MICROGRID LIVING LAB CATEPS: la flexibilitat de la demanda posada a prova

El concepte de transició energètica descansa sobre el concepte de descarbonització. És a dir, la substitució progressiva de fonts de generació d'energia basades en combustibles fòssils, que emeten grans quantitats de gasos d'efecte hivernacle a l'atmosfera i provoquen un augment en la temperatura del planeta, per altres fonts de generació renovables (eòlica, fotovoltaica, etc.), lliures d'aquestes emissions.

De “consumer” a “prosumer”

Un dels sectors més fortament implicats en aquest procés és la generació d'electricitat i la seva distribució. Aquest sector s'està transformant, passant de grans plantes centralitzades (nuclears, gas, carbó), a molts punts de generació i emmagatzematge (Recursos d'energia distribuïts DER, com l'autoconsum, el vehicle elèctric o les bateries), de capacitat molt menor, i connectats al sistema elèctric a través de la xarxa de distribució (de mitjana i baixa tensió).

Tanmateix, mentre aquelles grans plantes eren teòricament capaces de produir energia 24x7, aquestes més petites i basades en fonts renovables depenen de recursos no sempre disponibles (sol vent, aigua, etc.), que cal gestionar de manera eficient, casant la seva producció amb la demanda. A això cal afegir que cal emmagatzemar energia per poder recuperar-la a les hores en què aquestes fonts primàries no estan disponibles.

En aquest sentit, la disponibilitat de DER converteix l'antic consumidor (“consumer”) en un actor més actiu i de major rellevància dins de la xarxa, convertint-lo en un “prosumer” (consumidor/productor).

Què és la flexibilitat de la demanda?

D'aquí sorgeix el concepte de Flexibilitat de la demanda. Aquest paradigma, també conegut com a Gestió Activa de la Demanda, consisteix en la capacitat del “prosumer” de modificar voluntàriament el seu patró de consum “normal”, generalment disminuint-lo, en resposta a estímuls, sigui per senyals de preu o per pagament d'incentius, procedents del sistema elèctric.

Per gestionar aquesta activitat és essencial la predicció de la producció i de la demanda, així com l'optimització de la distribució de l’energia. En aquest escenari l’ús de noves eines, com ara la Intel·ligència Artificial, capaces de processar grans quantitats de dades i elaborar models que permeten la gestió de sistemes complexos, esdevé fonamental.

La creixent presència de DER a la xarxa de distribució implica dotar els Operadors de Sistemes de Distribució (DSO), els gestors de la xarxa de distribució, de capacitat de control i anàlisi per optimitzar i gestionar aquests recursos. Davant de l'“alternativa del ferro”: incrementar i sobredimensionar les instal·lacions, amb estratègia de “fit and forget”; cada cop més s'imposa l'estratègia d'una gestió activa i flexible del sistema (“ASM Active system Management”) per part de les DSO, incloent-hi el control de la flexibilitat de la demanda (FD). Per això, és essencial un coneixement exhaustiu de la configuració de la xarxa (topologia) i d'operació (models de consum/generació). En aquest sentit, és evident que les tècniques d’anàlisi de dades i d'intel·ligència artificial (IA) són una potent solució per abordar aquest tipus de reptes.

Agregadors de demanda, Comunitats energètiques i Mercats locals de flexibilitat

Fins ara, la flexibilitat de la demanda al nostre país s'ha limitat a consumidors electrointensius (>5MW), a través dels antics programes d’interrompibilitat. El gran repte del sistema, tant en l'ambit econòmic, com tècnic i normatiu, és permetre l'establiment i la participació en aquest tipus de programes a un major nombre d'actors, incloent-hi mitjans o petits consumidors (industrials, comercials i residencials); sigui de forma directa o mitjançant agregadors de demanda.

Aquesta és una altra interessant nova figura. Els agregadors de demanda són agents que gestionen de manera conjunta la demanda d'un grup de prosumers. Dins aquest model de demanda agregada cobra especial interès i atenció per part de la UE, el concepte de Comunitat Energètica Local (CEL), on els recursos energètics d'una comunitat (barri, ajuntament, polígon industrial, etc.) tenen un component social afegit.

Indicar que la UE considera fonamental el desenvolupament d'aquest tipus de sistemes i propugna com a procediment desitjable l'establiment i la posada en marxa dels anomenats Mercats locals de flexibilitat, amb participació d'operadors de mercat, DSO i consumidors directes i/o agregadors.

CATEPS uGrid Living Lab: una microxarxa amb generació i emmagatzematge per aprofundir en els Mercats Locals de Flexibilitat

A favor del desenvolupament d’aquests mercats de flexibilitat locals, la Universitat de Sevilla, ha desplegat un projecte de recerca que permet experimentar amb l’ús de la IA en aquest tipus de mercats, així com implementar noves tecnologies per a la seva gestió. El CATEPS uGrid Living Lab és una infraestructura modular que compta amb diversos DER desplegats al llarg de les dependències. 

Un banc de proves real per gestionar i optimitzar amb IA la flexibilitat de la demanda

Des del punt de vista de la investigació, el principal objectiu de la instal·lació és desenvolupar nous algorismes basats en Intel·ligència Artificial per gestionar la Flexibilitat de la Demanda, fonamentalment d'aprenentatge automàtic i aprenentatge profund, que poden ser testats en un entorn real a escala (Living Lab). Però no només s'investiga sobre algorismes d’IA, també sobre nous protocols de telecontrol, dispositius basats en l’Internet de les Coses (IoT) per a la captura de dades o arquitectures descentralitzades tipus blockchain.

Actualment, estem desenvolupant sobre la instal·lació diversos projectes en col·laboració amb Endesa com el projecte DER4ALL: DERMS escalable, multinivell, interoperable i segur basat en intel·ligència artificial, edge computing i arquitectures descentralitzades per a serveis de flexibilitat, en què s'està investigant sobre plataformes per a la gestió de recursos distribuïts que siguin escalables, multinivell, interoperables i segures, basades en intel·ligència artificial, computació a la vora (“edge”) i arquitectures descentralitzades emprant cadenes de blocs, per facilitar serveis de flexibilitat basats en la gestió de recursos energètics distribuïts.

A aquest efecte, es plantegen 4 objectius:

1. La predicció de la demanda, la generació de renovables i l'optimització de l'operació;
2. L'autoconfiguració de la plataforma, d'acord amb el nivell de xarxa on s'emmarca (inicialment centrat en la part de consumidor final, agregadors, energy hubs o comunitats energètiques);
3. L'aplicació d'arquitectures descentralitzades per a la traçabilitat i gestió d'actius a diferents nivells de la xarxa intel·ligent;
4. I el desplegament de la plataforma en una instal·lació real a la Microgrid Living Lab de CATEPS, incloent-hi equips per a l'emulació de vehicles elèctrics amb bateries (V2X).

Des del punt de vista cientificotècnic, el projecte contribuirà a construir una nova solució que permetrà la integració ràpida, escalable, segura i eficient dels recursos energètics renovables desplegats, normalment, en baixa tensió, proporcionant serveis de flexibilitat i traçabilitat.

Des del punt de vista economicosocial es proporcionarà una eina per habilitar economies circulars al sector energètic, cosa que permet obtenir instal·lacions sostenibles, que facilitin la participació de l'usuari al mercat elèctric, augmentin la competitivitat, estimulin l'autoconsum i redueixin els preus i costos de l'energia, augmentant la fiabilitat de la xarxa.

D'altra banda, el projecte AI4FLEX: Millora de la gestió de la xarxa de distribució i la flexibilitat de la demanda mitjançant analítica de dades i intel·ligència artificial, proposa tres objectius principals:

1. Marc de gestió de la flexibilitat de la demanda per a l'operació òptima del sistema de distribució, basant-se en l'analítica avançada de dades i la IA sobre la informació disponible per a l'optimització i la predicció per a la gestió de la congestió i la integració dels DER;
2. Integració de dades heterogènies amb les dels AMI (infraestructura de mesura avançada) per a la identificació de pèrdues no tècniques en xarxes de distribució sobre la base del descobriment de la topologia;
3. Cas d'ús: Gestió òptima de la flexibilitat per a la integració del vehicle elèctric a escala de distribució, incloent-hi el modelatge de la degradació de la bateria.

Gràcies a l'aplicació d'aquests tres objectius, les distribuïdores podrien disposar d'una potent eina que els permetrà operar la xarxa de manera més eficient, així com incrementar la resiliència i capacitat de desplegar generació de la xarxa.

Testejant comunitats energètiques locals

Adicionalment, l'edifici està inclòs dins del projecte eCitySevilla, que pretén aconseguir una zona d'emissions nul·les a l'Illa de Cartuja, cosa que permet testar a la instal·lació diverses iniciatives sorgides en el marc del projecte esmentat, tal com són el desenvolupament de plataformes que permetin la integració i el balanceig de l'energia en comunitats energètiques locals.