Luis Fontán es miembro del Comité Técnico del V Congreso Smart Grids, que se celebrará el próximo 13 de diciembre de 2018. En la actualidad, Fontán es director del Grupo de Redes Distribuidas del CEIT-IK4, centro de investigación creado por iniciativa de la Universidad de Navarra en 1982. Ceit-IK4 busca la colaboración estable con empresas de diversos sectores, entre los que se encuentra la energía. En este ámbito, orienta su actividad en el desarrollo de nuevas tecnologías que permitan un mejor aprovechamiento energético.
SMARTGRIDSINFO: Empecemos conociendo algo más sobre CEIT-IK4. ¿Cuáles son sus objetivos y cuáles son sus áreas de investigación?
Luis Fontán: CEIT-IK4 es una entidad de investigación sin ánimo de lucro, con vocación de servicio y aportación de valor a la sociedad, cuya misión fundamental es contribuir a la mejora de la competitividad del tejido empresarial, desarrollando proyectos de investigación aplicada en los que buscamos soluciones basadas en la excelencia científica y tecnológica. Asimismo, también está en nuestro ADN, debido a nuestra procedencia universitaria y colaboración continua con la Universidad de Navarra (sobre todo con nuestra Escuela de Ingenieros, TECNUN), la formación de jóvenes investigadores que se incorporen posteriormente a las empresas para incrementar su competitividad.
En enero de este mismo año, y como medio para conseguir lo anterior, nuestro Consejo estratégico aprobó el nuevo Plan estratégico de 2018-2021. Y, de acuerdo con este, nos hemos reestructurado en cuatro Divisiones (Materiales y fabricación; Transporte y energía –a la cual pertenezco-; Agua y salud y TICs) que engloban a los veintidós grupos de investigación, muchos de ellos transversales, en los que desarrollamos de forma multidisciplinar nuestra actividad investigadora.
Con la colaboración multidisciplinar que comentaba, pretendemos detectar de la forma más adecuada posible las necesidades de las empresas para que estas mantengan un conocimiento constante del mercado actual y de las nuevas tecnologías implicadas en sus productos y en su sector. Y, asimismo, buscamos la excelencia técnica y la divulgación del conocimiento resultado de proyectos internos y de financiación pública; en este contexto, el número anual de tesis doctorales defendidas y de publicaciones en revistas y congresos internacionales reflejan nuestra exigencia interna por ser un centro tecnológicamente puntero, que desarrolla producto y tecnologías propias que luego puede ofrecer a sus clientes. Y, sin olvidar el esfuerzo destinado a patentar los resultados confidenciales obtenidos en los proyectos colaborativos, ni nuestro compromiso con el emprendimiento y la creación de spin-off de base tecnológica: 12 hasta el momento.
Para terminar, nuestra voluntad de colaboración con nuestros socios, en especial con el resto de los centros de la alianza IK4, que agrupa a unas 1000 personas dedicadas a la investigación, y donde Ceit-IK4 es miembro fundador.
SMARTGRIDSINFO: ¿Qué experiencia tiene CEIT-IK4 en el sector energético y en qué consisten sus investigaciones en este campo?
Luis Fontán: Las líneas de investigación actuales relacionadas con la energía provienen de nuestras antiguas áreas de conocimiento, derivadas de nuestro bagaje académico, y con colaboraciones entre ellas; a saber: mecánica, materiales, eléctrica, electrónica y de comunicaciones. En la mayoría de ellas, la experiencia acumulada es de más de 35 años, siendo las áreas fundadoras de CEIT, la de materiales y la de mecánica.
Fruto de esta experiencia, y del carácter multidisciplinar de nuestro centro, hemos desarrollado colaboraciones a medio y largo plazo con grandes compañías del sector energético, del País Vasco y de España, como Naturgas (ahora Nortegas), Iberdrola, Sener, Arteche, Ormazabal, Idom, etc., y estamos expandiendo nuestra red comercial a Europa y Sudamérica.
Como consecuencia de esta colaboración, han ido surgiendo proyectos relacionados con los conceptos energéticos, en general, y eléctricos, en particular. Así puedo nombrar diferentes líneas de investigación y/o capacidades en las que estamos trabajando colaborativamente desde las diversas divisiones y grupos de trabajo:
- Electrónica de Potencia y de control para redes eléctricas, diseño de máquinas eléctricas avanzadas para tracción, gestión de sistemas de almacenamiento, gestión energética dirigida a redes inteligentes, integración de renovables y vehículo eléctrico en la red de distribución, etc.
- Monitorización y mantenimiento predictivo de componentes para sistemas eléctricos.
- Sistemas eficientes de asistencia a la conducción de trenes y vehículos eléctricos.
- Nuevos Materiales y Procesos para Aplicaciones Energéticas: desarrollo de materiales de última generación para el ITER, materiales para electrodos de baterías y para células solares.
- Optimización Energética de Plantas Industriales: desarrollo de plataformas de eficiencia energética.
- Eficiencia Energética y Sensores de Gas Natural.
- Análisis de Ruido y Vibraciones de Componentes de Generación y Transformación de Energía: en transformadores, generadores y motores, así como convertidores de potencia
- Robots teledirigidos para la inspección y mantenimiento de centrales de energía y sistemas eléctricos, como cables de alimentación.
Aunque muchas de ellas están gestionadas desde la División de Transporte y Energía, otras son fruto de la colaboración entre divisiones y grupos diferentes.
SMARTGRIDSINFO: ¿Cuáles son las líneas de investigación actualmente abiertas en el terreno de las redes eléctricas inteligentes?
Luis Fontán: Tal como he comentado anteriormente, nuestras líneas de investigación provienen de nuestras antiguas áreas de conocimiento; en este caso, eléctrica, electrónica y de comunicaciones. En cuanto a la primera, tenemos una dilatada experiencia de más de 30 años en el cálculo y diseño de los componentes que conforman las redes eléctricas, en sistemas de control para dichas redes y en la gestión energética avanzada, desde los algoritmos básicos hasta los sistemas más complejos. Por lo que respecta a la electrónica, durante estos mismos años hemos generado conocimiento en el campo de la electrónica de potencia, la digital y también en las comunicaciones. Por lo tanto, nuestras líneas actuales de trabajo están basadas en la conjunción de conocimientos de estas áreas: redes eléctricas, gestión de energía, electrónica de potencia y comunicaciones en grupos de investigación multidisciplinares con los que abordamos los nuevos retos de las redes eléctricas.
En concreto, puedo citar la aplicación de la electrónica de potencia a los sistemas de almacenamiento y a su integración en la red eléctrica, normalmente de distribución y baja tensión, y el control asociado a los sistemas de energías renovables, sobre todo en la fotovoltaica y eólica. Utilizando estos mimbres, estamos dedicando gran parte de nuestros recursos al desarrollo de elementos de microrredes y VPP desde el punto de vista de su dimensionamiento, simulación y comportamiento, así como al control de convertidores de potencia trabajando en paralelo. También trabajamos en el control de alto nivel de estos sistemas y su gestión energética, tanto conectadas a la red de distribución, como funcionando en isla.
Por otra parte, como medio de mejora de nuestros algoritmos de control, estamos trabajando en la predicción de la generación renovable de plantas solares y eólicas utilizando redes neuronales; y, últimamente estamos desarrollando también herramientas para la predicción de la demanda. Utilizando estas predicciones podremos dimensionar más rigurosamente los sistemas de generación renovable y el almacenamiento asociado, así como el control de las microrredes o las VPP.
No quiero terminar sin comentar otra línea de investigación relacionada con la integración de la recarga de flotillas de vehículos eléctricos, como autobuses, en la red de distribución, tanto en electrolineras o cocheras, como en la carga de oportunidad. El objetivo es minimizar las afecciones a la red de distribución.
Para concluir, disponemos de laboratorios adecuados para desarrollar dichos trabajos de investigación, con instalaciones especiales dedicadas a las Smart Grids; en concreto, la microrred iSare en la que se engloban las líneas de investigación comentadas. Y, además, contamos siempre con la colaboración de los demás centros de la Alianza IK4, en mayor medida, Ikerlan y Tekniker, que también tienen líneas de investigación en Smart Grids.
SMARTGRIDSINFO: Cuál es el papel de la electrónica de potencia en el nuevo modelo energético, marcado por una mayor introducción de fuentes renovables?
Luis Fontán: No voy a sorprender a nadie con la idea de la capital importancia de la electrónica de potencia en el funcionamiento, control, integración de renovables, etc. en las redes eléctricas, ni tampoco el papel que representa, por ejemplo, en las aplicaciones industriales de motores, el transporte ferroviario, el sector de la elevación o el vehículo eléctrico, ya que sin la utilización de la electrónica de potencia serían actualmente inviables.
Obviamente, la posibilidad de proporcionar un control adecuado es una de sus peculiaridades más interesante y, como he citado anteriormente, las redes eléctricas en las que se integren mayor volumen de renovables, van a necesitar sin ningún género de duda del concurso de convertidores de potencia que sean la interfaz entre estos sistemas de generación, el almacenamiento, las cargas con gestión de la demanda activa y las propias redes. Un caso evidente de la necesidad de la electrónica de potencia son las microrredes y las VPP, en las que el elemento fundamental es el convertidor que proporciona la interconexión eficiente y controlada entre ellos y entre ellos y la red, proporcionando garantías de calidad y seguridad.
Asimismo, la electrónica de potencia va siendo más relevante en el transporte de energía eléctrica mejorando el comportamiento de las líneas de alta tensión mediante la utilización de los FACTS (Flexible Alternating Current Transmission System), que permiten incrementar la capacidad de transferencia de potencia de los sistemas de transmisión o mantener la potencia transmitida con niveles optimizados de pérdidas.
Tampoco creo necesario recordar al lector que, para proporcionar servicios auxiliares a la red mediante sistemas de generación renovable asociados a almacenamiento, es necesaria una conexión a red a través de convertidores de potencia.
El único problema podría ser el coste de estas soluciones, la interoperabilidad de los productos de diferentes compañías y las comunicaciones rápidas y seguras necesarias para poder realizar el control en tiempo real. Sin embargo, el coste económico va reduciéndose paulatinamente y cada vez tenemos estándares de conexión más amplios para las diferentes aplicaciones.
En resumen, que hablamos de una tecnología disponible actualmente que está llegando a ser indispensable y que lo será más todavía en el futuro según vayamos integrando mayores proporciones de generación renovable y sistemas de almacenamiento.
Por último, pondría como ejemplo el proyecto MIGRATE y otras propuestas europeas que van encaminadas precisamente a resolver el problema que conllevaría cubrir el 100% de la demanda con energía renovable conectada a la red a través de convertidores. Dejo la pregunta al lector.
SMARTGRIDSINFO: El vehículo eléctrico también está integrado dentro de la división de Transporte y Energía del CEIT-IK4. ¿Hacia qué líneas de investigación se orienta esta actividad?
Luis Fontán: En nuestra División de Transporte y Energía, la Automoción es uno de los sectores a los que dedicamos más recursos y llevamos más de 25 años trabajando con grandes compañías relacionadas con el sector automoción, como BMW, PSA, Renault, etc. y otras que trabajan para dichas compañías. Nuestro enfoque en estos casos, como he comentado anteriormente, es siempre multidisciplinar y abordamos los proyectos desde las distintas áreas de conocimiento.
En los últimos años, desde 2010 aproximadamente, comenzamos a aplicar nuestros conocimientos de los sistemas básicos del vehículo eléctrico junto con nuestros clientes JEMA, electrónica de potencia, e IRIZAR, fabricantes de autobuses, y otras empresas pertenecientes al grupo IRIZAR, a desarrollar los autobuses eléctricos que están ahora mismo en el mercado compitiendo en igualdad de condiciones, al menos, con otros fabricantes de autobuses eléctricos europeos y mundiales.
Y fruto de esa colaboración a largo plazo, las líneas en las que estamos involucrados son, por enumerar algunas, el estudio y dimensionamiento de los sistemas de almacenamiento de energía y los subsistemas de recarga, la electrónica de potencia para el incremento de la densidad de potencia de los sistemas auxiliares del autobús, nuevas máquinas eléctricas de tracción con tolerancia a fallos y menor peso y volumen, la gestión total de la energía del vehículo eléctrico, desarrollando nuevas ECUs adaptadas a las condiciones de uso del vehículo, la hibridación de sistemas de almacenamiento (ultracapacidades y baterías) para conseguir vehículos de mejores prestaciones e incrementar la vida útil de las baterías, etc. Además, otro punto de interés, que ya he mencionado al hablar de las Smart Grids, es el desarrollo de software y herramientas para la integración de los sistemas de recarga en las redes de distribución, mejorando las instalaciones eléctricas, reduciendo la necesidad de potencia contratada y utilizando baterías intermedias de segundo uso en los sistemas de recarga, entre otras.
Y, finalmente, todo lo que tiene que ver con el software y herramientas de simulación de tráfico, rutas, recorridos, consumos y eficiencia energética que ayudan al conductor a mejorar la autonomía del vehículo sin disminuir las prestaciones, ni el confort de los viajeros; que, aunque no es específico del VE, tiene aplicación directa en él.
Tampoco quiero olvidarme de otras tecnologías relacionadas con el sector de la automoción más convencional, pero que influyen directamente en la autonomía del vehículo eléctrico, como los nuevos materiales y procesos para la fabricación, el desarrollo de sistemas embebidos, el diseño mecánico, ruido y vibraciones, la dinámica del VE y los sensores avanzados.
SMARTGRIDSINFO: La red de distribución eléctrica está experimentando una progresiva evolución con el fin de integrar elementos tales como la generación distribuida o el vehículo eléctrico. ¿Qué retos tecnológicos plantea esta integración y cuáles son las aportaciones de CEIT-IK4 en este ámbito?
Luis Fontán: Creo que todos compartimos la idea de que la descarbonización del sector eléctrico es imparable y que la integración de las energías renovables y del vehículo eléctrico no tiene vuelta atrás. Y, si estamos de acuerdo en esto, no podemos hacer otra cosa que adaptarnos; así ha sido siempre cuando una idea está tan arraigada entre los ciudadanos de cualquier país europeo.
La adaptación supone cambio y es posible que dicho cambio provoque inconvenientes técnicos o retos que superar, más o menos complejos, y también, ¿por qué no? resistencias a esos cambios desde diferentes instancias. Sin embargo, estos retos van a existir a pesar de que miremos para otro lado y sería de interés común que hubiera un consenso general sobre cuáles son los retos que deben superarse para conseguir, no solamente la descarbonización (EERR y VE) del sistema, sino la descentralización de la generación (GD, renovables, microrredes y VPP) y, obviamente, la digitalización total de la red eléctrica, necesaria para la comunicación y control de los diferentes elementos que conformarán el sistema eléctrico del futuro. Entre todos, quiero destacar:
- Integración, control y supervisión de la generación renovable y los sistemas de recarga del VE en la red
- Utilización de la capacidad de almacenamiento con criterios económicos y técnicos
- Mejora de las herramientas de predicción de generación renovable y de predicción y gestión de la demanda
- Consecución del reto de que la generación renovable aporte servicios auxiliares a la red y desarrollo de normativa adecuada que permita hacerlo a las GD, VPP y microrredes.
- Interconexiones entre países con insuficiente capacidad
- Desarrollo del concepto de ciberseguridad para los datos y las comunicaciones entre las instalaciones eléctricas, de manera que un fallo o ataque no termine siendo devastador
En cuanto a las aportaciones de CEIT para superar estos retos, puedo resumirlas en los siguientes puntos:
- Desarrollo de microrredes y VPP para la integración adecuada de la renovables, así como de algoritmos para el control óptimo de microrredes y sistemas de energía autónomos.
- Desarrollo de una plataforma de ensayo para almacenamiento, convertidores y sistemas de generación renovable. Nuestra microrred experimental iSare.
- Herramientas de gestión de los sistemas de almacenamiento: baterías, ultracapacidades y volantes de inercia, así como de dispositivos de carga inteligente para el VE.
- Desarrollo de convertidores de potencia eficientes para redes inteligentes y nuevos controles para estos dispositivos.
- Predicción de la generación eólica y solar con algoritmos ANN.
- Predicción de la demanda eléctrica.
- Sistemas de encriptación avanzados para evitar el ataque de hackers
Finalmente, otro reto importantísimo, y sobre el que poco podemos hacer los técnicos, excepto con nuestras recomendaciones, es el de la regulación. Parece poco operativo que haya regulaciones desiguales en cada país, o entre comunidades autónomas, o que avance mucho más lenta que los avances técnicos. Y, asimismo, hago mención a la falta de seguridad jurídica para las inversiones de empresas y particulares. No deberían estar supeditadas a la buena voluntad de los gobiernos de los diferentes países, con cambios de legislación que puedan afectar a nuestro progreso hacia una sociedad con sistemas energéticos de reducidas emisiones de CO2.
SMARTGRIDSINFO: El próximo mes de diciembre se celebra el V Congreso Smart Grids, en el que el CEIT-IK4 participa como miembro del Comité Técnico. ¿Por qué es importante para este centro y para las instituciones de investigación en energía, en general, asistir a este encuentro? ¿Y qué espera de la próxima edición del Congreso Smart Grids, que se celebra el próximo 13 de diciembre 2018?
Luis Fontán: Para nosotros, como centro de investigación, y creo sinceramente que para otras instituciones de investigación también, es importante conocer de primera mano las tecnologías actuales y mantener y ampliar relaciones con otras empresas y centros que trabajan en cuestiones de energía, en concreto, en las Smart Grids. Y, además, porque en estos encuentros se pueden descubrir puntos de vista comunes o complementarios que sirvan como germen de nuevos proyectos, para profundizar, como decía, en nuestra relación mutua y conocer nuevos socios para nuestras propuestas futuras.
El intercambio de opiniones en las mesas redondas, las preguntas a los conferenciantes y la presentación de lo que es importante para el sector y para cada empresa, es el punto de partida para aprender, para “conocerse mejor”, tanto a través de las comunicaciones orales como en los artículos del libro. Además, van a servirnos para avanzar en el conocimiento de diversas técnicas que nos van a llegar al sector, tales como el control de las redes de distribución, los nuevos modelos para la de flexibilización de la red, el autoconsumo, el prosumidor, la digitalización, el IoT, el blockchain, etc., y finalmente, las tendencias actuales para migrar al nuevo mercado eléctrico.
En definitiva, el Congreso Smart Grids representa el lugar natural de encuentro de todas las empresas, los centros y las universidades que trabajamos en el desarrollo de las Smart Grids en España. Si alguien quiere estar al día de lo que se está haciendo en este país sobre el particular, debería acudir a él.