La digitalización se está adueñando poco a poco del sector energético. Ahora no se mueve un kWh sin que pase antes por una máquina. Todo está conectado. Todo fluye, pero todavía no se aprovecha del todo. Queda camino por recorrer. Y de ello, El Periódico de la Energía, ha hablado con una de las mayores voces autorizadas en cuanto a Smart Energy se refiere.
Se trata de Wolfram Rozas, director del Programa Ejecutivo de Smart Energy de EOI, con el que hemos charlado de todo lo que aporta lo inteligente al sector energético. El papel del consumidor, nuevos protagonistas en el mercado, nuevas tecnologías, las redes inteligentes, el almacenamiento,
Con la crisis energética, ¿ha pasado a segundo plano todo lo que rodea a la Smart Energy o al revés, ha ganado mayor protagonismo?
La crisis energética estimula más que nunca el empleo de redes inteligentes articuladas con soluciones digitales. El gran valor de la Smart Energy es contribuir a la optimización del consumo energético mediante la consecución de cuatro objetivos esenciales.
En primer lugar, la construcción de un mapa del uso de energía de una zona mediante la agregación del Big Data recolectado. Con esta información, los agentes del sistema (gobiernos, operadores, distribuidoras, comercializadoras) pueden comenzar a desarrollar herramientas y políticas para optimizar el consumo energético y prevenir la congestión, desajustes u otros problemas de la administración de la red.
Por otra parte, aliviar el desequilibrio entre la cantidad de energía necesaria para una carga en particular frente a la cantidad de energía disponible. Las redes inteligentes disponen de los patrones en el consumo de energía y pueden distribuir la energía más eficientemente.
Además de lo anterior, es imprescindible identificar y deslastrar cargas innecesarias. Las redes inteligentes pueden apagar los dispositivos cuando no se utilizan y esto redunda en un mayor ahorro y eficiencia energética.
Y, por último, el empleo óptimo del almacenamiento, no sólo el gran almacenamiento basado en energía potencial de fuente hidroeléctrica sino la disposición de todas las baterías comunitarias o individuales disponibles en un sistema de flexibilidad.
¿Qué se puede hacer para dar un mayor protagonismo a lo Smart en el sector energético?
La Comisión Europea ha publicado su plan de acción para la digitalización del sector energético para mejorar la eficiencia y la integración de renovables que, entre otros objetivos señala la necesidad de promover la conectividad, impulsar y coordinar las inversiones en la red eléctrica o mejorar la seguridad de los sistemas ciberfísicos.
Recogiendo este testigo, España ha definido el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) 2021-2030 que establece una serie de objetivos orientados a la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero, la promoción de energías renovables sobre el consumo total de energía eléctrica y final, la mejora de la eficiencia energética que no podrán lograrse a menos que se digitalice el sector.
“"La participación de los consumidores (muchos ya convertidos en prosumidores que producirán y consumirán su propia energía) en los futuros sistemas de energía inteligente estará motivado por múltiples factores"
El consumidor cada vez gana más peso, ¿cómo ve su papel dentro del sector en unos años?
La participación de los consumidores (muchos ya convertidos en prosumidores que producirán y consumirán su propia energía) en los futuros sistemas de energía inteligente estará motivado por múltiples factores:
En primer lugar, el Cambio Climático que impulsará la mejora de la eficiencia energética en forma de una reducción de la demanda de energía que estará regulada por las señales de precio (respuesta de la demanda).
En segundo lugar, la incentivación de los prosumidores a suministrar la flexibilidad necesaria que garantice la Transición Energética mediante la gestión de la demanda.
Por otra parte, la generación de datos de generación y carga de los prosumidores que mejorará la predicción de la demanda de energía crítica para el óptimo funcionamiento de barrios o ciudades.
Y, por último, la irrupción de mercados locales de energía que localicen y distribuyan óptimamente el almacenamiento flexible y el consumo local de energía mediante un mercado de proximidad que reduzca los costes de transacción y estimule la generación distribuida con energía renovable
Ahora estamos muy centrados en renovables, pero ¿veremos nuevas tecnologías tan disruptoras?
En el report 10 Cleantech Trends in 2022 de IHS Markit se citan tecnologías que contribuyen a la reducción de emisiones y a la mitigación del cambio climático. Además de las innovaciones en energía solar, eólica, materiales reciclables se mencionan las innovaciones en:
Almacenamiento, en especial la apuesta por baterías de iones de Litio cuya evolución de coste se espera sea decreciente en los próximos años
Hidrógeno verde que se convierte en el garante del suministro eléctrico cuando la intermitencia inherente de las energías renovables no permita disponer de generación en el momento de su consumo.
Las soluciones de Captura, Uso y Secuestro del Carbono (CCUS su acrónimo en inglés) que capturan y secuestran en profundidad parte de las emisiones.
El desarrollo de la tecnología de energía nuclear de fusión, aún en estado experimental como el SPARC del MIT y que no parece sea una solución viable en el corto plazo.
A estas nuevas Tecnologías de la Energía se añaden TIC como la Computación Cuántica que mejorará, entre otras posibilidades, el diseño óptimo de la topología de la red con el objetivo de reducir las pérdidas físicas. También es reseñable el Edge Computing que permitirá no sólo la captura de Big Data altamente granular en la Smart Grid, sino también la reacción en tiempos de latencia muy bajos de los distintos elementos del sistema que coadyuvarán a un mejor desempeño del sistema en su conjunto en términos de eficiencia o seguridad de suministro.
Por último, las nuevas soluciones inteligentes que garanticen el armónico funcionamiento de los mercados locales de energía (aún pendientes de regulación no sólo en España sino en la mayoría de los países más avanzados) que optimizarán el consumo energético en términos de coste o emisiones de gases de efecto invernadero.
¿Qué pasa con el almacenamiento? ¿Por qué no llega?
La apuesta actual de almacenamiento se basa en los nuevos sistemas de flexibilidad en el que los prosumidores podrán situar en el mercado sus excedentes de energía. Hay múltiples maneras de lograr este almacenamiento (algunas formas muy interesantes como el almacenamiento de metales líquidos), pero la inversión en baterías de iones de Litio es actualmente la decisión adoptada por la Unión Europea. Lamentablemente una serie de factores hacen que aún esta forma de almacenamiento de iones Litio sea cara.
Por ejemplo, el aumento generalizado de los precios de las materias primas, con un aumento significativo de los precios de todos los metales a lo largo de 2021 y 2022. Pero no es el único, la mayor demanda de baterías de LiFePO4 (Litio – Ferrofosfato que logra una durabilidad mayor que las de Litio por presentar un voltaje de descarga muy constante) por parte de la industria del automóvil en la fabricación de vehículos eléctricos de menor coste y autonomía. Por otra parte, la concentración geográfica del suministro de LiFePO4 en China, se hace particularmente vulnerable a coste e interrupción de la logística
En mi oìnión, la mayor amenaza actual para el crecimiento del almacenamiento es la capacidad de los integradores de sistemas para adquirir los volúmenes necesarios de baterías.
Machine Learning, IA, Blockchain, Deep Learning, ¿se están aprovechando todas las nuevas tecnologías en el sector?
Se están comenzando a utilizar, pero aún queda un largo desarrollo de estas tecnologías para obtener de ellas todo su potencial. Se emplean actualmente en casos de uso de salud y riesgo de activos (mantenimiento predictivo), en modelos predictivos de demanda a escala nacional en el caso del operador del sistema, en determinación del precio de casación de los mercados eléctricos spot y de futuros, y en múltiples operaciones del día a día incluyendo la gestión de atención al cliente mediante centros de llamadas cognitivos que emplean procesamiento del lenguaje natural (NLP es su acrónimo en inglés).
Sin embargo, aún no está extendido el uso del Deep Learning que ha comenzado a ser útil en la mejora de la predicción de generación de energías renovables, en la gestión de la vegetación que optimiza los costes de poda y tala, o en la determinación de escenarios de inversión en las redes de distribución considerando diferentes situaciones esperadas de Cambio Climático a lo largo del tiempo.
De la misma manera, el Blockchain se utiliza en la gestión de transacciones entre grandes compañías (bajo contratos bilaterales o power purchase agreements), o en nuevos modelos de negocio peer-to-peer o virtual power plant (VPP), pero aún no ha liberado todo el poder de desintermediación que promueve en la gestión de mercados locales de energía. De la misma manera, tecnologías como el Edge Computing o la Computación Cuántica tienen un largo recorrido en el desarrollo del sector acelerando la extensión de las redes inteligentes o mejorando la capacidad de respuesta del sistema ante cambios súbitos en la meteorología o cambios en la condición de los activos que conforman el sistema.
¿Cuánto de inteligente será la movilidad del futuro?
La movilidad espacial, también llamada movilidad geográfica, es una de nuestras necesidades básicas. Actualmente la movilidad debe ser sostenible para poder alcanzar los objetivos de mitigación de Cambio Climático, así que debe utilizar medios de transporte basados en energías que no emitan GEI como la electricidad. La combinación de digitalización y sostenibilidad en la nueva movilidad inteligente crea los coches eléctricos autónomos basados en reconocimiento visual y aprendizaje por refuerzo (reinforcement learning) que además podrán ser alquilados con sistemas de car sharing que optimicen la gestión de las plazas disponibles de aparcamiento en las calles o en los parkings.
Igualmente los autobuses o trenes movidos por pilas de combustible de hidrógeno verde (producido por hidrólisis cuya electricidad es producto de energías renovables) dispondrán de sistemas de monitorización de autobuses o trenes (wayside bus/train system) que reciban información en tiempos de latencia baja del exterior (listas de pasajeros, reservas, retrasos, meteorología, eventos, situaciones de tráfico o accidente) y que envíen información al exterior (sensorización de activos, telemetría, imágenes de cámaras de seguridad, etc.).
También la navegación se beneficiará del empleo de estas pilas de combustible y de la disponibilidad de información de geoposición de otras naves en latencias cada vez más bajas, así como de sistemas de reconocimiento visual que aceleren los procesos de gestión de puertos como la estibación y que optimicen el tráfico marítimo.
Más difícil será la sustitución de las energías fósiles en la aviación por las pilas de combustible de hidrógeno dado su peso, pero se necesitará una alternativa más pronto que tarde para evitar el volumen de emisiones de GEI que producen. Pero igualmente los procesos de gestión aeroportuaria serán mejorados con la inclusión de sistemas de reconocimiento visual, sistemas de automatización u otros sistemas que aceleren con seguridad las operaciones.
Si unimos todos los medios de transporte en un sistema multimodal sostenible y altamente digitalizado e integrado en el que los vehículos intercambien información optimizaremos la movilidad que reducirá el consumo energético ampliando el acceso a la movilidad y acelerándola con un impacto controlado en el medioambiente. La algoritmia de enjambre (swarm intelligence) podrá ser utilizada para conseguir este fin.
“"Ya disponemos de toda la tecnología para desarrollar las redes inteligentes al último nivel, y conocemos las ventajas. El problema es la infraestructura. Muchos países, incluido el nuestro, ya tienen redes eléctricas complejas que requerirían acometer cambios radicales para transformarlas en redes inteligentes"
¿Y las ciudades?
Las ciudades las podemos contemplar como sistemas de sistemas, y bajo este prisma podemos comprender que su operación sea optimizable mediante la digitalización. Una ciudad gestiona sistemas de suministros (luz, agua, gas), sistemas de seguridad, sistemas de tránsito o movilidad intermodal, sistemas de gestión de desechos o recogida de basuras, sistemas de seguridad, sistemas de control de contaminación (de gases o acústica), sistemas de comunicaciones, sistemas de mantenimiento de activos públicos (pavimento, marquesinas, contenedores, etc.).
Las ciudades ya cada vez más inteligentes están desplegando sensórica en los múltiples y diversos activos que gestionan: sensores de luz o agua para evitar tener las farolas encendidas cuando hay suficiente visibilidad o regar cuando está lloviendo; transpondedores en autobuses y balizas en marquesinas que registren el paso de los autobuses por cada parada de cada línea unido al control de aforo en el autobús o control de incidencias de tráfico para optimización de carga de tránsito; sensores de llenado en contenedores de basuras que ayuden a optimizar la gestión de las rutas de recogida cada día; sensores de gases o ruidos que permitan reducir la contaminación que degrada la calidad de vida en las ciudades; cámaras de circuito cerrado TV que permitan reconocer problemas de seguridad en las calles, seguridad vial, erosión en pavimento o destrucción vandálica de activos públicos, etc.
De la misma manera, el ayuntamiento de la ciudad puede aumentar sus fuentes de información recurriendo al sensor más inteligente de todos: el ciudadano responsable que informa de toda clase de problemas e incidencias en la vía pública mediante redes sociales u otros medios de comunicación, y al que el ayuntamiento contesta una vez la incidencia ha sido resuelta.
Algo fundamental serán las redes inteligentes, se lleva hablando muchos años de ellas, pero parece que no llegan o cuesta más de lo que se pensaba. ¿Cómo cree que avanzará este asunto?
Ya disponemos de toda la tecnología para desarrollar las redes inteligentes al último nivel, y conocemos las ventajas. El problema es la infraestructura. Muchos países, incluido el nuestro, ya tienen redes eléctricas complejas que requerirían acometer cambios radicales para transformarlas en redes inteligentes. Por otra parte, esta transformación supondría una gran inversión, además de la coordinación de varios actores, entre ellos el operador del sistema, las empresas de distribución y los consumidores/prosumidores.
Tanto los gobiernos, las empresas energéticas como los consumidores tendrían que dar prioridad a la transición hacia las redes inteligentes para invertir en ellas los recursos necesarios: integración de elementos de generación y almacenamiento como placas fotovoltaicas o vehículos eléctricos, sensores que capturen y procesen de datos, sistemas de almacenamiento de Big Data que permitan su análisis y lleven a cabo una automatización de procesos.
Dada la situación actual de emergencia de Cambio Climático la Unión Europea ha dotado los fondos Next Gen para impulsar algunas áreas de desarrollo sostenible entre ellas las energías renovables y la digitalización. Se espera que con la ayuda de estos fondos se impulsen las inversiones en redes inteligentes de Transmisión o de Distribución o su integración con el Autoconsumo.
Hidrógeno, biogases, bicombustibles, ¿cómo pueden apoyarse en lo Smart para crecer en España?
Estos vectores energéticos son claves para la consecución de los objetivos de emisiones cero en 2050, ya que garantizarán el suministro eléctrico cuando las energías renovables sean la mayor parte del mix. Nuestro país tiene actualmente la oportunidad de convertirse en un nodo principal de producción, almacenamiento y distribución de estas fuentes de energía. En 2022, el 20% de los proyectos de estas fuentes de energía se han realizado en nuestro país.
Las soluciones inteligentes ayudan a medir, administrar, simular, modelar, optimizar, y automatizar. Requieren una integración adecuada de todos los componentes de la cadena de valor de la energía de hidrógeno: desde la producción hasta la distribución, almacenamiento y uso final. Todos los componentes sensorizados e interconectados a este complejo sistema se monitorizan y regulan.
Alejandro
30/12/2022