Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente

Fundación Telefónica

Fundación T

elefónica

Fundación Telefónica

Smar

t Ener

gy. TIC y ener

gía: un futur

o eficiente

Smart Energy.

TIC y energía: un futuro eficiente

Uno de los aspectos fundamentales para que una sociedad pueda

desarrollarse, es la existencia de un sistema energético eficiente,

que garantice el suministro de energía a precios razonables, y que

facilite la actividad económica y el crecimiento. Durante el último

siglo, varios factores, como el aumento demográfico en el planeta,

el crecimiento económico sostenido, o la escasez de combustibles

fósiles, han ido sometiendo a este sistema a numerosas tensiones

que se han llegado a traducir en crisis económicas e incluso

conflic-tos entre naciones.

La importancia de este tema ha llevado a la búsqueda de

solucio-nes, como la mejora de la eficiencia en el consumo o el desarrollo

de una gran gama de tecnologías que permiten captar energía del

ambiente, las denominadas energías renovables. Todo ello ha

su-puesto un balón de oxígeno permitiendo estirar el modelo actual,

aunque empieza a haber consenso de que no es suficiente para

mantener el ritmo de crecimiento de la actividad del planeta, sobre

todo de los países del Este de Asia.

Nos encontramos por tanto en una época en la que el sistema

energético se enfrenta a enormes retos que le obligarán a dar

so-luciones en un nuevo contexto económico y social, y que deberá

basarse en criterios de sostenibilidad que permitan un crecimiento

duradero. En esta situación, nuevas tecnologías como las que

sus-tentan el vehículo eléctrico, los smartphones, o la comunicación

máquina a máquina (M2M), han alcanzado un grado de madurez

suficiente para integrarse en la estructura del sistema energético,

provocando más su transformación que una mera evolución.

Esta obra ha sido editada por Ariel y Fundación Telefónica, en cola-boración con Editorial Planeta, que no comparten necesariamente los contenidos expresados en ella. Dichos contenidos son responsa-bilidad exclusiva de sus autores.

© Fundación Telefónica, 2013 Gran Vía, 28

28013 Madrid (España)

© Editorial Ariel, S. A., 2013 Avda. Diagonal, 662-664 08034 Barcelona (España)

© de los textos: Fundación Telefónica © de la ilustración de cubierta: Shutterstock

Coordinación editorial de Fundación Telefónica: Rosa María Sáinz Peña

El presente monográfico se publica bajo una licencia Creative Commons del tipo: Reconocimiento - NoComercial - CompartirIgual

Este informe ha sido realizado con la colaboración técnica de Telefó-nica Digital

Primera edición: Julio 2013

Depósito legal: B. 20.702-2013

Impresión y encuadernación: UNIGRAF, S.L.

Impreso en España – Printed in Spain

El papel utilizado para la impresión de este libro es cien por cien libre de cloro y está calificado como papel ecológico.

Colección

Fundación Telefónica

Índice

Introducción . . . VII

1. Smart Home. . . 1

1.1 Dispositivos inteligentes para el ahorro energético. . . 4

1.2 La gestión energética del hogar se sube a la nube . . . 6

1.3 Smart building. . . 8

2. Smart Grids y Smart Meters. . . 13

2.1 Arquitectura de una smart grid . . . 16

2.2 La interfaz entre la red y los usuarios: smart meters. . . 18

2.3 Modelos en el despliegue de las smart grids. . . 22

3. Microgeneración y cogeneración . . . 29

3.1 Energía solar . . . 31

3.2 Energía mecánica. . . 35

3.3 Energía eólica. . . 36

3.4 Cogeneración. . . 37

4. Vehículos eléctricos. . . 41

4.1 El coche eléctrico. . . 44

4.2 Las infraestructuras de recarga del coche eléctrico. . . 48

4.3 Sistemas de gestión de puntos de recargas . . . 51

4.4 El vehículo como acumulador de energía . . . 53

4.5 Otros vehículos eléctricos . . . 55

5. Impacto socioeconómico. . . 59

6. El futuro de la smart energy . . . 67

7. Transcripción del encuentro de expertos sobre smart energy. . . 73

7.1 El impacto de la regulación en la gestión inteligente de la energía. . . 75

7.2 La visión de los usuarios. . . 77

7.3 El debate sobre la rentabilidad de las nuevas fuentes de energía. . . 78

7.4 La visión de la industria sobre las smart grids . . . 80

7.5 El futuro del coche eléctrico. . . 85

El consumo de energía ha crecido de forma imparable durante el último siglo hasta el punto de crear verdaderos problemas en el desarrollo de las naciones, e incluso conflictos entre los países con grandes recursos energéticos y los que tienen una dependencia en este campo. Y es que

el consumo ha pasado a nivel mundial de 600 Mtep1 _{(millones de toneladas de petróleo}

equivalen-te) en el año 1900 a 9.023 Mtep cien años más tarde, quince veces más.

Para hacer frente a este aumento se han ido optimizando los métodos de generación a la vez que han ido apareciendo nuevas fuentes de energía. Sin embargo, estos crecimientos no garantizan incrementos exponenciales de energía a precios reducidos para hacer frente a unas necesidades de consumo cada vez mayores por parte de la sociedad. Por este motivo, durante muchos años ha sido necesario implementar cambios en los comportamientos de los usuarios, en la naturaleza de las energías que se utilizan, e incluso en los modelos de relación entre clientes y proveedores. En la figura 1 se muestra cómo esta evolución se ha producido en varias fases.

F igura 1. Evolución del modelo energético para satisfacer la demanda

Comunicación Proveedor-Cliente Ajustamos producción Comunicación Proveedor-Cliente Ajustamos producción Comunicación Proveedor-Cliente Ajustamos producción

Optimización de la

Energía

Fuente: Elaboración propia.

Las necesidades de consumo han crecido constantemente a lo largo de los años debido a dos mo-tivos principales: el incremento de consumo por persona y el aumento demográfico de la pobla-ción, por lo que en un principio los esfuerzos se centraron en la mejora energética de todos los procesos y de los elementos de consumo. Por ejemplo, según datos del IDAE (Instituto para la Di-versificación y Ahorro de la Energía), el consumo medio en vehículos nuevos se ha reducido consi-derablemente entre 1970 y 2007, al pasar de 12 l por cada 100 km para los vehículos de más de 1.500 cc en 1970, a 8,5 l por cada 100 km en los años noventa, y en la actualidad son muchos los vehículos con consumo por debajo de los 5 l. No obstante, estas reducciones del consumo medio no han sido capaces de contener la demanda, y acorde a los datos de la IEA (Agencia Internacional de la Energía), solo entre los años 1990 y 2008, la energía media consumida por persona se incre-mentó un 10 % mientras que la población mundial creció un 27 %. Los mayores incrementos en el consumo de energía se han producido durante este tiempo en China, con un aumento del 170 %, y en India, con uno del 146 %, mientras que las necesidades energéticas del mundo han crecido el 39 %. De esta forma, a pesar del gran incremento en la eficiencia en el uso de la energía, a lo largo del siglo XX el consumo de combustibles fósiles se ha multiplicado por veinte, con la consiguiente

intensificación en las emisiones de carbono.

1. http://www.uned.es/biblioteca/energiarenovable3/usos.htm

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente VIII

Por tanto, una evolución basada solamente en la mejora de la eficiencia suponía un modelo que no era sostenible a largo plazo dada la escasez de recursos fósiles, y se hizo necesaria en una segunda etapa la sustitución de este tipo de energía por otras energías de carácter renovable. De hecho, si bien es cierto que existe un debate sobre la verdadera magnitud de estas reservas, todo el mundo reconoce que en un plazo de tiempo más o menos largo están llamadas a agotarse. Los esfuerzos que se están realizando en el terreno de las energías renovables han llevado a que en el año 2010, el 16 % de la energía final consumida en el mundo tenga origen renovable, mientras en España esta cifra sube has-ta superar la cohas-ta del 30 % durante los años 2010 y 20112_{. Cabe destacar que en el año 2010 España}

se encontraba en cuarta posición mundial en capacidad de energías renovables3 _{(sin considerar la}

hi-droeléctrica). Este cambio de orientación en las fuentes de generación de energía tiene otros efectos importantes, como evitar la dependencia de países productores y reducir la huella de carbono.

También merece la pena subrayar que una parte importante de la energía que se produce no llega a utilizarse; por ejemplo, durante 2008, la producción total mundial de energía fue de 143.851 TWh mientras que el uso fue de 98.022 TWh, lo que supone una pérdida del 31 %. Los motivos de estas pérdidas son variados, por ejemplo, a veces el propio proceso de producción re-quiere también del consumo de energía en otras actividades paralelas, como ocurre con el caso de la energía nuclear, en la que una parte importante de la energía se utiliza en inyectar agua en los sistemas de refrigeración. Otros motivos son las pérdidas de transporte o el desacoplamiento en-tre oferta y demanda. Este desacoplamiento es más difícil de gestionar en el caso de las energías renovables que muchas veces están sujetas a factores de la naturaleza no controlables, por lo que se hacen necesarios mecanismos para adecuar la oferta a la demanda que existe en cada momen-to. Por ello, podemos definir una tercera fase en la que hay una mayor comunicación entre los proveedores y los consumidores, de tal manera que sean posibles mecanismos para acoplar la producción con las necesidades. Esto supone actuaciones tanto desde el lado del consumidor con el desplazamiento de la demanda, como por el lado del proveedor con una anticipación de las ne-cesidades reales que permita una mejor eficiencia y mayor utilización de las energías renovables.

1. Nuevos retos del sistema energético

En el futuro continuarán o incluso empeorarán los problemas actuales relativos al suministro ener-gético: aumentará el requerimiento global de consumo de energía en el mundo y los recursos tra-dicionales serán cada vez más escasos. Además, las energías renovables, la gran baza que se suele presentar como solución, poseen unas limitaciones debido a su naturaleza, que es necesario tener en cuenta durante todo el proceso de diseño y gestión del sistema energético. Por estos motivos, durante los próximos años deberá continuar la evolución de este sistema y habrá que profundizar aún más en los criterios de eficiencia y sostenibilidad.

No es fácil predecir con exactitud la naturaleza y la magnitud de estos movimientos. Aunque he-mos destacado tres tendencias que pensahe-mos que tendrán impacto en la evolución global del sistema energético ( Figura 2):

2. REE.

3. Renewables 2011. Global Status Report.

Introducción IX

Fi gura 2. Tendencias en la evolución del modelo energético

Fuente: Elaboración propia.

• Energía verde. Como se ha comentado, el hecho de que muchas de las energías actuales se basen en recursos escasos, como los combustibles fósiles, hace que cada vez sean más nece-sarias las energías de carácter renovable. Esta necesidad será a su vez cada vez mayor hasta convertirse en obligación en el futuro, según vayan agotándose otro tipo de recursos.

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente X

• Prosumer. Como consecuencia de la generación distribuida y del hecho de que los consu-midores puedan ser a su vez productores de energía, se plantea la posibilidad de que se den situaciones en las que un usuario tenga sobrantes de energía que puedan ser utiliza-dos por otros usuarios. De esta forma el mercado de generación se abre a los usuarios, que podrán adoptar los dos roles; se creará así una red más eficiente aunque más complicada de gestionar.

Todos estos cambios implicarán grandes desafíos que necesitarán la implicación de toda la socie-dad: Administraciones Públicas, empresas de generación y distribución, industria del automóvil, otras industrias… y también de los propios ciudadanos. Además, la investigación y la innovación serán fundamentales, ya que definirán la evolución del modelo y qué empresas se sitúan en la vanguardia en el futuro en este campo.

2. El modelo smart energy

En este contexto de continua mejora de la eficiencia energética y de otros desafíos, como la reduc-ción de la huella de carbono y la introducreduc-ción de nuevas tecnologías, se plantea la necesidad de vislumbrar otros modelos que permitan avanzar en estos objetivos. Como se ha comentado, este sector es complejo, ya que interviene gran cantidad de actores, con lo que es necesario utilizar un enfoque holístico, tanto a la hora de analizar la posible evolución del sector, como las innovaciones que facilitarán esta evolución.

Hemos agrupado tanto las líneas de evolución anteriormente explicadas como las innovaciones tecnológicas que existen y se prevén a medio plazo, en un nuevo concepto que hemos denomina-do «smart energy», o energías inteligentes. Este concepto trata de mostrar un nuevo enfoque en todo el proceso de gestión de la energía desde la producción hasta el consumo, e incluso de cam-biar la orientación tradicional del modelo, poniendo al consumidor en el centro, y orientando el resto del sistema a ofrecerle el servicio de la manera lo más eficiente y ecológica posible.

De una forma general podemos distinguir en nuestro modelo tres grandes actores (Figura 3):

• Los consumidores. Se trata de consumidores en un sentido amplio, esto es, los hogares, vehículos, edificios de oficinas, instalaciones de la ciudad… No consideramos aquí específica-mente a los grandes clientes industriales, aunque la mayoría de los conceptos que se desglo-san en este informe también son válidos para ellos. Este consumidor tiene una actitud más activa y un mayor nivel tecnológico, lo que le lleva a una mayor implicación.

• Las redes. Consideramos no solo las redes de distribución eléctrica, sino, y en lo que es la mayor novedad del modelo, también las redes de comunicaciones que facilitan el intercam-bio de información en tiempo real.

• Los suministradores/generadores de energía. Se incluyen nuevas fuentes de generación de energía a pequeña escala, lo que permite una generación más distribuida; se incorporan asimismo nuevas tecnologías de comunicación que le aportan mayor flexibilidad y capacidad para adaptar la producción.

Aunque es cierto que son muchas las incógnitas sobre cómo serán las cosas en este ámbito en el futuro, todo parece indicar que el ciudadano adquirirá un protagonismo cada vez más importante en el modelo energético, y dejará atrás el papel pasivo que ha tenido tradicionalmente.

Introducción XI

2.1 Del consumidor pasivo al consumidor activo

La propia sociedad se encuentra en un proceso de digestión de las nuevas tecnologías, lo que pro-voca importantes cambios en todos los ámbitos. En el terreno del consumo de energía, también empiezan a vislumbrarse importantes movimientos. Por ejemplo, existe una previsión de desplie-gue importante de los vehículos eléctricos, modalidad de transporte que está llamada a convertir-se en masiva en el futuro en sus diversas modalidades, coche, moto o incluso bicicleta, y que irá pasando por diferentes etapas intermedias como los motores híbridos, e híbridos enchufables, antes de llegar a la implantación generalizada de los modelos completamente eléctricos. Como un efecto secundario, aunque no por ello menos relevante, el coche eléctrico podrá actuar a su vez como acumulador de energía, lo que permitirá consumir energía de la batería durante las horas pico y aprovechar para recargarlas durante las horas valle. Este efecto, aunque ahora pueda pare-cer de poca envergadura, puede llegar a tener un gran impacto a medida que el coche eléctrico se convierta en una realidad. De hecho, si en España hubiera 10 millones de coches eléctricos (la mitad del parque de vehículos de nuestro país), cada uno de ellos con una capacidad de acumulación de 12 kWh, sería posible abastecer todas las necesidades eléctricas del país durante varias horas, lo cual nos da una idea del potencial que tiene la utilización del coche eléctrico como almacén de energía.

Otro cambio fundamental en el ámbito de los usuarios es un mayor grado global de adopción de tecnologías, principalmente de las tecnologías de comunicación, tanto en el entorno personal como en el hogar. Así, en el área del hogar estamos viviendo la introducción de gran cantidad de dispositivos que se conectan a Internet y en el futuro lo harán muchos más, incluidos sensores que pueden medir todo tipo de variables, como el consumo de los diferentes electrodomésticos. Este nuevo concepto de hogar conectado y hasta cierto punto inteligente, que se denomina común-mente «smart home», abre la puerta a gran cantidad de posibilidades en diversos ámbitos, como el ocio o la gestión de recursos, de los cuales el más importante es la energía. En un sentido más amplio podemos considerar que en el futuro también las oficinas, pequeños negocios e incluso la ciudad en sí serán entornos tecnológicos conectados a Internet.

2.2 De la red de distribución tradicional al smart grid y los smart meters

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente XII

SMART HOME

VEHÍCULO ELÉCTRICO

SMART

MEETERING

CONSUMO

RED

SMART OFFICE

SMART BUILDING

Fig ura 3. Modelo smart energy

Introducción XIII

MICROGENERACIÓN/

COGENERACIÓN

SMART GRID

GENERACIÓN

PRODUCCIÓN

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente XIV

No obstante, para que se pueda obtener valor de esta información, es necesario poder agrupar los datos y transmitirlos adecuadamente a los proveedores de energía mediante redes de comunica-ciones. Estas redes de comunicaciones, que conectarán los lectores de electricidad con otros dispositivos o centros de gestión, y facilitarán un flujo bidireccional de la información, pasarán a desempeñar un papel importante en el modelo de producción-distribución de energía en el futuro. Contribuirán a mejorar la eficiencia de todo el sistema eléctrico, motivo por el que existen iniciati-vas de las Administraciones en los países desarrollados para potenciar su desarrollo en el medio plazo, e incluso directrices que obligan a su despliegue en determinados plazos de tiempo. Así, los elementos inteligentes por parte del consumidor y por parte del generador de energía, más las propias redes de comunicaciones en sí, darán lugar a una red que ya se conoce como «smart grid». Esto es, una red inteligente en la que una gran cantidad de dispositivos están conectados, e utili-zan para ello tecnologías y plataformas máquina a máquina, y donde la información fluye perma-nentemente de manera bidireccional, lo que permite actuaciones automáticas. Estas actuaciones se producirán tanto en el lado del productor de energía para ajustar el mix de producción, como en el del consumidor, que podrá cambiar la planificación de algunos consumos para ahorrar costes.

2.3 De la generación planificada a la generación según demanda en tiempo real

Este modelo también tendrá un impacto en el modo en el que se genera y distribuye la energía. Por una parte, las empresas productoras tendrán más información para hacer sus previsiones y poder optimizar el mix de producción en cada momento, aprovechando en mayor medida la energía re-novable. Además, favorecerá la creación de muchos pequeños centros de microgeneración y coge-neración que permitan complementar la gecoge-neración industrial de electricidad, y que se podrán unir a esta red de energía inteligente. La energía generada así en pequeñas cantidades podrá satisfacer parte de la demanda de los consumidores con la consiguiente reducción de compra de energía, e incluso en ocasiones en las que la producción sobrepasa el consumo, esta energía podrá venderse a los suministradores tradicionales para su distribución y consumo por otros usuarios. Asimismo, este modelo de generación de bajos volúmenes de energía pero próximos a los lugares de consu-mo viene a suponer una mejora de la eficiencia al reducirse significativamente las pérdidas en la distribución.

Capítulo

1

Smart Home

1.1 Dispositivos inteligentes para el ahorro energético 4

1.2 La gestión energética del hogar se sube a la nube 6

Como se ha comentado en la introducción, el propio ciudadano y de una manera más amplia el hogar se colocan en el centro del modelo al cambiar su actitud pasiva tradicional respecto al sistema energé-tico, por una posición activa en la que muestra interés por el consumo y sus implicaciones ecológicas.

Este cambio es posible gracias a la existencia de medidores y sensores inteligentes en el hogar, y de aplicaciones que pueden ser configuradas para supervisar y utilizar la energía de un modo más efi-ciente. Esto facilita una gestión integrada e inteligente de los sistemas que tenemos en nuestro ho-gar: iluminación, sistemas de acondicionamiento de aire, equipos eléctricos, sistemas de alarmas de incendio, sistemas de seguridad y control de acceso, y sistemas de entretenimiento, entre muchos otros. De la integración de estos elementos con las nuevas capacidades que ofrecen las TIC y, en particular Internet, nace el concepto de una casa u oficina inteligente: «smart home».

Figura 1.1 Diferentes ejemplos de soluciones smart home

Fuente: Elaboración propia.

De esta forma, los diferentes sistemas del hogar son controlados de manera integral, automática, cómoda y accesible para el usuario, ya sea presionando un botón en un control remoto, a través de

Smart Home 3

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 4

una pantalla, en respuesta a nuestra voz, o por un comando vía Internet desde un ordenador o termi-nal móvil. Las aplicaciones son muy variadas y el límite lo definen los propios usuarios de la casa.

Internet y las redes inalámbricas constituyen una plataforma ideal, sencilla, barata y ampliamente extendida para la comunicación de los diferentes dispositivos. Desde el punto de vista de la ges-tión energética, el primer aspecto que se debe abordar tiene que ver con el comportamiento indi-vidual, en la medida en que refleja la racionalidad de los consumidores de energía. En este punto es donde la eficiencia energética engarza directamente con las posibilidades que ofrece Internet. Así, la red abre la puerta a tener usuarios más responsables, más concienciados, más informados y que difundan buenas prácticas a través de las nuevas herramientas de comunicación social.

Internet permite ofrecer servicios de monitorización de los consumos y de gestión de los disposi-tivos en el hogar centrados en el usuario: fáciles, baratos, simples y realmente útiles. Servicios cuyas ventajas pueden ser compartidas por muchos usuarios a través de herramientas como las redes sociales y tener un impacto significativo en los comportamientos sostenibles de los usua-rios. Se trata de la aplicación de «Internet de las cosas» (Internet of things) a la gestión inteligente de la energía en el hogar. Hay que remarcar que esta solución no es exactamente la misma que las soluciones basadas en la domótica tradicional, las cuales son soluciones complejas, costosas, difí-ciles de implantar y mantener, y de utilidad complicada desde el punto de vista del consumidor.

1.1 Dispositivos inteligentes para el ahorro energético

En el hogar inteligente muchos de los aparatos estarán conectados en red, lo que permitirá acce-der y operar con ellos a través de un energy management system (EMS)4_{. Un EMS posibilita una}

gestión eficiente de los aparatos eléctricos en función de diversas variables (tiempo, temperatura, tarifas contratadas, etc.) y facilita, por ejemplo, la posibilidad de encender la calefacción cuando el usuario está a punto de llegar a casa, o hacer un seguimiento del consumo de energía de los apa-ratos específicos (como la energía que consume la bomba de la piscina).

Asimismo, los electrodomésticos inteligentes serán capaces de responder a las señales de su pro-veedor de energía para evitar su uso durante las horas de máxima demanda. Por ejemplo, un apa-rato de aire acondicionado inteligente podría reducir su ciclo de funcionamiento ligeramente para reducir su carga sobre la red, de tal manera que el resultado fuera imperceptible para el consumi-dor. Otros casos en este sentido serían un frigorífico inteligente que podría aplazar su ciclo de congelación unas horas, o un lavavajillas inteligente que podría diferir su funcionamiento hasta la franja de menos demanda (off-peak hours).

Los medidores inteligentes tienen capacidad para recopilar y analizar los datos importantes sobre el consumo de energía de la casa inteligente, y existe una gran cantidad de modelos en el merca-do5 _{(Figura 1.2), los cuales permiten que el consumidor pueda saber exactamente cuánta energía}

consumen los aparatos conectados.

4. http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_management_system 5. http://www.fifthplay.com

Smart Home 5

Figur a 1.2 Energy Smart Plug

En este mismo sentido, el proyecto ESI Tecnalia6 _{desarrolla una plataforma que permite medir con}

precisión el consumo energético en los hogares; para ello ha desarrollado sensores que miden el uso de los aparatos eléctricos por parte de los habitantes de la casa y que aspira a optimizar el funcionamiento de los electrodomésticos para que las familias ahorren un 30 % en su factura anual. Los datos que reflejan el consumo de cada aparato se graban en los sensores colocados en lavadoras, hornos, dispositivos de aire acondicionado o calefacciones de cada domicilio, y una vez que se registra la información del consumo, los datos se dirigen vía Internet (wifi) al dispositivo móvil u ordenador del consumidor. Un esquema de este modelo se observa en la Figura 1.3.

Figura 1.3 Monitorización de consumos

Fuente: Elaboración propia.

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 6

Los termostatos inteligentes —smart thermostat— son otros dispositivos inteligentes muy efi-cientes para el ahorro energético del hogar.Nest (Figura 1.4) presentó su termostato inteligente en 20117_{, un dispositivo (diseñado por el antiguo arquitecto-jefe de Apple) que aprende de los}

hábitos de calefacción y refrigeración del consumidor. A diferencia de los termostatos programa-bles, en los que el usuario tiene que introducir varios períodos de tiempo y las temperaturas desea-das, éste aprende los hábitos del clima y se ajusta automáticamente. Además, mediante la aplica-ción Nest para iOS y Android es posible ajustar la temperatura desde otro lugar.

Figura 1.4 Ejemplo de termostato inteligente Nest

1.2 La gestión energética del hogar se sube a la nube

La información del hogar puede ser recogida y enviada desde enchufes o dispositivos inteligentes a la nube, y gracias a ello se puede acceder a los datos mediante aplicaciones web y aplicaciones para terminales móviles, las cuales nos ayudarán a supervisar y a gestionar en tiempo real el uso que se hace de la energía.

Este tipo de aplicaciones permiten a los usuarios acceder a la información de los elementos de su hogar desde cualquier dispositivo conectado a Internet y desde cualquier lugar y, además, contro-lar su comportamiento mediante aplicaciones, principalmente de dispositivos móviles.

Un ejemplo es el controlador Insteon8_{, un sistema para conectar interruptores de iluminación y}

cargas sin necesidad de cables, el cual emplea la red eléctrica y radiofrecuencia (RF) para comuni-carse con los dispositivos. Se trata de una tecnología de red domótica diseñada por SmartLabs, Inc.9 _{que ofrece un control rápido y sencillo de la red doméstica. Otros ejemplos de este tipo de}

aplicaciones son Mobilinc y Conductor(Figura 1.5). El primero hace uso de wifi o comunicaciones móviles, y monitoriza en tiempo real, desde dispositivos como el iPhone, el control de las luces, termostatos, dispositivos, programas y sistemas de riego, mientras el usuario está de vacaciones o fuera de casa. Conductor permite controlar el sistema de automatización del hogar a través de dispositivos universales.

7. http://www.nest.com 8. www.insteon.net/ 9. www.smartlabsinc.com/

Las aplicaciones móviles son la herramienta perfecta para facilitar a los usuarios la gestión de la efi ciencia energética en el hogar.

Smart Home 7

Figura 1.5 Aplicaciones de control de consumo energético

Cada día es más común que las aplicaciones incorporen un componente social, y esto mismo suce-de en el terreno suce-de la gestión personal suce-de la energía. Con esta intención se han suce-desarrollado aplica-ciones para que los usuarios puedan comparar el consumo de su hogar con el de otros hogares que poseen características semejantes, como es el caso de la aplicación Opower10_{, e incluso otros}

ser-vicios como Green Pocket11_{van más allá y permitencompartir con sus conocidos en Facebook los}

logros que van consiguiendo; además, incorpora el concepto de gamificación (aplicación de las di-námicas del juego para implicar al usuario de una página web) a este campo al ofrecer premios vir-tuales por un buen comportamiento energético, e incluso premios que pueden ser canjeados por beneficios reales, como entradas a conciertos. Más allá de este componente social, existen aplica-ciones que realizan una labor de educar en el consumo eficiente de energía; es el caso de Sassor12_,

o Energy Savvy, que también efectúa una auditoría sobre la eficiencia energética de un hogar y ofrece información adaptada al usuario sobre cómo reducir los consumos (Figura 1.6).

Figura 1.6 Aplicaciones de monitorización de energía con componente social

10. https://social.opower.com/welcome

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 8

1.3 Smart building

IBM define «smart buildings» como «edificios inteligentes bien administrados, con infraestructu-ras físicas y digitales integradas que proporcionan servicios óptimos de ocupación de una manera fiable, rentable y sostenible. Estos edificios ayudan a sus propietarios, operadores e instaladores a mejorar el rendimiento del edificio, reducir el consumo de energía, optimizar el uso del espacio y minimizar el impacto ambiental de sus edificios13_».

Con el aumento de la conciencia sobre el uso de energía y los avances en tecnologías, la eficiencia energética se está convirtiendo en parte de la gestión inmobiliaria, gestión de instalaciones, y la estrategia de operaciones. En el caso de la iluminación, el ahorro de energía puede ser de hasta el 75 %, lo que representa el 5 % del consumo total de energía de los sectores residenciales y comer-ciales. El ahorro potencial de energía utilizada en el calentamiento de agua, refrigeración o produc-ción de agua caliente puede ser de hasta el 10 %, lo que representa hasta el 7 % del consumo total de energía de los sectores doméstico residencial y comercial14_.

En los edificios inteligentes se pueden instalar sistemas de automatización como sensores y equi-pos de control de la infraestructura, sistemas de iluminación o sistemas heating, ventilation and air conditioning (HVAC – calefacción, ventilación y aire acondicionado) (Figura 1.7).

Figura 1.7 Ejemplo de sistema HVAC15

13. http://www.greenbang.com/from-inspired-to-awful-8-definitions-of-smart-buildings_18078.html 14. http://www.businessballs.com, «Intelligent buildings design and building management systems». 15. http://www.comfortengineers.com/infocenter.html

Un edifi cio inteligente puede llegar a ahorrar un 75% de la energía dedicada a iluminación.

Smart Home 9

HVAC es la tecnología de automoción diseñada para el confort ambiental interior. El sistema HVAC es una disciplina derivada de la ingeniería mecánica, basada en los principios de la termodinámica, mecánica de fluidos y transferencia de calor16_{. Es importante en el diseño de edificios industriales}

grandes y medianos, y de oficinas como los rascacielos, y en ambientes marinos como los acua-rios, donde las condiciones de edificación segura son reguladas respecto a la temperatura y hume-dad, haciendo uso del aire del exterior.

El aprovechamiento de la luz natural en la iluminación de edificios es de vital importancia en los smart buildings. Los sistemas de control para alumbrado artificial —sistemas de gestión de la ilu-minación— que responden a la luz natural son sistemas que actúan automáticamente controlan-do el alumbracontrolan-do artificial como una función de la luz natural disponible en el espacio17_{. Además,}

permiten que la instalación funcione solamente mientras haya alguien dentro.

Si bien estas tecnologías se encuentran ya bastante desarrolladas, existen otras como los sis-temas de gestión energética de edificios (building energy management systems, BEMS), o los sistemas inteligentes para el diseño de edificios, denominados building information modeling o BIM, que se encuentran en una fase de desarrollo e innovación. En Europa, la implantación de la norma ISO 5001 de Sistemas de Gestión Energética, está favoreciendo la instalación de sistemas BEM que facilitan el cumplimiento de estos estándares.

Un ejemplo de este tipo de soluciones es la presentada en octubre de 2011 por la empresa Johnson Controls llamada Panoptix18 _{(Figura 1.8). Se trata de una plataforma abierta que}

facili-ta la recolección y gestión de datos de sistemas de información de diversos edificios, y de otras fuentes externas, tales como fuentes de datos meteorológicos. Además incluye una plataforma

cloud de aplicaciones de eficiencia energética interoperable con cualquier sistema de gestión de edificios. El servicio se completa con una comunidad de usuarios y expertos que comparten consejos y mejores prácticas.

16. www.wikipedia.org/wiki/HVAC

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 10

Figura 1.8 Cuadro de mando de Panoptix

Capítulo

2

Smart Grids y Smart Meters

2.1 Arquitectura de una smart grid 16

2.2 La interfaz entre la red y los usuarios: smart meters 18

Smart grid es un término que hace referencia a las redes de suministro eléctrico inteligente. La Comisión Europea19 _{define smart grid como una «red eléctrica que puede integrar a un coste}

efi-ciente el comportamiento y las acciones de todos los usuarios conectados a ella —generadores, consumidores y aquellos que ejecutan ambas funciones— con el fin de asegurar un sistema eléc-trico económicamente eficiente y sostenible con menores pérdidas y altos niveles de calidad y seguridad tanto del suministro como del personal»20_.

Las smart grids modifican la cadena de distribución del sistema energético tradicional consistente en un centro de producción de energía que abastece de manera unidireccional muchos puntos de consumo (Figura 2.1). Esta forma de distribución tiene un importante número de carencias y pro-blemáticas que se ponen más que nunca de manifiesto ante la creciente necesidad de eficiencia y de ahorro energético.

Figura 2.1 E squema tradicional de distribución eléctrica21

Fuente: Elaboración propia.

En primer lugar, es usual que los centros de producción se encuentren alejados del consumidor fi-nal, por lo que la energía debe salvar grandes distancias y es necesario disponer de una compleja y costosa infraestructura. En segundo lugar, en los últimos años se han creado nuevas necesidades derivadas de la integración de nuevos elementos en la red eléctrica (por ejemplo, vehículo eléctrico o las energías renovables) que requieren de la evolución de la red eléctrica tal y como la conoce-mos, optimizando los procesos de producción, distribución y almacenamiento de la energía.

La aplicación de tecnologías de la información y las comunicaciones permitirá optimizar la produc-ción y distribuproduc-ción de energía, gracias a la utilizaproduc-ción de sensores en las líneas de transmisión y a una comunicación bidireccional entre suministrador y cliente, equilibrando la oferta y la demanda, y convirtiendo a la red eléctrica en una red inteligente o smart grid. Esta comunicación bidireccio-nal tendrá dos sentidos: comunicación en el sentido contador-red y en el sentido red-contador. En el primero se incluyen capacidades como la reducción de errores, el acceso inmediato a datos indi-viduales y agregados, una mayor versatilidad en los períodos de facturación y tarifado, detección

19. http://ec.europa.eu/energy/gas_electricity/smartgrids/smartgrids_en.htm

20. COM (2011) 202 FINAL: Smart Grids: from innovation to deployment. Definition, expected services, functionalities and benefits of smart grids. 21. J. Fernández, «El futuro de la distribución eléctrica: Las redes inteligentes», mayo 2011.

Smart Grids y Smart Meters 15

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 16

inmediata de cortes, pérdidas o fraudes y un aplanamiento de la curva de demanda. En la comuni-cación sentido red–contador se incluyen una provisión instantánea de los servicios, cancelaciones o cortes, modificaciones de potencia y resolución de incidencias22_.

Las smart grids permitirán gestionar la creciente complejidad de la red de un modo más eficaz y eficiente con los siguientes objetivos23_:

• Facilitar la conexión y operación de generadores de todos los tamaños y tecnologías.

• Permitir a los consumidores ser parte de la optimización del sistema.

• Proveer a los consumidores de una mayor información y opciones para seleccionar el sumi-nistro.

• Reducir significativamente el impacto medioambiental de todo el sistema de suministro eléctrico.

• Mantener o incluso mejorar los sistemas actuales de fiabilidad, calidad y seguridad del sumi-nistro eléctrico.

• Mantener y mejorar los servicios existentes eficientemente.

Estos objetivos están relacionados tanto con cuestiones que afectan directamente a los consumi-dores, como a proveedores y distribuidores de energía eléctrica. Sin embargo, debemos destacar que hasta ahora las innovaciones tecnológicas necesarias para alcanzar estos objetivos se han centrado en el segmento de red gestionado por las compañías eléctricas y no tanto en la parte de la red controlada por los usuarios finales, responsables últimos de racionalizar y optimizar el con-sumo. En un momento en el que la red eléctrica actual está llegando a sus límites de capacidad, es necesario un nuevo modelo de red que permita automatizar y gestionar la creciente complejidad y las necesidades de energía eficiente del siglo XXI.

2.1 Arquitectura de una smart grid

Al igual que Internet, una smart grid está constituida por controladores, sensores, ordenadores, y sistemas de control y gestión (figura 2.2). Estos sistemas deben permitir a la red eléctrica respon-der rápidamente a los cambios en la demanda eléctrica.

22. http://www.ametic.es/download/documents/Informe-Situacion-y-Retos-Green-TIC-en-Espana.pdf

23. COM (2011) 202 FINAL: Smart Grids: from innovation to deployment. Definition, expected services, functionalities and benefits of smart grids.

Las TIC permiten dotar de «inteligencia» a la red, optimizando la producción, la distribución y el consumo de energía.

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Figura 2.2 Arquitectura de red inteligente

Fuente: Elaboración propia a partir de J. Fernández24_.

La idea principal de las smart grids es que sean capaces de controlar toda la red eléctrica, desde la red de alta tensión (actualmente muy monitorizada) hasta la de media y baja tensión, de la cual actualmente solo se monitoriza el 20 % aproximadamente. La arquitectura de una smart grid se compone de cinco capas25_:

1. Inteligencia: Son los equipos de operación, protección, medidores, etc.

2. Conectividad: Las redes que proveen la conectividad de los equipos. La red de área local (LAN), red de área amplia (WAN), red de área de campo (FAN)/AMI, y red de área residencial (HAN), permiten el soporte de la infraestructura de tecnologías de la información.

3. Hardware: Toda la infraestructura para almacenar la información que proporcionan los equi-pos del primer nivel y las aplicaciones del siguiente nivel.

4. Aplicaciones: Control de respuesta de demanda, facturación, control de averías, monitoriza-ción de carga, mercados energéticos en tiempo real y nueva gama de servicios al cliente.

5. Usuario final: Este nivel final es el que permite ofrecer nuevos productos y servicios al clien-te. El hecho de llevar a cabo una gestión adecuada de las primeras cuatro capas posibilitará una mayor eficiencia y ahorro al usuario final.

24. Fernández, «El futuro de la distribución eléctrica: Las redes inteligentes», mayo 2011. 25. http://es.scribd.com/doc/47091584/Informe-Smart-Grid

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 18

El Departamento de Energía de Estados Unidos26 _{destaca las siguientes tecnologías que integran}

las smart grid:

• Comunicaciones integradas.

• Tecnologías de sensores y medidas.

• Componentes avanzados (superconductividad, almacenamiento, power electronics

y diagnósticos).

• Métodos de control avanzados.

• Mejora en las interfaces y herramientas de toma de decisiones.

2.2 La interfaz entre la red y los usuarios: smart meters

En todo este sistema los smart meters o medidores inteligentes ocupan un papel central, ya que son los elementos que proveen los datos de todo lo que está sucediendo en la red, y que después se pueden utilizar con muy diversos fines. Por ejemplo, el consumidor ya no tendrá que esperar a ver la factura para saber su consumo; con una red más inteligente los clientes podrán tener una idea clara de su consumo en tiempo real. Para ello los smart meters harán posible ver la cantidad de electricidad consumida, cuándo se utiliza y su coste. El uso de los smart meters, combinado con precios en tiempo real, puede permitir por ejemplo ahorrar dinero al consumidor al usar menos energía cuando la electricidad es más cara.

Los contadores de energía inteligentes también son elementos clave para detectar y evitar las pérdidas en la red y para facilitar la gestión de las curvas de producción y consumo de energía. Hay que tener en cuenta que el 8 % de la electricidad generada a nivel mundial en 2007 se perdió antes de llegar a los puntos de consumo27_{. En España, las pérdidas ascendieron al 5 %, pero en naciones}

como India llegaron a un 25 %.

No podemos olvidar tampoco los beneficios que reporta a las empresas suministradoras y comer-cializadoras el uso de los smart meters como medio para evitar el fraude por manipulación de los contadores tradicionales, ya que posibilitarán la detección remota y automática de los robos de energía. Adicionalmente, el uso de estos medidores inteligentes permite mejorar los procesos operativos de las empresas suministradoras y comercializadoras relacionados con la gestión y mo-nitorización remota de los elementos de medidas. La utilización de tecnologías M2M facilita la gestión de estos dispositivos, puesto que reduce la necesidad de intervenciones manuales in situ y permite así mejorar los procesos operativos de recogida de información.

La Directiva 2006/32/EC obliga a los Estados miembros de la Unión Europea a poner a disposición de los consumidores finales de energía un mayor nivel de información, la cual puede obtenerse a través de los smart meters, o advanced metering infraestructure (AMI, infraestructura de medición

26. http://urbanadigital.com/2011/01/17/smart-grids-en-eeuu-estrategia-del-departamento-de-energia-doe/ 27. Greener and Smarter. ICTs, the Environment and Climate Change. OCDE, septiembre 2010.

Las smart grids permiten monitorizar y gestionar toda la red eléctrica, desde la red de alta tensión hasta la de media y baja tensión.

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avanzada)28_{. Según datos de la industria, en 2009 había 60 millones de smart meters instalados en}

todo el mundo, fundamentalmente en Italia, Suecia, Canadá y Estados Unidos. Algunas previsio-nes establecen que el mercado de smart meters crecerá hasta unas ventas anuales de 100 millo-nes de unidades en el año 201529_{. Y es que los smart meters hacen que aumente la participación}

de los consumidores y se les dé mayor poder sobre la gestión de su consumo eléctrico, por lo que se convierten en el elemento clave para permitir el desarrollo de las smart grids.

En el año 2008, en España se publicó el Real Decreto 809/2006 que fija 2018 como el año en que los contadores inteligentes deberán haber sustituido a todos los contadores tradicionales De ma-nera que en 2010 deberían haber quedado reemplazados el 30 % del total de equipos de medida; antes de final de 2012 el 50 % de contadores, y entre 2013 y 2015 un 20 % adicional. Aunque según el último dato disponible de la Comisión Nacional de la Energía correspondiente a 31 de di-ciembre de 2010, del total del parque de contadores afectados por el plan, que asciende a casi 28 millones, solo se habían sustituido un 1,4 % de los mismos, cifra muy alejada del 30 % fijado en la Orden ITC/3860/200730_.

No obstante, la instalación de smart meters es actualmente una realidad en otros lugares. Un ejem-plo de este tipo de servicios es el ofrecido por la mayor empresa eléctrica de Texas, Oncor (Figura 2.3), que inició la implantación de los smart meters en 2008 y ya había desplegado 2 millones de contadores eléctricos en agosto de 201231_{. Estos contadores recogen la información sobre el}

con-sumo eléctrico en intervalos de 15 minutos, lo que posibilita a los usuarios valorar su concon-sumo en tiempo real y medir la huella de carbono de su hogar. Además, los datos recogidos con el medidor se muestran en el portal Smart Meter Texas, plataforma web para la visualización de los datos de con-sumo y patrones de uso en tiempo real. El dispositivo permite su conexión y desconexión remota.

Figura 2.3 Sma rt meter de Oncor

Fuente: Oncor.

Otro proyecto internacional en funcionamiento es Smart Energy Florida, el proyecto más grande y uno de los más completos de Estados Unidos, llevado a cabo por Florida Power and Light

Com-28. http://www.ferc.gov/eventcalendar/Files/20070423091846-EPRI%20-%20Advanced%20Metering.pdf 29. http://www.pikeresearch.com/research/smart-meter-market-forecasts

30. Informe sobre el estado de cumplimiento del plan de sustitución de contadores finalizado el primer período de los establecidos en la Orden ITC/3860/2007 (24 de noviembre de 2011).

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pany32 _{(FPL), que con 4,6 millones de clientes, cerca de 70.000 km de líneas de alta tensión y}

16 plantas de energía, es una de las mayores compañías eléctricas del país. El proyecto está des-plegando la infraestructura de medición avanzada (AMI), la automatización de la distribución, los nuevos programas de precios de la electricidad, y un equipo de monitorización avanzada para el sistema de transmisión. La AMI soporta la comunicación bidireccional entre FPL y sus consumido-res gracias a los smart meters, que proporcionan información detallada sobre el uso de la electri-cidad y capaelectri-cidad de implementar nuevos programas de precios de la energía (Figura 2.4).

Figura 2.4 Ejemp lo de funcionalidad ofrecido por FPL

Fuente: FPL.

A nivel europeo, el Departamento de Energía y Cambio Climático del Gobierno de Reino Unido ha diseñado un ambicioso programa de implementación de smart meters (SMIP; Smart Metering Im-plementation Program33_{) que pretende reemplazar 53 millones de contadores de electricidad y}

gas en los próximos seis años. El elemento más importante de este ambicioso proyecto es la im-plicación de todos los agentes involucrados en diferentes grupos de trabajo que abarcan tareas tan importantes como la regulación y la estandarización de los dispositivos, o la promoción de los be-neficios de los smart meters entre los consumidores. De este modo se están sentando las bases para la transición exitosa desde la forma tradicional de medición hacia los smart meters.

En España la empresa Eon comenzó en 2004 la primera experiencia de despliegue de la compañía de smart metering, concretamente en Torrelavega (Cantabria), donde se instalaron 950 contado-res inteligentes. Se espera que Eon España haya instalado un total de 708.000 contadocontado-res antes del final de 201434_{. Los contadores de Eon permiten conocer el consumo en tiempo real y la}

poten-cia efectiva que consumen los electrodomésticos en cada momento. Los servicios de telegestión asociados a los contadores permiten a los usuarios realizar modificaciones de contrato de manera rápida y eficaz y responder a las demandas de información en tiempo real.

32. http://www.fpl.com/

33. http://www.decc.gov.uk/en/content/cms/tackling/smart_meters/smart_meters.aspx 34. http://www.cne.es/cne/doc/publicaciones/smart_metering/1115_2_E_ON.pdf

Smart Grids y Smart Meters 21

Figura 2.5 Contador inteligente de Eon

Fuente: Eon.

Asimismo, uno de los principales operadores eléctricos en España, Endesa, aplicará el protocolo de comunicación Meters and More. Se trata de un protocolo abierto de comunicación para soluciones de medida automáticas. Endesa está desplegando ya contadores inteligentes en Málaga en el pro-yecto Málaga Smart City desde mediados de 2010. Para el período 2012-2018 espera tener des-plegados un total de 13 millones de equipos de medida adaptados a los nuevos requerimientos35_.

Con la intención de potenciar el desarrollo de Meters and More, Enel Distribuzione SpA y Endesa Distribución, SA, han creado una asociación sin ánimo de lucro con sede en Bruselas, que tiene el objetivo de promocionar este protocolo. En la actualidad más de 30 empresas se han unido a dicho consorcio que cuenta ya con más de 32 millones de clientes gestionados, a los que pronto habrá que añadir los 13 millones de contadores que Endesa va a instalar en España.

La arquitectura global de Meters and More se compone de los siguientes elementos:

• Un sistema central que gestiona toda la red de contadores.

• Concentradores de datos que recogen los datos que proporcionan los smart meters.

• Smart meters, los dispositivos de medida.

• Dispositivos de operación y mantenimiento para la gestión local de concentradores y smart meters.

En la actualidad se está desarrollando un dispositivo que se instalará en casa del cliente y que le permitirá estar informado en todo momento del consumo que ha realizado.

En este mismo sentido, la alianza PRIME Alliance también se ha focalizado en el desarrollo de una solución abierta en el campo de los smart meters que sirva para el posterior desarrollo de smart grids.

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2.3 Modelos en el despliegue de las smart grids

La smart grid no se reduce a la mejora de las comunicaciones y la mejora del control del consumo a través de los smart meters, como ya se ha adelantado, sino que busca mejorar la eficiencia de la generación y la distribución de la energía. Además, la red inteligente es una forma de abordar el envejecimiento de la infraestructura energética.

Hoy en día una perturbación eléctrica, como un apagón, puede tener un efecto dominó, y generar una serie de fallos en cadena que pueden afectar a la banca, las comunicaciones, el tráfico y la seguridad. Una red más inteligente agregará flexibilidad a nuestro sistema de energía eléctrica y estará mejor preparada para hacer frente a situaciones de emergencia (tormentas severas, terre-motos, etc.). Cuando se produzca un corte de energía, serán capaces de detectar y aislar el fallo, y controlarlo antes de que se convierta en un gran apagón. Las nuevas tecnologías también ayuda-rán a asegurar que la recuperación de la electricidad se reanude de forma rápida y eficiente des-pués de una emergencia, y que, por ejemplo, devuelva la electricidad a los servicios de emergencia en primer lugar.

Una muestra de smart grid con este objetivo es el que está desarrollando Arizona Public Service Co (APS) en los últimos años, que ha implementado tecnologías de autoaislamiento y autorrecu-peración en dos de sus líneas principales de distribución en Flagstaff36_{. Estas tecnologías permiten}

que se identifique y aísle una avería reduciendo hasta en un 90 % el número de clientes afectados por la misma. De este modo, ante una avería en la red, el 90 % de los usuarios tendría restaurado el servicio eléctrico en cuestión de segundos, y lo que antes hubiera afectado durante el tiempo de la reparación a unas dos mil personas, ahora afecta únicamente a doscientas, mientras el tiempo de reparación se reduce significativamente.

Además, APS ha puesto en marcha un proyecto piloto gracias al cual integra más de 200 Mw de sistemas fotovoltaicos en su red de distribución, que es una de las que dispone de mayor capaci-dad fotovoltaica en América del Norte. El proyecto cuenta con dos partes, por un lado se está probando un sistema de almacenamiento de energía para su utilización durante los picos de de-manda, y posteriormente este sistema se integrará con la planta de energía solar para mejorar la integración de esta energía con la red.

36. http://www.greentechmedia.com/articles/read/top-ten-utility-deployments-in-north-america+

Smart Grids y Smart Meters 23

Figura 2.6 Sistema de almacenamiento de energía para gestión de la demanda de APS

Fuente: APS.

En otros casos las smart grids se han orientado a la integración con las energías renovables, como el proyecto de smart gridde Consolidated Edison Company of New York, Inc. (ConEdison)37_.

Este proyecto está dotado con un presupuesto superior a 272 millones de dólares y ha supuesto la instalación de más de 1.500 smart meters, la modernización de la red mediante sistemas de gestión y medida, la integración de generadores basados en energías renovables, o la incorpora-ción de estaciones de recarga de vehículos eléctricos; su finalizaincorpora-ción está prevista en 2013.

Figura 2.7 Visión de la smart grid de conEdison

Fuente: Elaboración propia a partir de conEdison.

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Otra compañía que tiene proyectos en este sentido es Hydro One38_{, la compañía eléctrica de}

Onta-rio, la cual desde hace tiempo utiliza smart meters como herramienta para gestionar la aportación de energía generada por los usuarios a la red de distribución. Net Metering es una solución puesta en marcha por esta compañía que permite al suscriptor generar energía mediante paneles solares. Es-tos paneles solares siempre están produciendo energía mientras haga sol, y cuando las baterías ya están cargadas, en vez de apagar el panel, el medidor inteligente comienza a aportarla a la red. Es decir, el panel solar ahora comienza a aportar energía a la red en vez de a las baterías. Así, Hydro One tiene suscriptores que aportan energía a la red sin invertir un céntimo en generarla. La empresa paga a estos suscriptores cuando aportan energía, y esto es posible gracias a los medidores inteligentes.

Además de integrar en la red eléctrica la energía generada desde instalaciones de energía renova-bles, las smart grids también se pueden integrar con otros sistemas y utilities, como el gas o el agua. Un ejemplo de esta integración es el proyecto piloto liderado por Pecan Street Inc39_{, una}

entidad sin ánimo de lucro, que contempla el despliegue de una smart grid en el barrio de Mueller, en la ciudad de Austin (Texas), y que cuenta con 10,4 millones de dólares de financiación del De-partamento de Energía estadounidense. La red da servicio a 1000 hogares y 75 empresas y distri-buye energía limpia, testea sistemas de almacenamiento de energía, e incluye entre otros siste-mas de agua y regadío conectados a la smart grid.

Figura 2.8 Proyecto piloto de smart grid en Mueller (Texas)

Fuente: Elaboración propia a partir de Peacan Street Inc.

38. http://www.hydroone.com 39. http://www.pecanstreet.org/

Smart Grids y Smart Meters 25

No obstante, el fin último de las smart grids es conseguir un sistema completamente integrado de todos los elementos. Con esta orientación, el equipo de Innovación y Desarrollo de Schneider Elec-tric ha estado trabajando en una solución que actúe directamente sobre la demanda y proporcione una respuesta integrada a las necesidades de eficiencia del proceso energético. Esta solución, lla-mada EcoStruxure40_{, posibilita unos ahorros energéticos que van del 20 % en el caso de la industria}

hasta el 40 % en el caso de las viviendas privadas, gracias a un sistema de gestión de la energía en tiempo real que permite adaptar la oferta a la demanda.

Schneider Electric ha mostrado estos conceptos en la primera red de distribución inteligente de energía de España al prestar servicio a la villa solar en Solar Decathlon 201241_{. En el contexto de}

este certamen la empresa puso en práctica el sistema de gestión eficiente e inteligente de energía, una red inteligente capaz de volcar el excedente de energía a la red de distribución eléctrica de la capital. Con ello ha permitido que otros usuarios de la ciudad pudieran beneficiarse de la energía producida por las casas que han participado en la competición. Además, esta red conectaba las dieciocho casas participantes, el Smart City Center, las oficinas de Solar Decathlon, los estands de los patrocinadores y los servicios comunes, en los que se incluyen la iluminación de viales, las ca-feterías y los puntos de recarga de vehículos eléctricos. Todo ello con un sistema de pantallas para conocer en todo momento los flujos energéticos de la villa.

Estos modelos implican el uso de las redes de telecomunicaciones al utilizar nodos de comunica-ción a modo de centrales locales. Estos nodos intercambian informacomunica-ción entre ellos generalmente a través de servicios de telecomunicaciones 3G/4G, forman redes WAN, y con otros dispositivos más cercanos mediante otras tecnologías como radiofrecuencia, wifi, o PLC (controladores lógicos programables), formando redes LAN.

Esta arquitectura permite agregar y analizar datos localmente, lo que reduce el tráfico entre los nodos y la red de distribución, y actuar en tiempo real ante cualquier incidencia sin sobrecargar de información a la parte WAN de la red. Un ejemplo de este modelo es el propuesto por Duke Energy que se muestra en la Figura 2.9.

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Figura 2.9 Red de com unicación digital de Duke Energy

Fuente: Elaboración propia a partir de Duke Energy.

Nos encontramos por tanto ante un nuevo escenario del que estamos empezando a ver las prime-ras muestprime-ras, aunque todavía será necesario un esfuerzo conjunto de todos los agentes que inter-vienen para conseguir llevar el concepto a buen puerto: involucrar al usuario, cambios regulatorios (flexibilizar las tarifas, desregulación, promoción de nuevos actores ágiles, promoción de las ener-gías renovables, despliegue de los sistemas, seguridad de los datos…) e implicación de los grandes operadores de energía.

Otros aspectos que deben resolverse para favorecer el desarrollo de las smart grids son la estanda-rización de los contadores, la creación de las autopistas eléctricas europeas (backbones) que per-mitan la utilización de energía en otros países, o la colaboración entre distintos operadores como los operadores de sistemas de transporte (TSO) y operadores de sistemas de distribución (DSO)42_.

42. http://es.atos.net/es-es/sectores/utilities/transporte-y-distribucion-de-electricidad/default.htm

El éxito de las smart grids depende, en gran medida, de que los consumidores se involucren y se conviertan en actores activos.

Capítulo

3

Microgeneración y

cogeneración

3.1 Energía solar 31

3.2 Energía mecánica 35

3.3 Energía eólica 36

La microgeneración ofrece la posibilidad de crear energía eléctrica a pequeña escala, a partir de pequeñas instalaciones no industriales. Utiliza generalmente fuentes renovables y brinda la opor-tunidad de tener independencia con respecto a los proveedores energéticos tradicionales, al per-mitir generar, almacenar, administrar y consumir una energía eléctrica de forma más eficiente, generalmente en el mismo lugar en el que se consume. La microgeneración incluye un gran rango de alternativas, muchas de ellas son hermanas menores de las fuentes de generación industriales, como las turbinas de viento, los sistemas solares fotovoltaicos o las bombas de calor, entre otros.

3.1 Energía solar

La energía solar es una de las fuentes de energía que ha tenido mayor auge durante los últimos años. Es un tipo de energía que se puede graduar fácilmente , por lo que los rangos de producción varían mucho, desde la producción industrial y grandes huertos solares, hasta la alimentación de pequeños dispositivos. En este apartado nos centraremos en los ejemplos de producción no indus-trial de carácter doméstico e incluso personal.

En el ámbito de la producción de pequeños volúmenes de energía, destaca la inclusión de peque-ños paneles solares en las prendas o en otros elementos de carácter personal que los usuarios portan consigo, como una mochila; por ejemplo, la mochila RLX Solar Panel Backpack (Figura 3.1) posee paneles solares que captan la energía y que a su vez cargan una pequeña batería que se encuentra en su interior proporcionando un voltaje de aproximadamente entre 5 y 7 V. Incluso empresas de la moda como Ralph Lauren la ha incorporado entre sus productos43_.

Figura 3.1 Prendas con paneles solares

43. http://www.ralphlauren.com

Smart Energy. TIC y energía: un futuro eficiente 32

De esta forma se consiguen pequeñas cantidades de energía que permiten la carga de dispositivos reducidos. Con este mismo propósito ya hay en el mercado gran cantidad de accesorios que inclu-yen pequeñas placas solares en el propio dispositivo o en su funda. Por ejemplo, la nueva cubierta para el libro electrónico de Amazon Kindle44_{(Figura 3.2)posee un panel solar que carga su batería}

de reserva. Los períodos de recarga de las baterías dependerán de la intensidad de luz solar dispo-nible, y así una hora de carga con luz solar directa puede proporcionar casi tres días de lectura.

Un ejemplo más evolucionado de este mismo concepto es la membrana fotovoltaica desarrollada por Wysips45_{, que se basa en una película flexible transparente lenticular que se coloca en la}

pan-talla del móvil y sobre la cual se depositan unas tiras fotovoltaicas extremadamente delgadas, del tamaño de una micra; se crea de esta forma una película fotovoltaica flexible que a su vez es total-mente transparente. Esta película capta la energía solar o incluso la energía de otra fuente de luz cercana, lo que haría que las baterías y por tanto los dispositivos fueran más finos.

Figura 3.2 Dispositivos móviles de carga solar

Con una orientación más enfocada al hogar, la colocación de paneles solares en los edificios ya se lleva a cabo desde hace tiempo y permite la producción de energía de una magnitud considerable hasta ser capaz cubrir todo el consumo energético del hogar. En la actualidad es muy común la utilización de estos paneles, aunque están evolucionando las tecnologías y sus planteamientos.

Un ejemplo son las tejas solares46 _{de la empresa Soltech Energy que pueden llegar a reducir}

hasta el 80 % del consumo energético de una vivienda, manteniendo el mismo abastecimiento, confort y calidad que poseía antes con energías convencionales. Están fabricadas con vidrio ordi-nario, pesan lo mismo que las tejas de barro, y son capaces de producir de 300 a 500 kWh/m2 _por

año. Las tejas calientan el aire que se acumula debajo de las baldosas de vidrio; este aire se aspira y se concentra para transferir el calor a un fluido para su posterior uso.

Otro elemento del hogar sobre el que se están realizando investigaciones para obtener electricidad son los cristales de la casa, como la propuesta de la empresa Peer +47_{. Estos cristales están}

recu-44. http://solarmio.com/en/SolarKindleLightedCover.aspx 45. http://www.wysips.com 46. http://soltechenergy.com 47. http://www.peerplus.nl/default/index/smart-energy-glass Pequeños paneles solares en prendas y accesorios permiten la recarga de dispositivos reducidos mediante energía solar.

Microgeneración y cogeneración 33

biertos por capas de tintes captadores de luz, que absorben los fotones de la luz entrante a lo largo de toda su superficie y los conducen hacia las células solares que están a lo largo de los bordes del vidrio, donde hay una placa fotovoltaica que transforma la energía solar en electricidad. Los inge-nieros del MIT (Massachusetts Institute of Technology) están en proceso de desarrollar un proyec-to piloproyec-to que intenta generar energía a través de los cristales convencionales, a partir un recubri-miento a modo de pintura o barniz que recoge los fotones.

Figura 3.3 Infraestructuras solares

La utilización de paneles a pequeña escala trasciende el uso en el hogar y ya es utilizado para ali-mentar energéticamente muchos elementos e instalaciones de las ciudades. En general se procu-ra incluir los paneles de una maneprocu-ra poco intrusiva con el entorno, e incluso existen infprocu-raestructu- infraestructu-ras que imitan la forma de elementos naturales como el Stamberry Tree48 _{(Figura 3.4), que posee}

forma de árbol y genera energía eléctrica a través de paneles solares fotovoltaicos colocados en sus «ramas». Esta estructura dispone además de diferentes puertos en su «tronco» para que se puedan conectar y cargar dispositivos electrónicos. La energía sobrante se almacena en baterías que tiene instaladas en su estructura de modo que el sistema puede seguir funcionando incluso de noche o en condiciones climatológicas no favorables, y alcanzar una eficiencia energética del 80 %. Siguiendo este mismo concepto pero a una escala menor se ha creado el Solar Bonsai Elec-tree49_{, que además permite que sus ramas roten libremente.}

Figura 3.4 Estructuras so lares que imitan elementos naturales

48. http://senergy.rs/strawberry-drvo/?lang=en 49. http://es.ulule.com/electree/