En el marco del proyecto flexQgrid, que se desarrolla en el municipio alemán de Freiamt, un consorcio encabezado por Netze BW está investigando cómo la interacción entre la recarga de vehículos eléctricos, la energía fotovoltaica en los tejados y las bombas de calor puede tener éxito en el futuro mientras se mantiene un alto nivel de seguridad de suministro. La iniciativa arrancó en noviembre de 2019 y tendrá una duración de tres años. El pasado 27 de agosto comenzó oficialmente la prueba de campo del proyecto, que se centrará en el uso de tecnologías de smart grids para desarrollar la red eléctrica del futuro.
La prueba de campo, que se llevará a cabo durante un año, tiene como objetivo mostrar cómo la electricidad generada localmente a partir de energías renovables se puede integrar de manera óptima en la red eléctrica mediante el uso simultáneo de sistemas de almacenamiento de baterías, vehículos eléctricos y sistemas de calefacción en redes locales de diferentes estructuras. El fin último es evitar sobrecargas en la red eléctrica antes de que se produzcan.
Liderados por Netze BW, los socios del proyecto flexQgrid -financiado por el Ministerio de Economía y Energía de Alemania (BMWi)- son Fichtner IT Consulting, Research Center for Information Technology (FZI), Karlsruhe Institute of Technology (KIT), University of Stuttgart, PSI Software, Blockinfinity, Entelios y PRE distribuce. El municipio de Freiamt ha estado probando soluciones para la transición energética junto con Netze BW durante varios años y ya era socio en el anterior proyecto de «control de red».
Desarrollo de la prueba de campo
En la prueba de campo de flexQgrid participan un total de 23 viviendas en tres redes de baja tensión, a las que se conectan sistemas fotovoltaicos, sistemas de almacenamiento de baterías y recursos energéticos flexibles como las bombas de calor y los cargadores de pared para vehículos eléctricos. Las viviendas cuentan con un sistema de medición inteligente y una caja de control, además de un sistema de gestión energética (BEMS) que puede reaccionar a las señales de la red. También hay 31 sistemas fotovoltaicos adicionales a lo largo de una línea de media tensión.
Los valores medidos de las estaciones de la red local y de los sistemas de medición inteligentes se transmiten cada minuto a los puntos de conexión, convirtiéndose en la base para la detección de cuellos de botella y la previsión del estado de la red eléctrica.
Con la ayuda de la tecnología de la red eléctrica inteligente, la situación y el conjunto de sistemas se supervisan y controlan. Esto se hace mediante el denominado «semáforo». Si se pronostica un cuello de botella, se produce la fase amarilla. Las cantidades de electricidad en los puntos de conexión a la red se ajustan de forma que se evite la transición al semáforo rojo y, por tanto, la intervención directa del operador de la red. En la fase amarilla, la capacidad de red gratuita también se puede negociar automáticamente a través de un mercado secundario basado en blockchain.
Semáforo de la red
El semáforo permite que el estado de la red sea transparente para los operadores, los participantes del mercado y los clientes. Las diferentes unidades se coordinan de manera inteligente y, en periodos de congestión, se controlan de manera automatizada y orientada a la demanda para garantizar la seguridad de la red y, por lo tanto, también la seguridad del suministro.
Con el uso del semáforo de la red, flexQgrid se basa en el contenido de su proyecto predecesor denominado “control de red”, utilizando los hallazgos para diseñar y optimizar las tres fases del semáforo: verde, amarilla y roja.
En la mayoría de los casos, el semáforo está en verde. En esta fase todas las unidades pueden suministrar electricidad a la red o extraerla de la misma. Los clientes pueden optimizar el consumo de energía según sus deseos y utilizar tanta energía renovable como sea posible.
Cuando los pronósticos indican una congestión de la red en un futuro cercano, el semáforo salta a la fase amarilla. De hecho, si el semáforo cambia a ese color, se pronostica una congestión para el día siguiente. Para evitar una sobrecarga, el operador de la red distribuye la denominada cuota a todos los implicados en el área de la red afectada.
La cuota se establece para grupos definidos de la red eléctrica. Se determinan dos cuotas: una para los generadores y otra para los consumidores. Esta cuota proporciona información sobre lo crítica que será la situación esperada de la red y en qué medida deben ajustarse los horarios deseados. A continuación, el sistema de gestión de la energía distribuye la carga en el hogar de acuerdo con la cuota y los deseos del cliente. En el futuro, se pretende implementar esta idea en forma de mercado local para que los vecinos puedan apoyarse entre sí.
Para un ajuste óptimo de los horarios en interés de los clientes, se está probando un mercado secundario de flexibilidad en el que los participantes pueden intercambiar libremente sus flexibilidades energéticas entre ellos. Se utiliza la tecnología blockchain para que todas las transacciones se realicen de forma segura y transparente.
Fase roja
En último lugar llegaría la fase roja. Si una unidad falla con poca antelación, puede producirse una congestión repentina, y por lo tanto el semáforo se pondría en rojo, lo que significa que aumenta el riesgo de congestión de la red. En esta fase los sistemas dan valores objetivos a todos los hogares conectados, para eliminar la congestión y no sobrecargar los recursos energéticos.
Puesto que las situaciones en la red eléctrica varían mucho, la gran cantidad de unidades hace que sea imposible determinar manualmente su funcionamiento óptimo. Por esta razón, se está probando un sistema inteligente que analiza el estado de la red en tiempo real y controla las flexibilidades energéticas de manera automática.
El sistema descentralizado llamado PSIngo (PSI Intelligent Grid Operator) asume el control automatizado de las unidades. Monitorea el cumplimiento de los límites de capacidad y voltaje, y puede controlar y regular los sistemas de manera específica a través de cajas de control. Para garantizar que el estado de la red y los procesos sean transparentes, flexQgrid implica la operación de la red. Detecta inmediatamente las congestiones y controla los sistemas en la red de distribución para solucionar la congestión. Debido a la gran cantidad de sistemas, la automatización tiene sentido en este punto, aunque la automatización siempre está asociada con riesgos técnicos, tanto en el lado del hardware como del software. Por ello, se genera transparencia sobre las acciones de los sistemas y se permite que el centro de control intervenga en cualquier momento.
Imagen real de la red eléctrica del futuro
Uno de los aspectos más destacados de flexQgrid es la prueba de campo que se desarrollará durante un año en condiciones reales, una prueba que acaba de arrancar ahora para evaluar las soluciones desarrolladas en el proyecto para todas las fases del semáforo. Por un lado, se obtendrá información de interés sobre los desafíos de la implementación práctica y, por otro lado, se ofrecerá la oportunidad de demostrar que las soluciones de flexQgrid son técnicamente viables en la actualidad.
Gracias al elevado número de participantes, una amplia conexión de unidades descentralizadas y nuevos consumidores, en flexQgrid aspiran a obtener una imagen realista de la red eléctrica del futuro.
La localidad alemana de Freiamt se convertirá durante este próximo año en un laboratorio. Los investigadores analizarán en condiciones reales cómo varios sistemas de almacenamiento y generación de energía se pueden conectar a la red eléctrica de forma rápida y segura, evitando las congestiones de la red incluso antes de que ocurran.