Un sistema de gestión de energía que conecta sistemas fotovoltaicos, baterías, bombas de calor y vehículos eléctricos para el suministro energético de viviendas particulares o vecindarios con energía renovable producida localmente. Es el desarrollo llevado a cabo por científicos del Instituto Fraunhofer de Matemática Industrial ITWM, en Alemania, hallando una solución inteligente para las fluctuaciones de la energía eléctrica producida por fuentes renovables, un sistema que ha sido implantado en Ámsterdam en el marco del proyecto europeo ‘Grid Friends’.
La capital de los Países Bajos acoge un vecindario en el barrio de Schoonschip compuesto por una treintena de viviendas flotantes autosuficientes equipadas con suministro de energía renovable. Se trata del barrio flotante más sostenible de Europa, cuyas casas están conectadas a una red eléctrica inteligente conjunta. Un vecindario aún en desarrollo, que a principios de 2020 cuenta con más de un centenar de residentes.
El operador de la red implantó una única línea eléctrica compartida para la comunidad que permite el suministro de energía remota incluso en días nublados. De esta manera, Schoonschip dispone de una red eléctrica inteligente privada. La energía se genera y se intercambia mutuamente. Mediante la integración de todas las fuentes de energía locales sostenibles y el conjunto de instalaciones relacionadas con los edificios para la demanda de electricidad y calor, la energía sostenible generada localmente puede distribuirse a través de la plataforma central de red inteligente, lo que permite alcanzar la mayor autosuficiencia y neutralidad energética posible.
Un sistema modular
Dentro del proyecto ERA Net Smart Grids Plus llamado ‘Grid Friends’, el ITWM y sus socios desarrollaron el sistema de gestión de energía que permite este tipo de autonomía, un sistema cuya estructura es modular. Es decir, cada módulo puede instalarse de manera individual, y a su vez sirven como un centro de energía colectivo.
Se trata de una solución que analiza la situación para determinar dónde debe ir la energía. Los sistemas fotovoltaicos, bombas de calor y baterías, instalados en cada una de las viviendas, funcionan como un único sistema de grandes dimensiones.
De una manera práctica su funcionamiento se puede explicar de la siguiente manera. Por ejemplo, si hay una casa en la comunidad cuyos residentes están de vacaciones se consume muy poca electricidad, mientras que en otra vivienda el consumo se dispara porque, por ejemplo, se celebra una fiesta. El sistema de gestión redirige la energía solar de la primera vivienda a la segunda, con el fin de aprovechar al máximo la energía producida localmente y obtener la menor cantidad posible de energía de la red pública.
Inteligencia en las baterías
El sistema de gestión dota a cada módulo de controladores inteligentes de las baterías domésticas que permiten que los sistemas fotovoltaicos funcionen a plena capacidad, además de permitir redirigir el excedente de electricidad, que los operadores de red no desean comprar, y almacenarlo en la batería del hogar para su uso posterior.
Además, el módulo de las baterías cuenta con un modelo de pronóstico del tiempo que aumenta su eficiencia. En primer lugar, determina cuánta energía se espera que produzcan los sistemas fotovoltaicos en las próximas horas y cuánto calor es probable que se consuma. Después, aplica los resultados de estos cálculos para regular el almacenamiento.
De esta manera, si por la mañana el cielo está nublado y se espera que se aclare por la tarde, el sistema de administración de energía no comenzará a almacenar energía en las primeras horas del día, sino que esperará hasta más tarde para cargar las baterías, hasta que haya más energía disponible. Estas previsiones permiten un mejor uso de la flexibilidad disponible en el hogar.
Recarga de vehículos eléctricos
Por otro lado, en cuanto a la recarga de baterías de los vehículos eléctricos, los residentes pueden determinar los niveles mínimos de carga para sus automóviles a través de una aplicación. El sistema de control tiene en cuenta la necesidad de los residentes cuando el vehículo eléctrico debe cargarse para la salida.
El sistema recarga la batería al nivel especificado por el propietario cuando el automóvil está enchufado. Si es necesario, recurrirá a la electricidad de la red pública. El sistema continuará cargando más allá de este nivel si hace sol ese día. De lo contrario, esperará hasta que la producción de energía se recupere nuevamente para completar la batería.
El sistema de gestión de energía desarrollado por el ITWM es una opción no solo para comunidades, sino que también pueden implementarse de manera individual en viviendas. El gerente del proyecto, Matthias Klein, explica que en la actualidad ya hay instalados más de 60 sistemas de ese tipo, desde hogares privados y cafeterías hasta negocios enteros y una planta de tratamiento de aguas residuales. “Mientras que el sistema de Ámsterdam cambia la potencia de salida máxima de hasta 250 kilovatios, las versiones de la industria hasta ahora controlan 150 kilovatios», asegura Klein.
Amperix
En concreto, el sistema de gestión de energía desarrollado recibe el nombre de Amperix. Como se ha descrito anteriormente, establece un centro de energía con un control optimizado de los sistemas de almacenamiento de baterías, bombas de calor y estaciones de carga para vehículos eléctricos.
De esta forma, Amperix registra todos los flujos de energía en un hogar como base para la toma de decisiones de control, incluyendo la generación de energía a través de sistemas fotovoltaicos, la demanda o alimentación de energía desde o hacia la red, así como otros elementos, como una bomba de calor o un vehículo eléctrico.
A través de la plataforma web myPowerGrid, el usuario puede acceder a estos flujos de energía en cualquier momento, que se muestran mediante gráficos y análisis de datos.
Cabe señalar que Amperix no solo controla los dispositivos de almacenamiento doméstico, también los grandes sistemas de almacenamiento a nivel industrial.
Proyecto ‘Grid Friends’
Además de en Ámsterdam, donde el objetivo del proyecto es alcanzar la máxima autosuficiencia, ‘Grid Friends’ también contempla el desarrollo de otra forma innovadora de gestión de la energía en la ciudad alemana de Colonia, con la implementación de una red inteligente para lograr la máxima rentabilidad en instalaciones residenciales.
ITWM es socio del proyecto y, junto con el Centro Wiskunde & Informatica (CWI), que lo lidera, han desarrollado una plataforma energética inteligente. Todo ello dentro de ‘Grid Friends’, financiado por la Unión Europea en el marco de Horizonte 2020, y que también forma parte de la iniciativa de investigación ERA-NET Smart Grids Plus.
Un proyecto de investigación para el desarrollo y evaluación de mecanismos de coordinación y de una plataforma tecnológica para la cooperación energética, mediante la explotación compartida del almacenamiento y otros recursos flexibles. Uno de los objetivos es que iniciativas similares en el futuro se beneficien de este proyecto.