Los objetivos de reducción de carbono de la UE para 2030 y 2050 exigen cambios significativos en el sistema energético, con el fin de permitir, al menor coste, la integración de fuentes de energía renovable variables. Afrontar este reto requiere potentes instrumentos de planificación. Por ello, en abril de 2018 arrancó el proyecto Plan4RES, cuya finalidad ha sido crear una herramienta europea capaz de gestionar de forma óptima los nuevos sistemas energéticos.
El principal objetivo de Plan4RES es reducir la brecha existente entre la creciente complejidad de planificación que exige el futuro sistema energético y sus problemas operativos, por un lado, y las herramientas de análisis que están disponibles actualmente, por otro.
En este sentido, las tareas llevadas a cabo por los socios de Plan4RES han consistido en crear una herramienta de planificación de extremo a extremo que haga posible aumentar el porcentaje de energía renovable en el sistema energético europeo sin comprometer la fiabilidad del sistema.
Los retos de un sistema energético europeo sin emisiones
Al desarrollar la plataforma en el marco del proyecto Plan4RES, se ha tenido en cuenta el sistema eléctrico interconectado paneuropeo, las sinergias potenciales con otros sistemas energéticos, las tecnologías emergentes y los recursos de flexibilidad, proporcionando de esta manera un entorno de modelado totalmente integrado.
Al mismo tiempo, la evolución hacia un sistema eléctrico libre de carbono y multienergético también exige aportar una mayor flexibilidad al sistema, conseguir una participación más activa de todos los agentes interesados y, por último, aumentar el nivel de colaboración entre ellos.
Como resultado de los cambios que conlleva la transición hacia una Europa sin emisiones de carbono, se pretende integrar, con el menor coste posible, un mayor despliegue de fuentes de energía renovables.
Tras tres años de trabajo, los socios del proyecto han creado una larga y variada lista de softwares capaces de afrontar los distintos desafíos ante los que se enfrenta el nuevo modelo energético europeo.
El consorcio Plan4RES
En 2018, siete agentes interesados en sistemas energéticos se unieron al Consorcio Plan4RES, respondiendo a la convocatoria H2020 LCE05 ‘Herramientas y tecnologías para la coordinación e integración del sistema energético europeo’.
El consorcio Plan4RES se formó con el fin de llenar el vacío que hay entre la creciente complejidad de planificación del nuevo sistema energético y las herramientas de análisis que se utilizan hoy en día. Entre los socios se encuentran actores del mercado, expertos en sistemas energéticos, expertos en optimización matemática y especialistas en informática.
El planteamiento con el que nació el proyecto se basa en la idea de que un sistema eléctrico con alta proporción de fuentes de energía renovable sólo será posible y asequible si, tanto la red como los activos de generación, evolucionan hacia un sistema diseñado para maximizar su capacidad de albergar toda la cantidad de energía procedente de las tecnologías limpias.
A este respecto, los socios del consorcio consideran que es necesaria una representación integrada del sistema eléctrico para lograr los objetivos climáticos europeos. Además, esta figura integrada tiene que ser rentable para todos los actores que participan tanto en la operación como en el desarrollo del sistema.
En este contexto, se necesitan superar importantes obstáculos técnicos que permitan un conjunto de modelos diferentes, altamente interconectados. Estos modelos deben interactuar de forma sinérgica para adaptar las herramientas desarrolladas por el proyecto Plan4RES a las diferentes necesidades de los múltiples agentes interesados.
Por lo tanto, el proyecto nació con el firme propósito de ayudar a los principales actores del sistema energético europeo (TSO, DSO, utilities, proveedores de energía, etc.) a tomar mejores decisiones en cuanto al desarrollo y funcionamiento de su cartera energética, considerando también las tecnologías emergentes y las fuentes innovadoras de flexibilidad y manteniendo, al mismo tiempo, un alto nivel de fiabilidad.
Para dar este respaldo, el Consorcio Plan4RES ha formado un Grupo de Partes Interesadas al que actualmente están invitados todos los actores del sistema energético.
Proceso de diseño de Plan4RES
Con el fin de crear una herramienta que perfeccione la gestión de sistemas energéticos, el consorcio adoptó un enfoque sinérgico de modelos multienergéticos.
En el proceso de diseño, el consorcio exigió que la nueva herramienta consistiera en una plataforma de planificación y operación de extremo a extremo, compuesta por un conjunto de modelos de optimización desarrollados en el seno del proyecto. Estos prototipos están basados en un modelado integrado del sistema energético paneuropeo.
A continuación, se desarrolló una plataforma de IT para facilitar el acceso a los datos y recursos informáticos de alto rendimiento. Esta plataforma IT atiende a modelos flexibles y flujos de trabajo con algoritmos de solución eficiente.
Finalmente, se han elaborado una base de datos públicos y tres casos de estudio que destacan la idoneidad y relevancia de la herramienta.
Grupos de trabajo
Liderado por Electricité de France (EDF), el consorcio está formado por: Siemens AG Corporate Technology (Alemania); HPE HPC/AI EMEA Research Lab ERL (Suiza); RWTH Aachen, Institute for High Voltage Technology (Alemania); Imperial College London (Reino Unido); Zuse Institute Berlin, ZIB (Alemania); ICOOR, Interuniversity Consortium for Optimization and Operation Research, que involucra a las Universidades de Pisa y de Modena e Reggio Emilia (Italia).
Para desempeñar las distintas tareas que exigía el proyecto, los socios se organizaron en siete paquetes o grupos de trabajo (WP, Work Packages). Desde el paquete de trabajo WP1, EDF se encargó de coordinar y asegurar la correcta ejecución de las funciones administrativas y financieras.
Los demás grupos se encargaron de estudiar tres casos de estudio (WP2); modelar el sistema y el proceso de decisión proporcionando una descripción matemática detallada de los modelos ya existentes o desarrollados dentro del proyecto (WP3); recopilar, generar, transformar y almacenar los datos (WP4); crear algoritmos comunes y métodos matemáticos para resolver los problemas planteados, principalmente algoritmos de descomposición, algoritmos MILP y solucionadores (WP5); implementar los modelos descritos en WP3, resueltos por los métodos de WP5 (WP6) y, finalmente, planificar y ejecutar la difusión e implementación del proyecto (WP7).
Casos de estudio
Bajo el liderazgo de Siemens AG Corporate Technology, el paquete de trabajo WP2 se encargó de realizar tres casos de estudio con alcance europeo para mostrar la adecuación y relevancia de la herramienta a través de la demostración.
Los casos de estudio se pusieron a prueba en escenarios simulados apoyados por las herramientas del grupo WP6, que ha sido el encargado de desarrollar previamente los prototipos que se aplican en cada caso.
El 11 de abril de 2018, Plan4RES celebró en París un primer taller dedicado a los Grupos de Interés del Sistema Energético, donde se presentaron y discutieron los objetivos del proyecto. Durante este encuentro fueron presentadas las conclusiones extraídas del GoogleForm online Questionnaire, un cuestionario online propuesto previamente a las partes interesadas.
Las conclusiones del taller se integraron en la definición de “Case Study” y se planearon tres casos que cubren tres enfoques diferentes, cada uno de los cuales representa los puntos de vista de las diversas partes interesadas. Bajo esta triple visión, surge la definición de cada uno de los tres prototipos.
En el primer modelo, se aplica un concepto energético europeo multimodal, para alcanzar el objetivo de la COP21 con una perfecta capacidad de previsión, considerando el acoplamiento sectorial de la demanda de electricidad, gas, calefacción y transporte.
En el segundo caso, se ha realizado el desarrollo estratégico de la red paneuropea sin capacidad de previsión exacta y teniendo en cuenta las incertidumbres a largo plazo.
Y el tercer case study analiza el coste de la integración de las fuentes de energía renovables y el impacto del cambio climático para el sistema eléctrico europeo en un futuro con una alta proporción de fuentes de energía renovable.
Softwares de código abierto
Como resultado de estos trabajos, el proyecto Plan4RES ha logrado el lanzamiento de varios softwares de código abierto.
El primero de ellos, presentado en julio de 2018, fue SCIP Optimization Suite 6.0.1, un solucionador no comercial para la programación de enteros mixtos (MIP, Mixed-Integer Programming) y la programación no lineal de enteros mixtos (MINLP, Mixed Integer Non-Linear Programming).
A lo largo de su trayectoria, el proyecto ha lanzado otros programas como la biblioteca StOpt 2.6 (STochastic OPTimization); un contenedor de singularidad para usar con la plataforma Singularity Community Edition; la nueva versión del solucionador de descomposición NDOSolver/FiOracle; un repositorio de datos alojados en la plataforma Zenodo; PaPILO 1.0.2, un paquete de software basado en C ++ 14; SCIP Optimization Suite 7.0.2; y el repositorio SMS ++.
Por último, el pasado mes de junio, el consorcio presentó el entorno del software Plan4RES. Este repositorio contiene el diseño del directorio y los componentes necesarios para el entorno computacional de la herramienta Plan4RES.
Eventos
Desde sus inicios en 2018 hasta la finalización del trabajo el pasado mes de abril de este año, Plan4RES ha celebrado distintos eventos para presentar sus últimos resultados. Una actividad de difusión que, de momento, no ha cesado. Un ejemplo ha sido el taller público celebrado el pasado 21 de mayo destinado a difundir y poner en la mesa de debate los resultados del proyecto.
Próximamente, Plan4RES coorganiza la conferencia EMP-E 2021, Energy Modelling Platform for Europe, que tendrá lugar en Bruselas del 26 al 28 de octubre, junto con otros proyectos de Horizonte 2020: SENTINEL, PLANET, SPINE, NAVIGATE, OpenENTRANCE, AURES, WHY y MAGNITUDE.