo lugar, se está asistiendo a un crecimiento de la demanda de energía eléctrica, con nuevas necesidades como la del vehículo eléctrico o la climatización de edificios.
Todo ello redunda en una mayor complejidad de la red eléctrica, especialmente la de distribución, pero también la de transmisión, porque el flujo de energía eléctrica ya no es unidireccional, sino bidireccional. Se hace imprescindible disponer de un sistema de gestión más flexible que aporte mayor eficacia al transporte y distribución de la energía eléctrica. Asimismo, los operadores de red necesitan nuevas tecnologías y herramientas para garantizar un servicio fiable y de calidad. Estos cambios, que ya forman parte del presente, son posibles gracias a la evolución de las redes eléctricas tradicionales hacia las redes inteligentes, también conocidas como «smart grids»
El concepto smart grid se refiere a una nueva característica de la red eléctrica: además de transportar energía, transporta datos. Para lograrlo son necesarias tecnologías digitales que faciliten la comunicación bidireccional entre el usuario y la red, herramientas informáticas y domóticas para la gestión de la flexibilidad de la demanda y los recursos distribuidos de generación y almacenamiento, así como la tecnología y equipamientos necesarios capaces de dar respuesta a la volátil generación renovable.
Una de las amenazas para garantizar el suministro adecuado y de calidad a los diferentes actores de la red de media y baja tensión son las averías. Es necesario disponer de los medios necesarios para localizarlas rápidamente, dando continuidad al suministro tras una reconfiguración de la red, siempre que esta sea útil para aliviar los efectos de la avería, en el tiempo más breve posible.
Existen dos índices para medir la calidad de suministro en un sistema eléctrico: el SAIDI (System Average Interruption Duration Index) y el SAIFI (System Average Interruption Frequency Index). En el índice SAIFI se tiene en cuenta el número de indisponibilidades por usuario, mientras que en el índice SAIDI se tiene en cuenta el tiempo acumulado de no disponibilidad. Estas indisponibilidades se generan como consecuencia de varios tipos de defectos entre los cuales los más frecuentes son los defectos de tierra y de fase, siendo los primeros los más repetitivos.
Cuando se produce un defecto a tierra en una red de distribución de media tensión, el interruptor automático de una de las salidas de la estación de transformación de alta a media tensión disparará por medio de la protección de defecto a tierra.
Posteriormente, y para descartar que el defecto sea transitorio, actuará la funcionalidad de reenganche, cerrando el interruptor. Si el defecto persiste, se volverá a producir el disparo hasta agotar el número de reenganches previsto. Si el defecto es permanente, la parte afectada de la red quedará sin servicio y habrá que localizar el defecto y reconfigurar la red para poder seguir dando servicio al mayor número de usuarios posible.
Tradicionalmente, tras la detección de un defecto permanente por parte de los equipos de telecontrol, es posible realizar una operación de reconfiguración a distancia desde el centro de control. Esta operación es llevada a cabo por un operador, siguiendo un protocolo definido y puede llevar varios minutos en el mejor de los casos.
Una red moderna y automatizada permitirá que este protocolo se realice sin la intervención del operador, de forma automática entre los equipos de telecontrol. A esta característica de la red se la conoce como self-healing, y permite que la red se configure de forma autónoma ante un defecto permanente, sin la intervención manual del centro de control. Esto acelera notablemente el tiempo de restablecimiento del servicio de suministro eléctrico.
CARTIF ha desarrollado, en el marco del proyecto INTERPRETER (H2020, GA#864360), una herramienta de ayuda dirigida a operadores de redes de media y baja tensión. Esta herramienta, conocida como GCOSH-TOOL, ayuda a evaluar distintos escenarios mediante la aplicación de distintos protocolos de actuación ante la aparición de uno o varios defectos en la red. Su funcionamiento se basa en proponer una secuencia de problemas de optimización con diferentes restricciones y funciones objetivo, lo que permite calcular la potencia que deberá ser entregada a cada cliente asegurando que se satisface la demanda. Para ello, será necesaria una reconfiguración de la red que permitirá asegurar el suministro eléctrico a la mayor cantidad posible de usuarios en el escenario escogido por el operador en función de objetivos técnicos y económicos.
Las redes inteligentes del futuro tendrán mayor flexibilidad y fiabilidad que las tradicionales y proporcionarán una mayor calidad de suministro de energía eléctrica a los usuarios. Estos estarán conectados en tiempo real, recibiendo y aportando información que les permitirá optimizar su propio consumo eléctrico y mejorar el funcionamiento del sistema global (gestión activa de la demanda). Por otro lado, la tendencia hacia la generación distribuida de fuentes renovables lleva a una estructura en forma de microrredes interconectadas entre sí que tendrán la capacidad de reconfigurarse de manera automática ante cualquier avería. La rápida evolución de la tecnología está permitiendo que estos cambios se produzcan muy deprisa, de modo que la llamada transición energética se está convirtiendo en una realidad, y ya disponemos de la infraestructura necesaria para reducir las emisiones de CO2, contribuyendo así a frenar el cambio climático.
La movilidad urbana es fundamental a la hora de abordar la regeneración sostenible de las ciudades, cuando nos encontramos ante el gran problema derivado de un transporte urbano no sostenible y no eficiente. La movilidad urbana es causante de casi la cuarta parte de todas las emisiones de CO2 originadas por el transporte en la Unión Europea. Los vehículos de combustibles fósiles contribuyen al 40% de la contaminación urbana, siendo la causa de importantes daños medioambientales, así como de problemas de salud.
El mayor reto está en identificar y analizar las mejores estrategias para introducir tecnologías limpias en un entorno urbano, alineándolas con los planes y políticas de transporte de la ciudad, a la par que se da respuesta a las necesidades de transporte de los ciudadanos.
La ciudad de Valladolid tiene un claro compromiso con el transporte sostenible y la electromovilidad, y así se deduce del gran número de iniciativas puestas en marcha a lo largo de los últimos años, así como de su participación en una serie de proyectos nacionales y europeos.
Uno de los más destacados es el proyecto REMOURBAN, que implementa una serie de acciones con el objetivo de impulsar aún más la penetración de la movilidad eléctrica en la ciudad.
Antes de REMOURBAN:
La mayor parte de las necesidades de transporte público urbano en Valladolid están cubiertas por su flota de autobuses (103 propulsados con GLP, 46 con biodiesel y uno híbrido no enchufable).
Además, hay una flota de 466 taxis, entre los cuales hay varios híbridos no enchufables y dos eléctricos puros (el primero de ellos lleva operativo desde diciembre de 2011).
Acciones de movilidad desplegadas durante el proyecto REMOURBAN:
La mayor parte de las acciones están en progreso.
Hay cinco autobuses híbridos enchufables que llevan circulando un año a lo largo de la línea 7. Dos de ellos han recibido financiación del proyecto.
Dos coches eléctricos enchufables ya han sido incorporados a la flota privada del Ayuntamiento y están dando servicio.
Además, está previsto incorporar una flota de 45 vehículos eléctricos puros enchufables (taxis, vehículos de reparto de última milla y otros negocios particulares). Para alcanzar este ambicioso objetivo, el Ayuntamiento ha lanzado una interesante oferta con la que espera dar un impulso radical a la adopción de esta tecnología de movilidad por parte de profesionales de estos sectores. Los interesados deberán adquirir el compromiso de monitorizar sus vehículos eléctricos y los puntos de carga vinculados a los mismos, reportando datos con regularidad a lo largo de 24 meses. A cambio, podrán percibir hasta 8.350 euros. Esta información será clave para analizar la viabilidad técnica y económica del uso del vehículo eléctrico en flotas comerciales y la conveniencia de la aplicación de políticas que favorezcan la elección de esta tecnología frente a otras de combustibles fósiles.
La infraestructura de recarga pública también se ha tenido en cuenta y la red de 34 puntos de que dispone la ciudad será actualizada e integrada en un sistema de gestión remota que permitirá monitorizarlos de manera automática y fiable. Además, se ha previsto instalar nueva infraestructura de recarga para garantizar recarga rápida a los autobuses y a los vehículos de reparto de última milla. En este sentido, se está terminando la puesta a punto de dos pantógrafos (120kW) al comienzo y final de la línea 7 de autobuses. Ellos proporcionarán la electricidad necesaria para recargar las baterías con las que los autobuses podrán recorrer en modo 100% eléctrico la zona centro de la ciudad. El proceso de carga lleva unos 8 minutos.
Los vehículos de reparto de última milla se beneficiarán de una estación de carga rápida (50kW) que será instalada en CENTROLID. Por ultimo, 4 puntos de carga adicionales (22kW, Schuko, Mennekes) proporcionarán recargas a los taxis (no de manera exclusiva).
Acciones de monitorización
CARTIF será el responsable de la implementación y mantenimiento de una plataforma local en Valladolid, a la cuál llegará toda la información procedente de la monitorización de vehículos y puntos de recarga. Estos datos, convenientemente procesados y agregados, alimentarán a su vez otra plataforma global de todo el proyecto REMOURBAN (que se desarrolla simultáneamente en las ciudades de Nottingham y Tepebasi), en la que se incluirán servicios a terceros. La plataforma local de Valladolid estará plenamente operativa a principios del 2018, cuando se prevé contar con todos los vehículos, y el proceso de monitorización se prolongará hasta diciembre de 2019.
La monitorización de los vehículos se realizará con unos equipos (On-board Units) que aporta e instala GMV (socio del proyecto REMOURBAN). Con ellos será posible registrar una serie de variables (velocidad, consumo instantáneo del motor, nivel de batería, consumo instantáneo de los sistemas auxiliares, posición GPS, emisiones, etc) todos ellos relativos al comportamiento del vehículo en ruta. Además, se registrará datos procedentes de las recargas, que serán proporcionados por el gestor de carga que corresponda. Esta información consistirá fundamentalmente en los tiempos de inicio y fin de cada recarga, así como la energía requerida durante cada ciclo de recarga.
De este modo, cada vehículo estará registrando datos procedentes de dos fuentes: rutas y procesos de recarga. Este conjunto de datos será convenientemente anonimizado y procesado en la plataforma local.
El objetivo final es obtener un conocimiento profundo del desempeño y rendimiento de los vehículos eléctricos en condiciones reales. Y, como en todos los proyectos europeos de estas características, esta experiencia será susceptible de ser transferida a otras ciudades interesadas en adoptar estas tecnologías.
Si no tienes claro cuál de las dos tecnologías se ajusta mejor a tus necesidades y preferencias, entonces deberías analizar ventajas e inconvenientes. Un buen punto de partida puede ser plantearte el uso que piensas darle al coche. Si la idea es circular en un entorno con arranques y paradas continuos, entonces puede que te interese el vehículo eléctrico.
El precio de un vehículo eléctrico suele ser una barrera insalvable a menos que se vayan a recorrer suficientes kilómetros a lo largo de su vida útil. Esta primera inversión se podría compensar con el ahorro en combustible, debido al menor precio de la electricidad en comparación con el diesel o la gasolina.
Otra barrera es la autonomía, de 150 a 200 km en condiciones reales. Aunque debería cubrir las necesidades diarias de la mayoría de conductores, lo cierto es que para muchos este es un inconveniente importante. Actualmente existe menos de un 0,1% de vehículos eléctricos enchufables en el mercado, y es raro verlos en las ciudades de la mayoría de países (con la excepción de casos como Suecia o Países Bajos). La Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) predice sólo un 1% de vehículos eléctricos en 2040, mientras que otros expertos no prevén un impacto real en los próximos 50 años.
Sin embargo, algunos indicios sugieren previsiones diferentes a corto plazo. Según Bloomberg New Energy Finance (BNEF), varios fabricantes (incluyendo a Tesla, Chevrolet y Nissan) lanzarán al mercado modelos de gran autonomía a unos 25.000 €, mientras invierten billones en nuevos modelos. Además, los precios de las baterías cayeron un 35% el año pasado, mientras que su capacidad es cada vez mayor. Según BNEF los precios de estos vehículos caerán por debajo de 20.000€ en 2040 y un 35% de los coches nuevos vendidos en todo el mundo serán enchufables.
La realidad es que el modelo que alcanzó el mayor número de ventas en 2015 fue el Volkswagen Golf (275.848 ventas), seguido por el Ford Fiesta (173.999 ventas). Pues bien, estos números han sido superados por los 276.000 pedidos recibidos por Tesla para su nuevo Tesla 3, aunque no todos necesariamente se materializarán en ventas en 2017. El modelo básico tendrá un precio de salida de 31.000 €, y una autonomía de al menos 346 km por recarga. Esto supone un cambio radical respecto a lo que habíamos visto hasta ahora. Tesla es conocida en todo el mundo por sus lujosos modelos, sólo al alcance de unos pocos, mientras que ahora su tecnología está al servicio de todos.
Así que tal vez ni el precio ni la autonomía sean ya un problema.
Otro argumento a favor de la tecnología eléctrica es la experiencia de la conducción, extremadamente silenciosa y suave, sin necesidad de caja de cambios, y por tanto más sencilla que con un vehículo convencional.
Los costes de mantenimiento deberían ser menores para un vehículo eléctrico debido a la ausencia de caja de cambios, aceite o fluidos refrigerantes. Además, los motores eléctricos tienen menos partes móviles.
Un argumento importante en contra puede ser la vida útil de la batería, que no es 100% fiable y podría fallar antes de lo previsto. Muchos fabricantes ofrecen garantías mayores para tranquilizar a sus compradores. Algunos de ellos plantean modelos de alquiler de baterías como alternativa a comprarla junto con el coche.
Finalmente, otro inconveniente del vehículo eléctrico es la problemática y costes añadidos asociados a la instalación de un punto de carga en casa, donde uno siente que podrá cargar su vehículo con seguridad y en el momento más conveniente (normalmente de noche).
Puedes obtener una buena estimación de los costes totales asignados a tu nuevo vehículo, tanto si es convencional como si es eléctrico, con CEVNE, una herramienta desarrollada por CARTIF que te ayuda a decidir desde un punto de vista puramente económico.
Y si todos los argumentos anteriores no fueran suficientes para ayudarte a tomar una decisión, entonces deberías considerar los beneficios para el medio ambiente. Las emisiones de tu vehículo eléctrico son cero, lo cual redunda en un aire más limpio para la ciudad en la que vives, aunque sabemos que la electricidad con la que cargas debe de venir de algún sitio… tal vez una central térmica de carbón. Si así fuera no estaríamos contribuyendo tanto a un medio ambiente más limpio, aunque sabemos que las energías renovables tienen una presencia cada vez mayor en todo el mundo.
