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Las VPP son una respuesta al creciente número de recursos energéticos distribuidos (DER) que se abren paso en la red, ya que las VPP permiten agrupar su producción para lograr la flexibilidad y la escala necesarias para comerciar en el mercado de la electricidad, desencadenando ganancias para prosumidores, agregadores y operadores de red.
Energía asequible y limpia
Trabajo digno y crecimiento económico
Industria, Innovación e Infraestructuras
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Descripción
El concepto de Centrales Eléctricas Virtuales (CPV) da un vuelco a la idea más tradicional de depender de centrales eléctricas centralizadas (a menudo emisoras de CO2) para obtener una producción de energía predecible y fiable. A medida que entran en escena cada vez más pequeños y grandes productores de energía independientes, la energía solar, eólica y otras fuentes de energía renovables (FER) han penetrado en la red eléctrica de toda Europa, abriendo la transición hacia una infraestructura energética limpia y sostenible. Sin embargo, la integración de estos Recursos Energéticos Distribuidos (DER) en la red está planteando varios retos relacionados con la congestión de la transmisión y/o las estabilidades de tensión y frecuencia; las renovables, en particular, están creando problemas de fiabilidad debido a su naturaleza incierta e intermitente. Esta energía limpia ha perturbado la red energética y ha creado la necesidad de nuevos modelos y soluciones para su integración.
Una VPP agrega muchos DER dispersos e independientes en un único agente operativo que actúa como una central eléctrica tradicional, con una capacidad de generación similar, lo que le permite participar en los mercados del sistema eléctrico (tanto mayorista como minorista) o vender servicios al operador. Así pues, una VPP representa una cartera flexible de DER que permite a los agentes más pequeños del sistema eléctrico (es decir, consumidores, productores, prosumidores o cualquier mezcla de ellos) participar en los mercados de electricidad y prestar servicios a la red.
Central Eléctrica Virtual (IRENA, 2019)
Las VPP pueden contribuir a la integración de las FER prestando servicios de flexibilidad tanto del lado de la demanda como de la oferta a la red principal. Las VPP pueden agregar recursos de respuesta a la demanda o unidades de almacenamiento de energía que respondan a las necesidades de la red (flexibilidad del lado de la demanda), así como incorporar unidades de respuesta rápida, como condensadores y baterías, junto con centrales de cogeneración y biogás para optimizar la generación de energía (flexibilidad del lado de la oferta). A través de estos dos tipos de servicios básicos, las VPP pueden proporcionar beneficios tangibles como (IRENA, 2019)
Apoyo al funcionamiento de la red mediante diversos servicios auxiliares
Gestión de la demanda y cambio de carga en tiempo real basado en señales de precios para reducir los picos de demanda - justificación comercial de las inversiones aplazadas en infraestructura de red de transmisión y distribución
Servicios de equilibrio y requisitos de rampa a través de plataformas de optimización para compensar las fluctuaciones de cualquier producción de generación variable de FER
Aumentar la flexibilidad local a nivel del sistema de distribución, si existe un mercado local regional para la flexibilidad
Reducir el coste marginal de la energía
Reduciendo o desplazando la carga durante los picos de demanda para evitar el uso de grandes centrales eléctricas (de combustible fósil) para satisfacer una pequeña cantidad de demanda de electricidad a un coste elevado, o bien
Sustituyendo completamente la central eléctrica de pico por el despacho de los DER agregados y las baterías cargadas
Optimizando la inversión en infraestructura del sistema eléctrico
Ahorrando costes de nuevas adiciones de capacidad y/o refuerzo de la red con la provisión de capacidad de reserva operativa en tiempo real de los DER ya conectados, a la vez que se les proporcionan ingresos adicionales mediante su participación en los mercados auxiliares cuando sea necesario.
Problemas a resolver
Aumentar la estabilidad y fiabilidad de la red
Aumento de la demanda de integración de fuentes renovables
Mercado restringido
Demanda de energía creciente y cambiante
Aumento de los costes y las emisiones del suministro energético actual
Demanda de mayor resistencia y flexibilidad de la red
Beneficios
Los beneficios muestran de forma tangible cómo la aplicación de una Solución puede mejorar la ciudad o el lugar.
El creciente uso de energías renovables aumenta el riesgo de caídas o picos impredecibles en la generación de energía. Una central eléctrica virtual reduce estos riesgos agregando varias unidades de producción pequeñas. Además de equilibrar la oferta y la demanda de energía sostenible (impredecible) en los barrios, mejora el rendimiento de las unidades de generación de energía, ya que permite a los hogares almacenar y/o comercializar la energía sobrante.
Principales beneficios
Reducción de los costes de explotación
Mejora la estabilidad de la red
Mejorar la eficiencia del suministro de energía
Reducción de la factura energética
Beneficios potenciales
Reducir el uso de fósiles
Mejora de la eficiencia en el uso de la energía
Aumento de la cuota de las energías renovables
Reducir las emisiones de GEI
Promover un comportamiento sostenible
Aumentar la eficiencia energética de los aparatos
Mejora de la recogida de datos
Funciones
Las funciones te ayudan a entender lo que los productos pueden hacer por ti y cuáles te ayudarán a conseguir tus objetivos.
Cada solución tiene al menos una función obligatoria, que es necesaria para lograr el propósito básico de la solución, y varias funciones adicionales, que son características que pueden añadirse para proporcionar beneficios adicionales.
Funciones obligatorias
Controlando generación de energía
Productos que controlan la generación local de energía mediante fuentes renovables
Gestión de distribución de energía
Productos que gestionan el consumo de energía en función del tiempo y de varios aparatos mediante una infraestructura TIC
Etiquetado comunicación bilateral en red
Productos que permiten la comunicación entre la central eléctrica virtual y la red para recibir y vender energía
Funciones potenciales
Almacenamiento energía
Productos que ahorran energía, como las baterías domésticas, para permitir que el sistema desplace la generación y el consumo de energía o la venta en función del tiempo
Predecir consumo de energía
Productos que ofrecen predicciones futuras sobre el consumo de energía, por ejemplo, debido al impacto estacional o personal
Predecir generación de energía
Productos que ofrecen predicciones futuras sobre la generación local de energía renovable, por ejemplo debido a las condiciones meteorológicas
Informar a al usuario sobre posibles mejoras en su consumo de energía
Productos que informan a los habitantes sobre su consumo actual de energía y la fuente de la energía consumida, así como sobre las posibilidades de mejorar económicamente su consumo o de reducir su impacto medioambiental.
Permitir aportaciones de los usuarios sobre la futura demanda de energía
Productos que permiten a los habitantes ajustar la predicción sobre su consumo futuro de energía
Predecir precios de la energía
Productos que dan previsiones sobre la evolución de los precios de la energía, por ejemplo en función de los consumos diurnos o estacionales
Productos que ofrecen estas funciones
Centrales eléctricas virtuales
La creación de una central eléctrica virtual facilitará la optimización de la estabilidad de la red y la maximización de las ganancias del comercio de energía.
Una variante es generalmente algo que es ligeramente diferente de otras cosas similares. En el contexto de las Soluciones, las variantes son diferentes opciones o posiblemente subcampos/ramas mediante los cuales puede aplicarse la Solución, por ejemplo, diferentes opciones tecnológicas.
Las VPP funcionan con distintos modelos, técnicas y algoritmos de optimización con dos objetivos principales: (1) optimizar la capacidad y el flujo de potencia de las unidades DER agregadas dentro del sistema de distribución, y (2) maximizar el valor de la cartera DER a partir de la participación en los mercados energéticos. El enfoque de las estrategias de optimización específicas determina la configuración del sistema, los parámetros y los esquemas de control. Así pues, las VPP se clasifican en dos tipos principales: VPP técnica (TVPP) y VPP comercial (CVPP). Es posible que uno o varios DER formen parte simultáneamente de una CVPP y una TVPP.
Fuente (FENIX, 2006)
Descripción
Los TVPP se centran en el funcionamiento y la gestión óptimos de varios DER (pero también de sistemas de almacenamiento de energía) que están conectados a las redes locales desde la misma ubicación geográfica. Los TVPP determinan los valores de distintos parámetros técnicos y datos en tiempo real para influir en la red local y satisfacer la demanda de carga en el mercado eléctrico, teniendo en cuenta los costes marginales y las características de funcionamiento de la cartera.
La TVPP presta servicios de gestión del sistema a nivel de distribución, así como servicios auxiliares y de equilibrio a nivel de transmisión.
Esto permite que las unidades pequeñas presten servicios auxiliares y reduce los riesgos de indisponibilidad al diversificar las carteras y la capacidad, en comparación con las unidades DER autónomas.
Los TVPP necesitan recopilar distinta información de los CVPP conectados, como la capacidad máxima de cada DER del sistema de almacenamiento, los valores previstos de las necesidades futuras, las ubicaciones geográficas, las estrategias de control disponibles, etc. Con esta información, la TVPP garantiza una forma segura de ejecutar el funcionamiento óptimo de la CVPP.
Casos de Uso
Energía
TIC
Central eléctrica virtual en Mülheim
"La solución consiste en una central eléctrica virtual que conecta la producción fotovoltaica local, las bombas de calor y las baterías. También se integra en el sistema una estación de carga para vehículos eléctricos, que reduce la demanda de energía externa aumentando la autosuficiencia energética de los edificios.
Controlador Central de Energía de la Ciudad Inteligente
Una plataforma de gestión energética de Central Eléctrica Virtual, que proporciona a los agentes de la ciudad la capacidad de gestionar activamente los Recursos Energéticos Distribuidos (generación, almacenamiento y carga) desde una única plataforma.
El CVPP hace hincapié principalmente en los aspectos financieros del mercado de la electricidad para maximizar los beneficios con unos costes mínimos del sistema. La CVPP integra diferentes DER teniendo en cuenta los costes marginales precisos y la evaluación racional de las condiciones del mercado energético, sin tener en cuenta el impacto de la red de distribución local. Las CVPP realizan una agregación comercial y no tienen en cuenta ningún aspecto de funcionamiento que las redes de distribución activas tienen que considerar para un funcionamiento estable: Por lo tanto, numerosos DER de distintas ubicaciones pueden integrarse mediante CVPP y ser mantenidos por el operador sentado en cualquier otra ubicación geográfica. Una misma región de red de distribución puede tener más de una CVPP que agregue unidades DER en su región.
Los servicios y funciones de la CVPP incluyen la negociación en el mercado mayorista de la energía, el equilibrio de las carteras de negociación y la prestación de otros servicios auxiliares al operador de la red de transporte.
La CVPP determina la demanda de carga actual del mercado eléctrico y la información previa para utilizar los DER en el mercado energético. Reduce el desequilibrio y los riesgos del sistema e introduce una gran eficacia con un coste mínimo.
Modelo de valor
Evaluación coste-beneficio de la Solución.
Contexto de la ciudad
¿A qué factores de apoyo y características de una ciudad se adapta esta Solución? ¿Qué factores facilitarían la implantación?
Los gobiernos locales pueden desempeñar un papel clave a la hora de apoyar el desarrollo de las VPP y permitir el acceso al mercado de los agregadores y otros agentes del mercado. Puede ser una tarea compleja que requiera cambios institucionales y actualizaciones normativas. No obstante, los operadores de VPP responden a las señales del mercado, y la política local puede crear claridad, comunicar los niveles de prioridad y reducir las barreras de entrada. Además, los gobiernos locales pueden implicar a las partes interesadas y a los ciudadanos en torno a las necesidades y oportunidades, e incluso convertirse ellos mismos en operadores de VPP en iniciativas específicas dirigidas por los municipios, por ejemplo, las Empresas de Servicios Energéticos (EsCos) de propiedad municipal en el Reino Unido. Algunos factores clave para permitir el despliegue pueden resumirse en dos temas (IRENA, 2019)
Marco regulador, que debe permitir a los agregadores participar en el mercado mayorista y también en el mercado de servicios auxiliares. Un mercado mayorista liberalizado sin límites de precios (especialmente con mercados al contado) es esencial para que los agregadores surjan y se establezcan. Los principales incentivos para la creación de un agregador proceden bien de la diferencia entre los precios de punta y fuera de punta en los mercados mayoristas, bien de las señales de los GRT para suministrar reserva de control u otros servicios auxiliares.
Infraestructura tecnológica habilitadora, que debería permitir la comunicación bidireccional en tiempo real y la transferencia de datos entre los operadores de VPP y los DER conectados. Las autoridades locales podrían promover y apoyar el desarrollo de proyectos de infraestructura de red inteligente, en particular el amplio despliegue de infraestructura de medición avanzada, que comprende contadores inteligentes, infraestructura de comunicación de banda ancha, control remoto de la red y sistemas de automatización (digitalización de la red). Esto ayudará a mejorar la eficiencia de la red, ya que los datos recogidos pueden utilizarse para predecir mejor la demanda. A su vez, esto permitiría la aplicación de herramientas y técnicas de previsión avanzadas, necesarias para predecir la generación de energía a partir de renovables, así como las cargas en el sistema eléctrico.
Factores de apoyo
Desplegar infraestructuras TIC habilitadoras, como activos DER de carga y suministro controlables; contadores inteligentes, pasarelas domésticas y electrodomésticos inteligentes para la gestión de la energía; algoritmos avanzados de gestión y previsión de la energía; y comunicación bidireccional en tiempo real entre el agregador y los activos de la red.
Fomentar la normalización y los protocolos de comunicación interoperables comunes para la coordinación entre los operadores del sistema, los operadores de la red y los prosumidores.
Introducir normativas que permitan a los DER prestar servicios a la red principal, así como a los agregadores participar en los mercados mayoristas de electricidad y de servicios auxiliares.
Garantizar señales de precios claras para guiar el funcionamiento de los agregadores.
Introducir normativas que obliguen a implantar contadores inteligentes e infraestructuras de red inteligentes.
Crear mercados locales a nivel de distribución para que los DSO contraten servicios que eviten la congestión de la red y garanticen su estabilidad.
Establecer normas para la recopilación, gestión e intercambio de datos entre los agentes del mercado para garantizar la privacidad de los consumidores.
Introducir normativas que establezcan funciones y responsabilidades claras para las partes del mercado, así como definir metodologías estandarizadas, por ejemplo, para calcular precios dinámicos.
Fomentar mercados minoristas liberalizados que funcionen correctamente y faciliten la entrada en el mercado a nuevos agentes, así como productos y modelos de precios innovadores, adaptados a las distintas necesidades de los clientes.
Iniciativas gubernamentales
¿Qué esfuerzos y políticas están llevando a cabo las administraciones públicas locales/nacionales para contribuir a fomentar y apoyar esta Solución?
En los países europeos, la implantación de sistemas energéticos locales está respaldada por numerosas iniciativas y políticas a escala europea o nacional, donde muchos proyectos de investigación y desarrollo, que se benefician de financiación nacional o europea, se centran en las redes inteligentes, la eficiencia energética, la integración de recursos renovables distribuidos, la gestión inteligente de las redes y mucho más.
En el contexto de las políticas de la UE, los impulsores políticos de estos proyectos incluyen el aumento de la congestión de la red y de la demanda energética, el cambio climático, el agotamiento de los combustibles fósiles, el envejecimiento de la infraestructura de la red eléctrica y el mercado interior europeo de la energía; todos estos factores que impulsan la implantación de sistemas energéticos locales se han inspirado en el último paquete de medidas de la UE sobre clima y energía "Energía limpia para todos los europeos", y ahora en el nuevo Acuerdo Verde Europeo.
Una iniciativa digna de mención es la creación del Grupo de Trabajo sobre Redes Inteligentes (SGTF) como parte del tercer paquete energético de la UE en 2009 para asesorar sobre políticas y normativas relativas a la implantación de redes inteligentes. Por ejemplo, en el marco del desarrollo de una norma común para las redes inteligentes europeas, la CE ha emitido varios mandatos a las Organizaciones Europeas de Normalización (OEN) con el fin de establecer normas para la interoperabilidad de los contadores inteligentes de los servicios públicos, normas de carga de vehículos eléctricos y altos niveles de servicios y operaciones de redes inteligentes.
Actualmente, la UE está ordenando a los países miembros que actualicen sus normativas sobre el mercado eléctrico y las energías renovables para permitir que las comunidades actúen como agregadores de generación renovable, cargas flexibles y servicios de almacenamiento a la red general, allanando el camino hacia las microrredes comunitarias.
Mapeo de las partes interesadas
¿Qué partes interesadas hay que tener en cuenta (y cómo) en relación con la planificación y aplicación de esta Solución?
Mapa de las partes interesadas (BABLE, 2021)
Potencial del mercado
¿Cuál es el mercado potencial de esta Solución? ¿Existen objetivos de la UE que apoyen la implantación? ¿Cómo ha evolucionado el mercado a lo largo del tiempo y más recientemente?
El mercado de las VPP está siendo impulsado por el creciente cambio hacia la generación distribuida y la dinámica descentralizada del mercado dentro del sector energético. Esto se debe al creciente interés por la descarbonización, la electrificación y la digitalización, donde los rápidos avances en las tecnologías digitales, así como en los sistemas de generación y almacenamiento de energía, ofrecen soluciones inteligentes a la creciente demanda mundial de electricidad (Navigant Research, 2020).
Como resultado, el tamaño del mercado mundial de VPP se valoró en 0.870 millones de USD en 2019 y se prevé que alcance los 2.850 millones de USD en 2027, con una CAGR del 27,2% (Fortune Business Insights, 2020). Sin embargo, se prevé que la disminución de las inversiones en proyectos energéticos a raíz de la pandemia de COVID-19 frene el crecimiento del mercado. Por ejemplo, los países de Europa están experimentando un descenso significativo de la inversión en infraestructura informática (IDC, 2020), que es esencial para el amplio despliegue de las aplicaciones VPP. Los gobiernos de todo el mundo están sometidos a tensiones presupuestarias que les han obligado a reconsiderar la transición a las energías renovables y a retrasar las reformas del sector eléctrico.
Capacidad de VPP por regiones (Guidehouse Insights, 2020)
Europa se considera la cuna de las centrales eléctricas virtuales, cuya demanda se ha visto impulsada por un gran impulso a las inversiones en energías renovables y sistemas de almacenamiento de energía. Por tanto, las VPP europeas se han centrado más en la agregación de DER del lado de la oferta y en la integración de energías renovables, que en las aplicaciones de respuesta a la demanda, que otras regiones como Norteamérica han incorporado a sus VPP. En Europa, las plataformas VPP están evolucionando hacia capacidades más sofisticadas para maximizar el valor de la flexibilidad de la red y permitir el comercio inteligente de energía a través de las fronteras. Aun así, se está produciendo un cambio hacia activos más mixtos, en los que las VPP incluyen más recursos del lado de la demanda, así como almacenamiento de energía y vehículos eléctricos (Guidehouse Insights, 2019).
Modelos operativos
¿Qué modelos empresariales y operativos existen para esta Solución? ¿Cómo están estructurados y financiados?
En términos generales, los operadores de VPP -también conocidos como agregadores- intentan gestionar su cartera de unidades DER de forma óptima y generar los máximos ingresos para sus participantes pujando en el mercado de comercio de energía o prestando servicios auxiliares a los operadores de red. La configuración de una VPP y sus requisitos técnicos dependen del tipo de participación en el mercado, de los clientes objetivo (por ejemplo, pequeños productores o centros industriales) y de los tipos de DER que componen la cartera de la VPP (ABB, 2017).
Como tales, los modelos empresariales y operativos pueden clasificarse a grandes rasgos en tres "papeles funcionales" principales en el mercado: (1) Previsión, comercio y restricción de las energías renovables, (2) Agregación de la flexibilidad de la red a partir de las energías renovables, y (3) Agregador de la respuesta a la demanda. Sin embargo, los límites entre estos modelos son fluidos y dependen en gran medida de la estructura y la regulación del mercado energético en el que opera el agregador (Next Kraftwerke, 2020).
La creación de esta solución ha sido apoyada por la financiación de la UE
Casos de Uso
Explora ejemplos reales de aplicación de esta Solución.
Energía
TIC
Central eléctrica virtual en Mülheim
"La solución consiste en una central eléctrica virtual que conecta la producción fotovoltaica local, las bombas de calor y las baterías. También se integra en el sistema una estación de carga para vehículos eléctricos, que reduce la demanda de energía externa aumentando la autosuficiencia energética de los edificios.
Greencity es el primer distrito urbano de Suiza que cumple las condiciones de la sociedad de los 2000 vatios y representa una zona en gran medida independiente de la red, que depende al 100% del suministro de fuentes de energía renovables generadas localmente y de un concepto de movilidad innovador y respetuoso con el medio ambiente.
Los ciudadanos participan en la definición de las necesidades reales y las soluciones más adecuadas para la comunidad energética. También participan en el diseño de la comunidad energética como entidad (forma jurídica, estructura, organización, normas de funcionamiento y gobernanza), y en la gestión de las decisiones.
Conectar ascensores y escaleras mecánicas a la energía inteligente de los edificios
Los ascensores y las escaleras mecánicas se comunican con el sistema inteligente de gestión de la energía del edificio para limitar los picos de potencia visibles para la red eléctrica externa.
La central eléctrica virtual integra miles de sistemas y dispositivos heterogéneos mediante la tecnología IoT, optimiza los flujos de energía con modernos métodos de IA y dinamiza el equilibrio de la oferta y la demanda activando a los ciudadanos en función de los incentivos.
Aproximadamente una cuarta parte del precio de la energía se debe al transporte de la misma. La implantación de un sistema energético local puede desplazar la producción de energía de un sistema centralizado a un sistema descentralizado.
Internet de las Cosas (IoT) Mejorado / Interoperable
El Internet de las Cosas (IoT) es un avance tecnológico en constante y rápida evolución que pretende aumentar la conectividad de nuestras actividades cotidianas. La IoT permite tomar decisiones más eficaces e informadas mediante un mejor análisis de los datos y una mayor interconexión.
El Sistema de Autobuses Eléctricos es un sistema de transporte público que funciona únicamente con autobuses eléctricos. Los autobuses eléctricos ofrecen ventajas medioambientales al producir cero emisiones locales. Además, su mayor vida útil y sus reducidos gastos operativos los hacen ventajosos desde el punto de vista económico.
Sistema público de recarga para vehículos eléctricos
La normativa actual de la UE sobre emisiones de los coches es la más estricta del mundo. Junto con otras restricciones, los umbrales ya no pueden cumplirse sólo con los coches convencionales. Una tecnología alternativa, que reduce las emisiones locales, son los vehículos eléctricos.
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