El sistema eléctrico europeo se enfrenta a la creciente penetración de las fuentes de energía renovables, al mismo tiempo que están surgiendo nuevas soluciones tales como controles más inteligentes o almacenamiento a gran escala. En este contexto surge el proyecto OSMOSE, cuyo principal objetivo ha sido identificar y desarrollar la combinación óptima de soluciones de flexibilidad para el sistema eléctrico europeo con el fin de permitir la integración de energías renovables.
El proyecto OSMOSE es una iniciativa de cuatro años iniciada en 2018 y finalizada en abril de 2022, financiada bajo la convocatoria H2020 LCE-04-2017 – ‘Demostración de integración de sistemas con redes de transmisión inteligentes y tecnologías de almacenamiento con una participación creciente de energías renovables’.
El consorcio OSMOSE está formado por seis operadores de redes de transporte europeos: RTE (Francia), REE (España), TERNA (Italia), ELES (Eslovenia), ELIA (Bélgica) y REN (Portugal). Junto a ellos han trabajado once socios de investigación y dieciséis actores de la industria (fabricantes y proveedores de soluciones) y del mercado (productores y empresas de servicios).
Objetivos del proyecto OSMOSE
Por flexibilidad del sistema eléctrico se entiende la capacidad para hacer frente a la variabilidad e incertidumbre en la demanda, la generación y la red, en diferentes escalas de tiempo. Bajo un enfoque holístico, el consorcio ha abordado la identificación y el desarrollo de las flexibilidades necesarias para permitir la transición energética hacia una alta proporción de energías renovables en el sistema eléctrico.
Este enfoque captura sinergias entre las necesidades (mercados de energía, servicios del sistema y control de flujo de la red) y fuentes de flexibilidades (generación renovable, respuesta a la demanda, red y almacenamiento) como servicios múltiples de una fuente o fuentes híbridas, lo que resulta en un coste, es decir, un sistema de energía eficiente.
Los objetivos clave de OSMOSE han sido demostrar soluciones que permitan sinergias entre fuentes y aplicaciones de flexibilidad a través de cuatro demostradores a gran escala en la red de transmisión; aumentar la escalabilidad técnico-económica de estas soluciones; pronosticar la combinación económicamente óptima de flexibilidades para el sistema eléctrico europeo, teniendo en cuenta sus sinergias; y proponer evoluciones de diseños y regulaciones de mercado que conduzcan a esta combinación y capturen estas sinergias.
Plan de trabajo
Para alcanzar estos objetivos, el proyecto se ha estructurado en siete paquetes técnicos de trabajo. WP1 y WP2 abordan respectivamente el desarrollo de escenarios de flexibilidad a largo plazo y de nuevos diseños de mercado. WP3 a WP6 cubren las cuatro demostraciones, mientras que WP7 se ocupa de la ampliación y reproducción de los resultados de la demostración.
De esta manera, OSMOSE aborda diferentes soluciones y servicios de flexibilidad a través de cuatro demostraciones dirigidas por Operadores de Sistemas de Transporte (RTE, REE, TERNA y ELES).
Demostraciones en varios países europeos
Así, el demostrador WP3 validó experimentalmente un control de formación de red de los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS, por sus siglas en inglés) para proporcionar múltiples servicios. Para ello se ha utilizado un BESS de 720 kVA/560 kWh a escala de red conectado a un alimentador de distribución de 20 kV dentro del campus de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (EPFL, Suiza).
Por su parte, el demostrador WP4 ha estado liderado por REE y se ha llevado a cabo en el centro CENER, ubicado en Navarra.
Los principales objetivos de WP4 han consistido en desarrollar un Sistema Maestro de Control para integrar diferentes soluciones de flexibilidad, coordinar sus operaciones e identificar posibles estrategias de control; identificar una nueva solución de almacenamiento híbrido y modular con la capacidad de ofrecer múltiples servicios y crear una batería de iones de litio conectada a alta tensión en CC (≥ 1 kV) para mejorar la integración de las baterías en la red de AT.10.
WP5 ha estado liderado por TERNA y se ha desarrollado en Pietragalla (Italia). Su principal objetivo ha sido desarrollar un sistema de gestión inteligente que integre las fuentes de flexibilidad de los actores del mercado junto con las fuentes de flexibilidad de la infraestructura del TSO.
Por último, el demostrador WP6 pretendía evaluar la capacidad de intercambio transfronterizo en tiempo real, con miras a identificar y utilizar la capacidad transfronteriza residual posterior al cierre de la puerta del mercado.
Bajo la supervisión de ELES, los trabajos de WP6 han ido orientados a crear un mercado de energía transfronterizo casi en tiempo real. El demostrador ha tenido tres ubicaciones, en concreto tres centrales hidráulicas en la frontera entre Italia y Eslovenia.
Resultados
Finalizado el proyecto, el consorcio de OSMOSE ha publicado un informe con los resultados de las investigaciones llevadas a cabo.
Una de las conclusiones es que los sistemas de almacenamiento de energía en baterías (BESS) son técnicamente muy eficientes para dar soporte al sistema gracias a su alta flexibilidad. Sin embargo, su alto coste en comparación con otras soluciones de flexibilidad sigue siendo una barrera para su despliegue y aún quedan por investigar algunas de sus capacidades.
Ante esta perspectiva, la demostración de WP4 desarrolló un nuevo dispositivo de flexibilidad híbrido que integra batería de iones de litio a gran escala, supercondensadores y un compensador estático multinivel modular.
La batería de iones de litio desarrollada dentro del proyecto suministra alta tensión de salida (1.260 Vdc), lo que permite reducciones significativas de costes y pérdidas de energía, así como una mejor calidad de esta.
Debido a su importancia para la estabilidad del sistema, la provisión obligatoria de los servicios de sincronización debe ser investigada cuando no implique un coste adicional para los proveedores. Es necesario anticipar su implementación en los convertidores conectados a la red para evitar la escasez de servicios de sincronización o altos costos de actualización en el futuro sistema europeo.
Los BESS ahora pueden competir con otras soluciones de flexibilidad existentes para respaldar la seguridad y la estabilidad del sistema. Según los resultados del proyecto, diseños y controles específicos hechos a medida para los servicios del sistema los hacen aún más rentables en situaciones específicas como, por ejemplo, sistemas energéticos aislados.
Flexibilidad industrial
La prestación de servicios auxiliares por parte de los parques eólicos es técnicamente posible, pero siguen existiendo brechas de implementación para su uso efectivo diario. En este sentido, los responsables del proyecto OSMOSE concluyen que tanto los TSO -a través del código de evolución de red- como los fabricantes -a través del desarrollo industrial- deben acelerar sus esfuerzos para evitar la escasez de servicios auxiliares o los altos costes de actualización en los próximos años.
Las cargas industriales pueden proporcionar flexibilidad al sistema, pero con un potencial limitado debido a sus procesos industriales ya optimizados y con importantes retos de reconversión. Aprovechar este potencial de flexibilidad para regulaciones más inmediatas no debería ser la prioridad en los próximos años, pero sí es importante contar con ellos para un desarrollo de los reglamentos a largo plazo.
Flexibilidad de la red y coordinación eficiente
Los resultados del proyecto destacan que los sensores y herramientas avanzados, como el sistema de gestión de energía, pueden mejorar el funcionamiento de la red en zonas congestionadas. Son oportunidades significativas para que los TSO optimicen su coste operativo, aunque su despliegue conlleva adaptaciones desafiantes en entornos y prácticas industriales ya complejas.
Los intercambios transfronterizos en tiempo real son un desafío desde una perspectiva de TI, pero técnicamente factible al tiempo que cumple con las restricciones de la red y, por lo tanto, garantiza el sistema de seguridad. Sin embargo, el valor económico de la flexibilidad residual de los productores hidroeléctricos después de los cierres de puertas existentes sigue siendo limitado en el sistema real.
El futuro sistema de energía
En resumen, las simulaciones avanzadas del sistema eléctrico europeo son esenciales para apoyar decisiones sobre planes de inversión, esquemas de incentivos y diseño de mercado con evidencia cuantificada.
Todas las necesidades y fuentes de flexibilidad están estrechamente interrelacionadas y deben tenerse en cuenta en los estudios a largo plazo. Es necesario el uso de varias herramientas de simulación existentes para capturar los diferentes aspectos de la flexibilidad y el acoplamiento sectorial.
Las políticas futuras deberían garantizar un mejor uso del potencial de flexibilidad del gas, las baterías, las fuentes de energía renovable y la red eléctrica. Todos ellos tienen un papel fundamental que desempeñar en el sistema energético del futuro y su coordinación óptima en tiempo casi real aporta un valor significativo para abordar la creciente variabilidad e incertidumbre.
Conclusiones
Todos estos resultados deberían contribuir a fomentar el desarrollo de nuevas soluciones de flexibilidad y servicios asociados; desarrollos de políticas en curso en el campo del diseño del mercado interior de la electricidad; interconexiones mejoradas entre los Estados miembros y entre las redes de energía; garantizar que la red eléctrica europea sea capaz de integrar una gran parte de las energías renovables de forma estable y segura; garantizar que la red eléctrica de la UE opere dentro de un mercado mayorista que funcione correctamente, proporcionando a los consumidores europeos precios de electricidad competitivos e integrando fuentes renovables de manera rentable.
Finalmente, los resultados del proyecto OSMOSE deberían garantizar que la red eléctrica de la UE evolucione hacia una red paneuropea con mayores niveles de seguridad en el uso compartido de recursos.