TRABAJO FIN DE GRADO EN INGENIERÍA DE LA ENERGÍA

Curso Académico:

TRABAJO FIN DE GRADO EN INGENIERÍA DE LA ENERGÍA

DISEÑO DE ESTRATEGIAS DE OPTIMIZA-CIÓN PARA CONVERTIR UNA RED ELÉC-TRICA CONVENCIONAL EN UNA SMART G

RID: APLICACIÓN A LA REE

AUTOR:

TUTOR:

ALBERTO PONCE VALERA

CARLOS VARGAS SALGADO

2017-18

Índice1. INTRODUCCIÓN...................................................................................................................4

1.1. OBJETIVOS...................................................................................................................41.2. EXPOSICIÓNDECONCEPTOSPREVIOS........................................................................4

2. ESTADODELAREDELÉCTRICADEESPAÑA.........................................................................62.1. INFRAESTRUCTURATÉCNICA......................................................................................62.2. SISTEMADECOMUNICACIONES...............................................................................112.3. CONTADORINTELIGENTE..........................................................................................122.4. PLANIFICACIÓNDELADEMANDAENERGÉTICA........................................................14

3. ESTRATEGIASDEOPTIMIZACIÓNDELAREDYAPLICACIÓNALAREE...............................163.1. OBJETIVOSAPERSEGUIR..........................................................................................163.2. METODOLOGÍAGENERALIZADADETRANSICIÓN.....................................................163.3. PANORAMAINTERNACIONAL...................................................................................183.4. PROYECTOSPILOTO..................................................................................................21

3.4.1. QUEBECYONTARIO.........................................................................................213.4.2. OTROS..............................................................................................................25

3.5. ÁREASDEMEJORA....................................................................................................253.5.1. INFRAESTRUCTURA..........................................................................................253.5.2. AUTOMATIZACIÓNYCONTROL........................................................................273.5.3. FLUJODECARGA..............................................................................................293.5.4. SEGURIDADYFIABILIDAD.................................................................................323.5.5. ALMACENAMIENTODEENERGÍA.....................................................................443.5.6. GESTIÓNDELADEMANDA...............................................................................543.5.7. IMPLANTACIÓNDELVEHÍCULOELÉCTRICO.....................................................57

4. CONCLUSIONESYRESULTADOS.........................................................................................615. BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................63

DISEÑODEESTRATEGIASDEOPTIMIZACIÓNPARACONVERTIRUNAREDELÉCTRICACONVENCIONALENUNASMARTGRID:APLICACIÓNALAREE

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RESUMENEn el siguiente texto se pretende diseñar una estrategia de optimización para dotar deinteligenciaaunaredeléctricaconvencional.Paraellosehaanalizadoelestadodelartedelastecnologías que envuelven este concepto realizando una revisión bibliográfica de artículosespecializadospublicadosenrevistasdealtoimpacto,informesgubernamentalesdedistintospaísesypáginaswebdesitiosoficiales,entreotros.Después,mediantelacomparaciónentrelaRed Eléctrica de España y una red inteligente en pleno funcionamiento de todas suscaracterísticas, se han discernido los puntos fuertes y débiles del sistema eléctrico español,definiendo unas áreas de mejora determinadas. Así, se concluye que REE posee unainfraestructura de telecomunicaciones y demedición inteligente adecuada para soportar lacomunicación bidireccional entre los distintos agentes del sistema. No obstante, no se haimplantado la optimización de determinadas funcionalidades claves en una red inteligente,comolaautorreparacióndelaredolagestióndelademanda,yaúnexistencarenciascomolaciberseguridad,laimplantacióndelvehículoeléctricoolaconcienciacióndelasociedadalahoradeaprovecharlasventajasqueofreceestanuevaconcepcióndelsistemaeléctricomoderno.Palabras clave: red inteligente, REE, estrategia, optimización, comparación, sistemaeléctricomoderno,revisiónbibliográfica.

ABSTRACTIn this TFG, an optimization strategy is carried out to provide intelligence to a conventionalelectricity network. To this end, the state of the art of the technologies that surround thisconcept has been analyzed by carrying out a bibliographic review of specialized articlespublishedinhighimpactjournals,governmentreportsfromdifferentcountriesandwebpagesofofficialsites,amongothers.Then,bycomparingtheElectricityNetworkofSpainandafullyfunctioning intelligentnetworkofall its characteristics, thestrengthsandweaknessesof theSpanishelectricitysystemhavebeendiscerned,definingcertainareasforimprovement.Thus,it is concluded that REE has an adequate telecommunications and intelligentmeasurementinfrastructure to support bidirectional communication between the different agents of thesystem.However,theoptimizationofcertainkeyfunctionalitiesinanintelligentnetworkhasnotbeenimplemented,suchasself-repairofthenetworkordemandresponse,andtherearestillshortcomingssuchascybersecurity,implementationoftheelectricvehicleorawarenessofsocietyattimeoftakingadvantageofthebenefitsofferedbythisnewconceptionofthemodernelectricalsystem.Key words: smart grid, REE, strategy, optimization, comparison, modern electrical system,bibliographicreview.


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1. INTRODUCCIÓN

Esunmomentodecisivopara lahistoriade lahumanidad.Nuestranecesidadtecnológicacomoespeciellevaañosperjudicandolasostenibilidaddenuestroplanetaysubiosfera.El uso de la tecnología como forma de suplir nuestras necesidades lleva asociado unconsumoenergético,quepuedeproducirsemediante fuentes renovablesocombustiblesfósiles,loscualesllevamosutilizandodesdelaRevoluciónIndustrial.Actualmente, las tecnologías de generación de energía pormedios renovables están enpleno desarrollo y, por lo tanto, hay que mejorar las anteriores infraestructuras paraaprovecharnuestrosrecursosalmáximo,ycontribuiracrearunfuturosostenibleylimpio.Unadelasestructurastecnológicasmásimportantesadíadehoyeslaredeléctrica,lacualsuministraenergíaenviadadesde lascentralesa losdistintossectoresde lasociedad.Noobstante,conlosavancesactuales,esposibleintroducirmejorasenlaredconvariosfines,peroconunoencomún:Aumentarlaeficienciaparaoptimizarlosrecursosdisponibles.Delanteriorestamentosurgeelconceptoderedeléctricainteligente,unatecnologíaqueintroduce mejoras en la red convencional. Para ello es necesario seguir una serie deestrategiasconelfindeoptimizarlaestructurayaexistenteydotarlaconuncaráctermásmoderno.

1.1. OBJETIVOS

El objetivo general, que cubre el diseño de estrategias de optimización de una redconvencional,secentraráenladefinicióndelasituaciónactualdelaredeléctricaespañola,para pasar posteriormente a definir las mayores barreras que impiden proporcionarinteligenciaalared,aniveltecnológico,económicoysocial,yconsiderardiversasmejorasparaacercarselomáximoposiblealconceptoderedinteligente.Parallevaracaboestetrabajo,seharealizadounanálisisdelestadodelartedelatecnologíaimplicadaenlacomposicióndeunaredinteligente.Sehabuscadoinformaciónenartículoscientíficosenrevistasespecializadasdealtoimpactodesde2015haciadelante;además,sehanrevisadoalgunosinformesysehanconsultadonumerosossitiosweb.

1.2. EXPOSICIÓNDECONCEPTOSPREVIOSCon el fin de sentar las bases de lo que se va a estudiar en el siguiente texto debenintroducirse una serie de conceptos, los cuales son fundamentales para entender loexpuestoposteriormente.En primer lugar, debe entenderse el concepto de red eléctrica convencional como unainterconexión entre proveedores y consumidores, con el propósito de suministrarelectricidaddelosprimerosalosúltimos.Constadetrescomponentesprincipales:


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Ilustración1.Flujodeenergíaenunaredeléctricaconvencional

La generación se produce en las plantas generadoras, utilizando combustibles fósiles(carbón,gas…)ofuentesrenovables(solarfotovoltaica,eólica,hidráulica…),eltransporteserealizaa travésde líneas,quevande lasplantasa loscentrosdetransformación,y ladistribución se realiza aguas debajo de éstos, entregando finalmente la energía alconsumidorfinal.Esimportantedestacarelcarácterunidireccionaldeestetipodered,yaqueenestetipoderedlaenergíanofluyeensentidocontrario,esdecir,delconsumidoralared,yesteesunodelospuntosquecambiaenelconceptomodernoderedeléctricainteligente.El concepto de Smart Grid o red eléctrica inteligente recoge diversas definiciones denumerososorganismos;(1)defineunaredinteligentecomo“aquellaquepuedeintegrardeformaeficienteelcomportamientoylasaccionesdetodoslosusuariosconectadosaella,detalformaqueseasegureunsistemaenergéticosostenibleyeficiente,conbajaspérdidasyaltosnivelesdecalidadyseguridaddesuministro.”Desdeotropuntodevista,elDepartamentodeEnergíadelosEE.UU.afirmaqueunaSmartGridesaquellaquecumpleconestas7características:

• Participaciónactivadelosconsumidores• Manejartodaslasposibilidadesdegeneraciónyalmacenamiento• Manejarnuevosproductos,serviciosymodelosdemercado• Calidadenelsuministro• Operareficientementeyoptimizarlosactivosdisponibles• Autocorregirsobrelamarchacualquierfallodelsistema• Funcionarconenterezaenlosdesastres,tantonaturalescomohechosporelhombre

Alanalizarlasdosdefiniciones,quedanpatentesunaseriedeenunciadoscomunesaambas:• Integracióndelasaccionesdetodoslosagentesdelared• Garantíadecalidadyseguridaddelsuministro• Sistemaenergéticosostenibleyeficiente• Altoniveldeautomatizaciónyoptimización

Esta serie de afirmaciones definen lo que debería ser una red eléctrica inteligentetotalmentedesarrolladadeunamaneralomásgeneralposible.Deestaforma,elesquemapresentadoenlaIlustración1pasaríaaserelsiguiente:

Generación Transporte Distribución


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Ilustración2.FlujodetransmisióndelaenergíaenunaSmartGrid

Comovemos,seañadeunanuevavariable,elalmacenamiento,que,adíadehoy,sepuederealizarmediantediversastecnologías,delascualessehablaráenpuntosposteriores.

Elhechodequeelconsumidorpuedaenviarenergíaalaredimplicalaexistenciadeunflujobidireccional de energía y de información, dos de los aspectos más importantes ytransgresoresrespectoalfuncionamientodeunaredeléctricaconvencional;noobstante,estoconllevaunaseriedeproblemas,queserántratadosmásadelante.

2. ESTADODELAREDELÉCTRICADEESPAÑA

Acontinuación,sedefineelestadodelaredeléctricadeEspañaenlaactualidad.

2.1. INFRAESTRUCTURATÉCNICAA día de hoy, Red Eléctrica es responsable del desarrollo y ampliación de la red, de sumantenimiento,degestionarlatransmisióndeenergíaeléctricaentreagentesexterioresylapenínsulaydegarantizarelaccesodetercerosalareddetransporteencondicionesdeigualdad.Lareddetransporteestácompuestapordiversasinfraestructuras,delascualesserecogesuevolucióndesde2013hasta2017enlasgráficas1,2y3(Todoslosdatossonacumuladosa fechadel 31dediciembrede2017, y extraídosde (1); las gráficas sondeelaboraciónpropia).

Generacióndistribuida

Transporte

AlmacenamientoDistribución

Usuarios


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Gráfica1.ReddetransportepeninsularynopeninsulardeRedEléctrica

Gráfica2.PosicionesdesubestacionespeninsularesynopeninsularesdeRedEléctrica

0

5000

10000

15000

20000

25000

400KV 220KV 150-132-110KV <110KV

KMsdeCIRCUITO

2013 2014 2015 2016 2017

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

400KV 220KV 150-132-110KV <110KV

POSICIONESDESUBESTACIONES

2013 2014 2015 2016 2017


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Gráfica3.CapacidaddetransformaciónpeninsularynopeninsulardeRedEléctrica

Conel findeextraerunasconclusionesmásclaras,sepresenta lagráfica4,en laquesemuestraelaumentoporcentualdecadatipodeinfraestructuraenestos5años:

Gráfica4.CrecimientoporcentualporinfraestructuradeRedEléctricadel2013al2017

(Elaboraciónpropia)

Alobservarlagráfica4,sepuedeverqueloquemenoshaaumentadoeslalongituddelareddetransporte.Estopuededeberseaquelaslíneasquerecorrengrandeslongitudesyaestándesarrolladas,yúnicamentefaltanlíneasquerecorrandistanciascortas(distribución),locualexplicaríaelmayornúmerodesubestaciones.

7800079000800008100082000830008400085000860008700088000

MVA

CAPACIDADDETRANSFORMACIÓN

2013 2014 2015 2016 2017

4,32

7,77

6,60

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

KMCIRCUITO SUBESTACIONES TRANSFORMACION

%Aumento


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Porotraparte,esdeesperarqueaumentelapotenciadetransformaciónsilademografíaespañolasigueunatendenciacreciente,conloquesepuedeafirmarqueesteaumentoestádentrodeunordenaceptable.Paraproporcionarunavisiónmásdetalladadeladistribucióndelaslíneaseléctricasenelpaís se presentan las siguientes ilustraciones, actualizadas a fecha de enero del 2018 yextraídasde(1),quemuestranlasredesdetransporteparaelsistemapeninsular,balearycanario.

Ilustración3.Mapadelareddetransportepeninsular


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Ilustración4.Mapadelareddetransportebalear

Ilustración5.Mapadelareddetransportecanaria

Como se puede apreciar a simple vista, el sistema peninsular se encuentra mucho másdesarrolladoque los sistemas isleños,aumentando la concentraciónde líneasen loscentrosneurálgicosdepoblación.


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2.2. SISTEMADECOMUNICACIONESLa forma de transmitir información es uno de los problemasmás importantes a la hora deimplementarcarácterinteligentealared,yaquelaseguridadpuedeversevulneradamedianteel ataque a las telecomunicaciones, y generar problemas con consecuencias de enormemagnitud.Unade lasposibilidadesesutilizar Internet,pero ladesventajadeeste sistema resideen suvulnerabilidad.Comoventaja,sepodríadecirqueesmuyprovechosoaniveleconómico.Otraalternativapodríaserutilizarunaredpropia,queotorgaunamayorseguridad,peroresultamáscara,debidoalusodeunainfraestructurapropia.El sistema de telecomunicaciones español es gestionado a través de la filial Red EléctricaInfraestructuras de Telecomunicación (REINTEL). Su objetivo consiste en operar la red detelecomunicacionesparamantenerunaltoniveldecalidadydisponibilidadde la red.Utilizafibraópticaoscuradealtacalidad,ycuentaconunalongitudde33.000kmcontandolareddetransporteeléctricoylaredferroviaria.Acontinuaciónsemuestraelmapadelared.(2)

Ilustración6.MapadelareddetelecomunicacionesdeREINTEL

(Extraídode(2))

Lasituaciónesanálogaalareddetransportedelsistemaeléctrico,perolaconcentracióndelaslíneasesmenor.


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Cabe tener en cuenta que esta red se limita al nivel de transporte, y no tiene en cuenta ladistribución,elnivelmásrelevantealahoradetransmitirinformaciónenunaredinteligente,debidoalagranimportanciadelageneracióndistribuida.Solapandoambosmapas,seobtienelosiguiente:

Ilustración7.Combinacióndelosmapasdelíneasdetransporteytelecomunicaciones

(Elaboraciónpropia)

Comosepuedever,laslíneasprincipalessíposeeninfraestructuradefibraópticaparaasegurarunamonitorizaciónadecuadadesuestadoentodomomento.Noobstante,nosehaencontradoinformación de la infraestructura de distribución, tanto de líneas eléctricas como detelecomunicaciones.

2.3. CONTADORINTELIGENTEUncontadorinteligenteesundispositivodemedidaqueregistralalecturarealdelosconsumosdeelectricidaddeformaremota.Sediferenciandeuncontadorconvencionalenlossiguientesaspectos:

• Realizanunalecturatelemáticadelosconsumos,dejandoatráslasestimaciones.• Otorgan la posibilidad de realizar cambios de condiciones contractuales mediante

telegestión,eliminandolaintervenciónfísicaenelcuartodecontadores.• Permiten una gestiónmás eficiente de la red, reduciendo incidencias y tiempos de

interrupciónencasodeavería.• Aunquenoestáregulado,podríanemplearsepararealizarunagestióninteligentedelas

cargasdelusuario.Segúnel“Informesobrelaefectivaintegracióndeloscontadorescontelemedidaytelegestión

deconsumidoreseléctricosconpotenciacontratadainferiora15kW(equiposdemedidatipo5)

afinalesdelprimersemestrede2016”emitidoporlaCNMCel23defebrerode2017,lacantidadtotaldeequiposdemedidadetipo5serecogeenlaTabla1.


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ContadoresTotales

ContadoresIntegrados

%Cont.Integrados

%CrecimientoImplantación

Ene16 28.092.113 14.994.147 53,37 1,9

Feb16 28.091.775 15.442.044 54,97 1,6

Mar16 28.101.412 15.897.501 56,57 1,6

Abr16 28.094.025 16.400.858 58,38 1,8

May16 28.104.566 16.986.802 60,44 2,1

Jun16 28.121.228 17.539.513 62,37 1,9Tabla1.Estadomensualdelnúmerodecontadoresinteligentesintegradosenelsistemade

telegestiónyporcentajedelcrecimientodeequiposintegrados

(Elaboraciónpropiaapartirde(3))

La Tabla 1 muestra como a mediados de 2016 el parque de contadores inteligentes paraconsumidores con potencia contratada igual o inferior a 15 kW se elevaba hasta el 62%. Elcrecimientoenelsemestreanalizadoequivaleal11%delparquetotaldecontadoresdeEspaña.Noobstante,estecrecimientosehadisparadoen losúltimosaños,enEspañaelnúmerodecontadoresinteligenteshaaumentadoconsiderablementehastallegaralascifrasactuales,quesepuedenverenlasiguienteimagen.

Ilustración8.MapadeconsumidoresdomésticosconcontadorinteligenteporComunidades

Autónomas(marzo2018)

(Extraídode(4))


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Como sepuede ver, existeuna gran implantación anivel residencial.Noobstante, no sehaencontradoinformaciónsobreelsectorindustrial,querealizaunconsumomuchomayor.

2.4. PLANIFICACIÓNDELADEMANDAENERGÉTICALa planificación de la demanda energética proviene de la necesidad de consumir la mismaenergía que se está generando simultáneamente, ya que los sistemas de almacenamientovigentespresentangrandeslimitacionesenlaactualidad.Encualquiercaso,esimprescindibleconocerlademandadeenergíaparaorganizardemaneraadecuadalosrecursosdisponibles.Parallevaracaboestaplanificación,esimportanteconocerlamaniobrabilidadqueofrecenlasdistintastecnologíasgeneradorasdeenergía.Paraello,sepresentalasiguientetabla,noconelobjetivodeentrarenprofundidadenlasparticularidadesqueprovocanestacaracterística,sinoparadarunaideaaproximadadelarealidad.

Tecnología Maniobrabilidad

BombeoRev. Alta

Térmica Alta

Hidroeléctrica Media/Alta

Solar Baja

Eólica BajaNuclear Muybaja

Tabla2.Maniobrabilidaddelasdistintastecnologíasdegeneracióndeenergía

Latecnologíanuclearnecesitadeunelevadonúmerodehorasdefuncionamientopararesultareconómicamente viable debido al elevado coste de su inversión inicial. Las tecnologíasrenovables (eólicaysolar)dependende laclimatología,portanto,nopuedenadaptarsea lademandarequeridaporlosconsumidores.Lahidroeléctricadisponedeunaelevadacapacidaddemaniobra,perodependedelacotadelembalse,yéstadelclimaaligualquelastecnologíassolares y eólicas. Por último, las centrales térmicas poseen una gran maniobrabilidad, yúnicamente dependen del combustible para generar energía, al igual que las de bombeodependendelaguaturbinadaanteriormente;esporestoporloqueseutilizanenlashoraspuntaparacubrirdemandasimprevistas.Como se puede ver, realizar unaplanificación energética adecuada, en la que se utilicendeformaóptimalosrecursosdisponiblesesunproblemamuycomplejo.Pararealizarlo,REEutilizamodelos matemáticos estadísticos proyectivos para simular la curva de demanda, basadosprincipalmenteenlosmodelosdesuavizadoexponencial.Además,ajustanestosmodeloscada4-5horasparaobtenerunapredicciónmásaproximadaalarealidad.En(5)podemosverentodomomentolaprevisiónrealizada,lademandaparalaqueserealizalaplanificaciónenesemomento,yafechaposterior,lademandareal.


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Gráfica5.Curvasdedemandadeldía6demayode2018

(Extraídode(5))

El error cometido al realizar la predicción es del orden de un 1-2% aproximadamente. Noobstante,cabemencionarqueestemodelofuncionaenunascondicionespreestablecidas,esdecir,enunentornoconstante.Si lascondicionesexternasvaríanbruscamente,estemétodocometeríaerroresmayores.No obstante, el hecho de que la demanda no esté controlada conlleva una serie deconsecuenciasnegativas;porejemplo,elpreciodelaenergíaaumentaenlashorasdemayordemanda,ydisminuyeenlashorasvalle,enlascualeshaymenosnecesidaddeconsumo.Paraveresto,sepuedeobservarlasiguientegráfica,obtenidade(6),enlacualsemuestraelpreciodelaenergíaenelmercadoSpot.


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Gráfica6.CasacióndelaofertaylademandadeenergíaeléctricaenelmercadoSPOT

(Extraídode(6))

3. ESTRATEGIASDEOPTIMIZACIÓNDELAREDYAPLICACIÓNALAREE

UnavezintroducidoelestadoinicialenelqueseencuentralaredeléctricadeEspaña,esposibleanalizarlospuntosfuertesylospuntosdébiles,yverenqueámbitosesnecesariofocalizarlaatención.

3.1. OBJETIVOSAPERSEGUIREnelpunto1.2.sehanvistolascaracterísticasdeloquepodríaserunaredeléctricainteligente“ideal”,enelfindesuevoluciónapartirdeunaredconvencional.Conseguirquelaredobjetocumpla con las características expuestas sería el objetivo que se busca. Para ello, se va aproponerunajerarquíaconelfindediscernirunordendeprioridadgeneralizadoyanalizarelestadoenelqueseencuentralaredquesepretendeestudiar.

3.2. METODOLOGÍAGENERALIZADADETRANSICIÓNParadefinir estametodología, se vaa realizar la suposicióndeque la redeléctrica inicial esaquellaquenodisponedeningúntipodeinteligencia,suinfraestructuranoposeeningúntipodecontrolmásalládelnecesarioparaquesufuncionamientoseacorrecto,consiguemantenerunsuministrodeenergíaeléctricadeformacontinuadaconunacalidadaceptableatodoslosconsumidores que se encuentren conectados a ella y realice las mediciones/estimacionesnecesariasparasostenerunsistemadefacturaciónbásico.


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Además,sugestiónderecursosydedemandaserálimitada,deformaquesíexistaunaeficienciamínimaparahacerposiblelaviabilidadtécnico-económicadeestaredficticia,al igualquesetendrá informaciónde losparámetrosnecesariosparamantenerciertaestabilidad,como lasfrecuenciasdelasondasdetensióneintensidadencadanodo,asícomoelflujodepotencia.Pararesumirestaseriedecualidadessepresentalasiguientetabla.

REDELÉCTRICACONVENCIONAL

SuministroEléctricoContinuado

FuncionamientoAceptable

FacturaciónBásica

SistemaIneficiente

ControlyAutomatizaciónMínimos

Tabla3.Resumendecaracterísticasdeunaredeléctricaconvencional

Pareceevidente,siseobserva laevoluciónde lossistemaseléctricosen laactualidad,queelprimer paso consiste en la implantación de sistemas demedición inteligente que recopileninformaciónsobrelosconsumosdelosusuariosypermitanrealizarlaboresdeformaremotasiemprequelainfraestructurafísicahayasidopreparadaparahacerposibleestasvariaciones.Es por ello que en lamayoría de países se han establecido objetivos para alcanzar un altoporcentaje de sustitución de los contadores convencionales por sistemas de medicióninteligenteyquepermitantelegestión.Una vez se hubieran implantado los sistemas de medición inteligente en todos los puntosnecesarios, seprocederíaa lamodificaciónde los sistemas técnicos yde comunicaciónparapermitirelflujobidireccionaldecarga,yaqueunaredeléctricainteligentedeberíaconsiderarla posibilidad de que los consumidores integren sistemas de generación para, por ejemplo,minimizarcostesensufacturacióneléctrica,entreotros.Porotraparte,parareducirpérdidasdebería potenciarse la generación distribuida, que mediante la integración de fuentesrenovablespermitaflexibilizarelsistemasegúnseaconveniente.Además,almismotiempodeberíanimplantarsesistemasdeautomatizaciónquepermitieranlatomadedecisiones,conelfindeelegirlamejoralternativaposibleencuantoalaoptimizaciónde los recursos disponibles en cada momento. Esto se puede realizar mediante diversosalgoritmosqueseexpondránposteriormente.Paralelamenteaesteprocesoderenovacióndesdeelpuntodevistatécnico,tambiéndeberánejecutarsedosprocesosmás:

• Laconstruccióndeunalegislaciónquefacilite,porunaparte,eldesarrollodelasociedadencuantoalacreacióndeunsistemaenergéticolomáseficienteposible,dentrodeunmargendesostenibilidadlomásrespetuosoposibleparaelmedioambiente.

• Laemisióndeinformaciónconelfindeconcienciaralasociedaddelasposibilidadesqueofreceestanuevaformadeentenderelsistemaeléctrico.Estodeberealizarsedeunamaneraprogresiva,paraqueelusuarioentiendasupapelcomoagenteactivoenelsectorenergético.


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Lacorrectaexplotaciónyaprovechamientodelaredeléctricainteligenteesunaresponsabilidaddecadaunodelosagentesdelaredeléctrica,ydeellodependeelavancequeseobtiene.Conla infraestructura adecuada se puede conseguir una red eléctrica inteligente; si a esto se leañadelegislaciónyconcienciación,seconvierteenunaherramientaverdaderamenteefectiva.

Agente Función

Generadores Adaptarsealademandadeformaeficiente

OperadorTécnico Gestionaradecuadamenteelsistema

ServiciosPúblicos Optimizarlosrecursosalmáximo

GranConsumidor Beneficiarsedetodaslasventajasdeunaredinteligente

PequeñoConsumidor “““Tabla4.ResponsabilidadesdecadaunodelosusuariosdelaSmartGrid

Resumiendo,lospasosaseguirpodríanresumirseenestaimagen:

Ilustración9.Esquemadelametodologíageneralparaconvertirunaredconvencionalen

inteligente

3.3. PANORAMAINTERNACIONALParaaportarunavisiónrealdeldesarrollodelasdistintasredeseléctricasentodoelmundo,seva autilizar lametodología anteriormenteexpuesta amodode referencia.Además, seharáhincapiéenaquellospaísesqueesténpromoviendoconmayorfuerzaeldesarrollodeestetipodetecnologías.Conlocual,primeroseexpondránlaspolíticasdeapoyoalasSmartGridsdeEuropa,EstadosUnidos,JapónyChina,cadaunadeellaspartiendodesdeunpuntodistintoytrazandodiferenteslíneasdeactuaciónparaabordarestedesarrollo.Así,según(7),EstadosUnidossecentraenlaseguridad,fiabilidadyeficienciaaniveloperacionalmediantelamejoradelaautomatización,mientrasqueEuropaintentaconciliardosenfoquesdel sistemaeléctricoentendidodesdeel puntode vistade las energías renovables; porunaparte,sistemascentralizadosyagranescala,yporotra,sistemasdescentralizadosyapequeña

RedConvencional

Medicióninteligente Automatización SmartGrid

Legislación

Concienciación


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escala. Esto podría entenderse como la conciliación de redes eléctricas inteligentes ymicrorredes.EnAsiaelenfoqueesdistinto.Japóntieneunporcentajedeautosuficienciaenergéticamuybajo,porloquesuobjetivoescrearunsistemaqueseacapazdeintegrarconeficacialasenergíasrenovables,yChinabuscalarenovacióndesussistemasdetransmisióndeenergíamediantetecnología puntera en el área de las comunicaciones mientras promueve una altaautomatizacióndesured,alaparqueaumentalaslongitudesdesuslíneasconlaintencióndesolventarsuproblema,queseremontaalatransmisióndeelectricidadendistanciaslargas.Paramostrarlaimplicacióndedichospaíses,semuestralasiguientetabla,enlaquesemuestranlasdistintasiniciativaspolíticasllevadasacaboporlosmismos:(7)

País Año PolíticadeApoyo Contenido

América

2007 EISA

FondosespecialesestatalesCoordinaciónanivelnacionalparaestandarizarlasSGs

2009 ARRA

DepartamentodeEnergíaotorga4500millonesde

dólaresMotivarlainversiónprivaday

lainvestigacióndeSGs

Europa

2009

3ªlegislaciónparamayorliberalizacióndelos

mercadoseléctricosydegas

Fomentarcompetenciaentreproveedoresyeleccióndel

consumidor

2010 CumbresdelConsejoEuropeo

Promoverlainvestigacióndeproyectosdelámbito

energético

2012 DirectivadeEficienciaEnergética2012/27/UE

Reducirelconsumodeenergíaprimariaenun20%

para2020

2014Regulación333/2014y

517/2014sobreemisionesdeCO2

Actualizarpolíticasyfortalecerlaspolíticasclimáticasexistentes

Japón

2009 Políticasparaabordarlacrisiseconómica

Promoverdesarrollodeenergíasolaryaplicaciones

deahorrodeenergía

2010

Informedelareddetransmisióny

distribucióndeenergíadepróximageneración

Estabilidaddelossistemasdeenergía,desarrollodebateríasygarantizaralimentacióndurante

accidentes

2010 Nuevoplanestratégicodeenergía

Seguridad,medioambienteyeficiencia;PromoverdesarrollodeSGs

2014 Cuartoplanbásicodeenergía

Garantía,seguridad,eficienciayreducciónde

emisiones


20

China

2010 LeydeEnergíaRenovableEstipularcomprasdeenergíarenovablecomoformade

protección

2012

12ºplanquinquenalrelacionadoconlos

principalesproyectosdeindustrializaciónde

cienciaytecnologíadeSG

PresentarlasideasyprincipiosdedesarrollodeSGs;Establecerobjetivosy

tareasclave

2013Subvenciónfinanciera

paraproyectodefotovoltaicadistribuida

Subsidiosparafotovoltaicadistribuidaenfuncióndelascondicionesdelosrecursos

Tabla5.PolíticasdeapoyoalasSmartGrids(Extraídode(7))

En esta tabla se resumen las ideas principales que encierran estas políticas. De cara a laactualidad,estospaísessehanfijadoobjetivos,lamayoríacentradosenlareduccióndeemisiónylaimplantacióndecontadoresinteligentes.Algunosdeestospaísesson:

• EstadosUnidos,quebuscareducirenun17% losnivelesdeemisionesde2005para2020(sinobligación).

• Corea del Sur, con un objetivo de reducción de emisiones del 30% para 2020, lainstalaciónde contadores inteligentes en lamitadde los hogarespara 2016 y en sutotalidadpara2020.Además,lacolaboracióndelaAsociaciónCoreanadelaSmartGridhacequeestepaíssealíderenesteámbito,ysuproyectopilotoenJejuesunamuestradeello.

• Europa,consuobjetivo20:20:20,reducirun20%lasemisiones,aumentarlageneracióndeenergíasrenovablesal20%ymejorarlaeficienciaenergéticaal20%parael2020.Además,laDirectivaEléctrica2009/752/ECinstaalosmiembrosdelaUEaimplementarmedicióninteligenteenel80%delosconsumidoresdomésticospara2020

• Australia,quebuscalaintegracióndeenergíasrenovablesenun20%desusistemapara2020.

• Canadá,queapuntaaunareduccióndel17%desusemisionesde2005para2020(sinobligación). Además, el gobierno canadiense apoya el desarrollo de las Smart Gridsmediantenumerosasentidades,yexistenproyectospilotoenQuebecyOntario,entreotrasprovincias.

• Japón,conunosobjetivosmuyambiciosos:aumentarsuautosuficienciaenergéticaenun70%ysuratiodefuentesenergéticasdeceroemisionesenun70%para2030.Porotra parte, Japón promueve las ciudades ecológicas, entre ellas Kansai, Yokohama yToyota, que integran generación fotovoltaica en los hogares, vehículos eléctricos ycentrosdegestióndelademanda.

• China,queintegraeldesarrollodelasredeseléctricasinteligentesensusprioridadesenel ámbito energético, las cuales incluyen eficiencia energética, la introducción deenergíasrenovablesensumixyreducirlapresenciadecarbónenelmismo.

Como se puede ver, la mayoría de países están sentando las bases para dotar su sistemaeléctricodeinteligenciaconelfindereduciremisionesyaumentarlaeficiencia;esporello,porloqueestánintroduciendoinfraestructurasdemediciónavanzada(AMI).Parailustrarmejorestasituación,seadjuntalasiguientegráfica:


21

Ilustración10.LíneasdeImplementacióndelosSmartMetersenmúltiplesjurisdicciones

(Extraídode(8))

Siendoelinicioyelfinaldelaflechael0yel100%delaintegracióndelossistemasdemedicióninteligente(Ontarioseseñalaenrojoporqueeselobjetodelestudioenestecaso)sepuedenverlosobjetivosmarcadosporlosdistintospaíses.

3.4. PROYECTOSPILOTONumerosos países han puesto en marcha proyectos piloto en ciudades que integran estasnuevasformasdeentenderelsistemaeléctrico.Enestepuntosehablarádelasmásrelevantes,debidoasuintegracióndealgunasdelascaracterísticasquedefinenlaredinteligente.

3.4.1. QUEBECYONTARIOEnQuebechasidodifícilalcanzarelimpulsodeunapolíticaquepromuevaeldesarrollodelasredes inteligentes. Por una parte, los grandes empresarios que podrían realizar inversionessignificativasno sepronunciana favorni en contra;porotraparte, laopiniónpública sehapronunciadodeformanegativa,debidoalapreocupaciónporelimpactoalasaludquepuedenprovocarloscontadoresinteligentesporsuemisióndeondaselectromagnéticas.Porlotanto,eldesarrollodelaredinteligenteenQuebecsehaenfocadocomounaformadeactualizarlaredymejorarsuseguridad,ademásdeintroducirlasherramientasnecesariasparaintegrarelcocheeléctricoenlared.(9)Segúnlaanteriorfuente,unodelosmotivosporloscualesnosepromueveeldesarrollodeestatecnologíaesqueQuebecposeeaproximadamenteun97%deenergíahidroeléctricaensumixenergético,comparableconNoruega,quepresentacifrassimilares.Estoprovocaquenohayaningunaurgenciaenuncambiodelsectoreléctrico.Porotraparte,enOntarioseobservaungranavanceencuantoalmarcolegislativoypolítico,impulsadodesdeladisolucióndelaempresamonopolistaOntarioHydroen1990.Estaregión


22

canadiense ha abrazado esta tecnología y las empresas públicas han realizado numerosasinversiones,enestatablaserecogenlasprincipales:

MicrogridDemonstration

DemostracióndeunamicrorredenVaughan,conenergíaeólicaysolar,trestiposde

tecnologíadealmacenamientodeenergía,unaestaciónfotovoltaica,recargaparacocheeléctricoyungeneradordegasnatural

GreenButton–ConnectMyData

Iniciativallevadaacabopornumerosasempresasdeserviciospúblicos,para

proporcionaralosclientesinformaciónsobresuusodelaenergía,medianteaplicaciones

móvilesyweb

FlywheelEnergyStorage

EsteProyectotieneelprimerdispositivovolantedealmacenamientodeenergía.Estesistemafuncionaacelerandounrotoraaltas

velocidadesy,medianteelprincipiodeconservacióndelaenergía,almacenandoenergíarotacionalparaproporcionar

regulaciónalareddeOntarioentiemporeal

HydroOne’sSmartZone

Elproyectotienecuatroobjetivos;laintegracióndelageneracióndistribuida,la

automatizacióndeladistribución,larestauracióndeinterrupcioneshabilitadapor

AMIylasupervisióndelsistemadedistribución.

Seestáevaluandosuimplementaciónenotrosterritoriosdesuservicio

OutageManagement

Muchasempresasdeserviciospúblicoshanadoptadosolucionesdeinterrupción.

Estassolucionesanalizandatosdemedidoresinteligentes,brindaninformaciónde

interrupcionesalosclientesatravésdemapasdeinterrupción,yverificanlarestauraciónde

energía.

AutomatedSwitching

EnlaciudaddeBurlingtonseencuentraunaredconcapacidaddeautorreparación(4500clientes).BurlingtonHydroyS&CCanadahaninstaladoconmutadoresautomatizadosen55ubicaciones.EstesistemadeconmutaciónautomatizadaaumentólafiabilidadylaresistenciadelaredenBurlington.AhoraBurlingtonpuederestaurarenminutoso

segundosinterrupcionesquetardaríanhorasenubicarse.

Tabla6.ProyectosendesarrollorelacionadosconlasSmartGridsenOntario

(Extraídode(8))


23

EstosproyectossehanaplicadoalareddeOntario,quepresentalasiguienteinfraestructura,ademásdeunaprevisiónrealizadaa5añosvista,mediantelacualsehanefectuadotodosloscálculos.

Característica 2015 2016 2017 2018 2019 2020Consumidoresresidenciales 4.619.340 4.683.395 4.746.955 4.812.291 4.878.385 4.943.386

Consumidorescomerciales 438.676 444.759 450.795 457.000 463.276 469.449

Consumidoresindustriales 58.114 58.920 59.719 60.541 61.373 62.190

Empresasdetransporte 3 3 3 3 3 3

Empresasdedistribución 73 73 73 73 73 73

Km.Dist. 198.817 199.757 200.689 201.648 202.618 203.572

Núm.generadores 11.017 11.069 11.121 11.174 11.228 11.281

Subest.dist. 2.130 2.140 2.150 2.161 2.171 2.181Margendereserva

(%) 18 18 19 20 20 20

Capacidadrenovable 7.442 8.330 8.697 9.338 10.162 10.699

Pronósticodeenergía(TWh) 145 147 147 149 152 155

Pronósticodepico(TWh) 24.275 24.579 24.665 25.024 25.511 25.805

Tabla7.CaracterísticasdelareddeOntarioyprevisionesenlospróximos5años

(Extraídode(8))

En los datos expuestos en la tabla se aprecian aumentos demográficos en el número deconsumidoresyenlademanda,aligualqueenlainfraestructuradelared.Sinembargo,enelintentodemodernizarlareddeOntariosehanpresentadodiversostiposdebarreras,endiferentesámbitos.Aquíseexponenlasprincipales:

• Las barreras técnicas, aquellas que impiden que una empresa pueda diseñar unproyectoderedinteligenteeconómicamenterentable.Estosproblemasprovienendelacreacióndeunprotocolocomúndecomunicaciones,entreotrascuestionesquesedetallanacontinuación:

§ La inmadurez tecnológica propia de tecnologías subyacentes para un grannúmero de capacidades de las redes inteligentes, lo que conlleva mayorescostesyoperacióninestable,queimplicatasasdefallomásaltas.Estoproducequealasempresaslesresultemáscostosolanzariniciativasdemodernizaciónde la red, ya que el coste puede sobrepasar los beneficios o el éxitooperacional/financieropuedenoestargarantizado.Todoestonocasaconelalto porcentaje de fiabilidad y seguridad que debe conseguir el sistema


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eléctrico, por lo que la incertidumbre limita la posible expansión de estastecnologías.

§ Losprotocolosestándardecomunicacionesestánevolucionando.Estafaltadeinteroperabilidadconduceacostosadicionales,mayorestiemposdeejecuciónde proyectos, entre otros. A esto se añaden los riesgos que se producen alapostarporunasoluciónparticular,yaquepuedenlimitarseposiblessolucionesen el futuro. Por una parte, se está empezando a utilizar Ethernet oWi-Fi,incorporandoestosprotocolosalareddecomunicacionesexistente.Porotraparte, también se está utilizando DNP3 para admitir las comunicacionesbidireccionalesentreloscentrosdecontrolylasunidadesterminalesremotas.Esteprotocolodefineel nivelde seguridadpara la autenticaciónyel cifradoadecuadosdelosmensajes.Adíadehoy,laindustriatodavíanohallegadoaunconsensosobreprotocoloscomunesparalosequiposderedesinteligentes.

• Barrerascomerciales,queimpidenqueunaempresalleveacabounproyectoderedinteligenterentable.Generalmenteprovienendelaestructuraregulatoriaocomercialde la industria, la fragmentación de la propiedad en el sector de la distribución, laslimitaciones financieras de los accionistas o la empresa o la falta demano de obracualificada.Concretamente,estossonlosprincipalesproblemas:

§ Beneficios difusos y costes concentrados, concretamente en el sector de ladistribución.Losbeneficios,sinembargo,serepartenentregeneración,usuariofinal, entre otros que pueden repercutir en toda la sociedad, como unareducción de las emisiones. Esto puede producir que algunos sectores nomuestreninterésporestarenovación.Lapolíticaylaregulaciónpuedenayudarasolventaresteproblema.

§ El sector de la distribución en Ontario está atravesando un momento derenovación,yestásustituyendolosactivosinstaladoshace20,30,40eincluso50años.Losfondosparaestasinversionesprovienendeaccionistasmunicipalesy provinciales que eligen reinvertir sus ganancias.Noobstante, este sistemafinancierotieneunlímiteyenalgúnmomentoseránecesarialaintroduccióndenuevocapital.Esto,sumadoalhechodeque,conlaintegracióndelasenergíasrenovablesenel sistema,seestádandopasoanuevas formasdeoperación,hacequeseabraunaventanadeoportunidad.

§ LadistribuciónenOntarioseencuentrafragmentada,deformaqueexisten42empresas en el sector prestando servicios a menos de 25.000 clientes, 22empresas que atienden entre 25.000 y 100.000 clientes y 8 empresas queatiendenamásde100.000clientes.Estoconllevaproblemasdeescalaylimitael accesoy controlde los activosde la red requeridosparaeldesplieguedeciertas funciones de la red inteligente. Generalmente, no es viable para laspequeñasempresasrealizargrandesinversiones.

§ Elmarcoregulatorio,sibiennocreabarrerasexplícitasparaeldesarrollodelasredes inteligentes, impide el impulso de inversiones, concretamente en laevaluación de estas inversiones, y en los incentivos o penalizaciones por lacalidaddelservicio.Unacomprensiónmenordelanaturalezaymagnituddelosbeneficiosyriesgosdelasinversionesenredesinteligentes,sumadaalhechode que el marco normativo actual limita los incentivos, produce que lasempresasoptenporsolucionestradicionales.

• Barreras culturales, se relacionan con la respuesta colectiva a las tecnologías

transformadoras.Puedenllegaraafectaralasdecisionesdeunaempresaalahoradeexplorar soluciones innovadoras para la mejora de una red tradicional. Entre ellasencontramos la faltade conocimiento compartido,que retrasa losdespliegues al no


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ofrecer soluciones para problemas que puede que ya se hayan resuelto por otraempresa,oloscomportamientosreaciosaasumirriesgos,principalmenteeconómicos.

Apesardetodasestasbarreras,lasprevisioneseconómicas,asícomoelbalancedebeneficios-costesresultapositivoenunfuturonomuylejano:

Gráfica7.Balanceanualdebeneficiosycostesdelescenariopropuesto

(Extraídode(8))

3.4.2. OTROS

Otras ciudades sehan sumadoa la lista deproyectos pilotode redes inteligentes, como lassiguientes:

• Jeju,enCoreadelSur,dondeseproporcionaunmarcolegalparaproyectossostenibles

deredesinteligentes,sudesarrollo,puestaenmarchaycomercialización.• Kansai,YokohamayToyota,conintegracióndetecnologíafotovoltaicayderecargade

vehículoseléctricos,gestióndedemandaysistemasdemonitorizaciónatiemporealenloshogares.

Nosehaencontradoinformaciónmásdetalladadeestosproyectospiloto.

3.5. ÁREASDEMEJORAEnesteapartadosetrataránlosprincipalespuntosquediferencianunaredinteligentedeunaredconvencional,destacandolosmayoresavancesobtenidosenlaactualidadycomparandoloexpuestoconlatecnologíaexistenteenlaRedEléctricadeEspaña.

3.5.1. INFRAESTRUCTURALascaracterísticasdelaredinteligenterequierendeunanuevaarquitecturacapazdeintegrarnuevos tipos de control para asegurar el correcto funcionamiento y explotación del sistemaeléctrico.


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La arquitectura adicional de la red inteligente se diferencia de la red convencional en lossiguientespuntos:(10)Infraestructurademediciónavanzada(AMI)Estesistemaestáconstituidoporvarioscomponentesfísicosyvirtuales,conectadosmedianteredesdecomunicaciónadistintosnivelesjerárquicos.Normalmentesecomponede:

• Contadores inteligentes: Juegan un papel esencial en la comunicación bidireccionalentreelclienteyladistribuidora.Midenlosconsumosatiemporealypermitenpreciosdinámicosylaejecucióndecomandosdecontrolmediantetelegestión.

• Reddebandaancha:Eselsoportedelascomunicacionesbidireccionales.Puedeincluirdiferentes arquitecturas y medios, como redes móviles, comunicaciones mediantelíneasdepotenciaoredesbasadasenIPs.

• Sistemadegestióndelmedidordedatos(MDMS):ComponentecentraldelaAMI.Actúacomounabasededatoscapazdealmacenar,gestionaryanalizardatosdelosusuarios.PodríaequipararsealosconcentradoresdedatosutilizadosporREE.Éstoselaboranlasiguienteinformaciónapartirdelosdatosrecibidos:

o Mejorvalorhorariodeenergíaencadapuntofrontera/agregacióno Balancesdeenergíaporpuntosfronterao Balancesdeenergíaporunidadesdeprogramacióno Cálculodepérdidasdelasredesdetransporteydistribucióno Estimacióndemedidasenaquellospuntosen losquenosedispongade lecturas

realeso Estimacióndeagregacionescuandonosedispongademedidasdelasmismaso Detección de discrepancias de los equipos de medida con

comprobantes/redundanteso Deteccióndeerroresporotrosmétodosdeestimación

La red española posee esta infraestructura, sin tener en cuenta que la infraestructura demediciónavanzadanoestátotalmenteintegrada.InfraestructuradecomunicacionesEstaarquitecturaestácompuestaporconexionescableadaseinalámbricas.Loscomponentesquefuncionanconcableadoseclasificanen:

• Comunicacióndelíneasdepotencia• Fibraóptica

Lossistemasinalámbricosseclasificanen:

• Redesporsatélite(GPS)• Microondas• Comunicacióncelular(Similaraunteléfonomóvil)• Radioscognitivas• ComunicacionesIEEE802.15• Redesinalámbricasmalladas


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Lastecnologíasinalámbricasofrecenmásventajasquelosmedioscableados,comobajoscostesdeinstalaciónymantenimiento,omayorflexibilidadyrapidezdeimplementación.Además,lascomunicaciones inalámbricas proporcionan alta velocidad de transmisión de datos, ampliacoberturaygrananchodebanda.Noobstante,existendistintosretardosdetiempoalahoradeenviardatosdeunpuntodelaredaotro.Estosretardossedebenprincipalmentealossiguientesmotivos:

• Transmisióndepaquetesdedatos• Enrutamiento• Propagación• Envíoenserie

Debidoalrápidoprocesamientodedatos,estosretardosseminimizanengranmedida.RedEléctricadeEspañautilizaelSistemade InformacióndeMedidasEléctricas (SIMEL),querecibe a través de concentradores los datos horarios de energía de todos los contadoresinteligentesinstaladosenEspañaysituadosenlossiguientesnodosfrontera:

• Entreinstalacionesdegeneración• Conexionesinternacionales• Entreredesdedistribuciónytransporte• Entredistribuidores• Puntosdesuministro

Red Eléctrica de España utiliza canales de comunicación entre los concentradores y losregistradoresbasadosenRTC(relojentiemporeal),RDSI(reddigitaldeserviciosintegrados),GSM (sistema global para comunicaciones móviles) o cualquier tecnología que combine lasanterioresolassustituyadeformaefectiva.Con locual, seobservaque la redeléctricaespañolaposee la infraestructuraadecuadaparasoportarlasfuncionalidadesdelaredinteligente,aexcepcióndelainfraestructurademediciónavanzada,lacualseencuentraenfasedeimplantación,comoyasehaexplicadoanteriormente.

3.5.2. AUTOMATIZACIÓNYCONTROLEl control y la automatización es un punto fundamental de cualquier sistema eléctrico,indispensable para garantizar la estabilidad de la red. Se puede afirmar que un sistema depotencia es estable cuando todos los parámetros de control se encuentran en estadoestacionario.Además,sedefinelarobustezdelsistemacomolavariacióndelaestabilidaddelaredantefallosyperturbaciones.Actualmente,existendiversoselementosparamantenerelcontroldelsistemaeléctrico:

• Generadorsíncrono• Compensadorsíncrono(parapotenciareactiva)• Bateríasdecondensadores• Agentes independientes que pueden ofrecerse para entregar potencia según los

parámetrosindicadosporeloperadordelsistema


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Mediante estas herramientas, puede realizarse el control, que se divide en dos partesfundamentales:(11)

• Carga-frecuencia (PF): Relaciona las variaciones de frecuencia con las variaciones depotenciaactiva.

• Reactiva-tensión (QV): Relaciona las variaciones de los módulos de tensión con lasvariaciones de potencia reactiva. Esta relación presenta un carácter local, ya quedependedelastensionesenlosextremosdelaslíneas,ysedebilitaamedidaquelosnudosestánmásalejados.

Estasinteraccionespresentanunligeroacoplamiento.Noobstante,sustiemposdecontrolsonmuydiferentes.QVesmuyrápida(unossegundos),mientrasquePFrequierealgunosminutosdebidoalainerciadealgunoselementosdelsistema.Para controlar las tensiones y las frecuencias se utiliza una estructura jerarquizada ydesacoplada,realizandouncontrolindependienteparacadaunadelasinteracciones:

• 1ºnivel:Nivellocal.• 2ºnivel:Referidoaregionesdecontrol.Máslentoqueel1ºnivel.• 3ºnivel:Integratodoelsistema.Seoptimizaelsistemaconunrepartoóptimodelas

cargas.Enlasiguientetablasemuestranlostiemposdecontrolaproximadosquesemanejanparacadaunodelosniveles.

NiveldeControl PF QV1º 2-20s 1-2s2º 20s-2min 5-10s3º >10min.

Tabla8.Tiemposdecontrolparacadanivel(ExtraídodelosapuntesdeSistemaseléctricosytecnologíaeléctrica(11))

Acontinuaciónseprofundizaráenlostresnivelesdecontrolqueseempleanparamantenerlaestabilidad de las tensiones y las frecuencias, así como para asegurar un funcionamientocorrecto.ControlprimarioEncuantoalatensión,suobjetivoesmantenerunvalordeterminadoencadanudodelsistema.EstecontrolsedenominaAVR(AutomaticVoltageRegulator)yserealizadeformaautomáticaenelgeneradorsíncronoencuestióndesegundos,medianteunbuclecerrado.Para el control PF, la frecuencia debe mantenerse dentro de un rango aceptable, en casocontrario, los motores podrían funcionar a velocidades no nominales y los automatismospodrían perder su referencia temporal. Además, se asume que todos los nudos del sistemaposeenelmismovalordefrecuencia,porloqueelproblemaseconsideraglobal.Lafrecuenciaestárelacionadaconelequilibrioentregeneraciónydemanda.Portanto,debehaber un sistemade control que regule la potenciamecánica de entrada a los generadoressíncronos,paraquelafrecuenciapermanezcaestableantelasvariacionesdecarga.


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Porotraparte,sedebecumplirconloscompromisosdeintercambiodeenergíaentreáreasparaasegurar el funcionamiento del despacho económico, así como reservar determinadageneraciónparahacerfrenteaposiblesdesequilibrios.ControlsecundarioSe realiza de forma automáticamediante algoritmos, es robusto y estable, y su tiempo derespuesta es del orden de segundos. Únicamente opera cuando el control primario se haestabilizado.Sufuncionamientosebasaenelcontroldenudospiloto,querepresentanelfuncionamientodeáreasde control, que contienenunnúmero significativodenudos.A cadanudopiloto se leasignaunconjuntodegeneradores,encargadosdemantenerlatensióndeconsigna.Encadapaso de tiempo se resuelve un problema de programación cuadrática para determinar lasaccionesdelosgeneradoresdentrodeunáreadeterminada.Losnudospilotodebenestarmuybienelegidospararepresentaradecuadamenteelconjuntodelsistema.Elcontrolprimariopermiteequilibrar lageneracióny lademanda,perono lograresolver lossiguientesefectos:

• Lafrecuenciasedesvíadesuvalor• Sedesajustanlosflujosdepotenciaprogramadosentreáreas

PararesolverestoseutilizaelControlAutomáticodeGeneración(AGC),quereguladeformacentralizada devolviendo los valores de referencia de frecuencia y emite las consignas devariacióndegeneración.ControlterciarioParaqueelcontrolsecundarioseafactible,lageneracióndebedisponerdelaenergíadereservasuficiente para compensar las variaciones de demanda. El objetivo del control terciario esrestituirestareservaadaptandolaprogramacióndelosgeneradores.Actúaconunmargendetiempomásamplio,de15minutosaproximadamente.Este control es válido para la red convencional, pero para hacer efectivas el resto decaracterísticasdelaredinteligenteesnecesarialaimplementacióndedeterminadosalgoritmos,lamayoríaproblemasdeoptimización,conelobjetivodehallarlamejorsoluciónanteunsucesodeterminado,comoenelcasodelaautorreparacióndelared,entreotros,queseexpondránacontinuación.

3.5.3. FLUJODECARGAElestudiodelflujodecargaconsisteenobtenerlascondicionesdeoperacióndeunsistemadeenergíaeléctrico, concretamente las tensiones (móduloy fase)encadanodoyel flujode lapotenciaenlíneasytransformadores.Lasolucióndeesteproblemaescomplejayrequiereelusodeecuacionesnolineales,porloqueserecurrealanálisisnumérico,utilizandométodositerativoshastaconvergeralasoluciónfinal.Entreellosseencuentran:(11)


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• MétododeGauss-Seidel,paraproblemaslineales,útilparasistemaspequeños,peronoseutilizaparasistemasgrandesdebidoasulentaconvergencia,quepuedenollegaramaterializarsedependiendodelosvaloresiniciales.

• MétododeNewton-Raphson,paralaresolucióndeproblemasnolineales,conlamismarapidezdeconvergenciasindependerdeltamañodelsistema,eselmétodoqueseusaenlapráctica.

Medianteelusodeestasherramientasseobtienelaoptimizacióndelflujodecarga(OPF),queconfiguralasituaciónóptimaparaaprovecharalmáximolosrecursosdisponiblesenelsistemaeléctrico,ypuedeydeberealizarunaredeléctricainteligente.No obstante, existe una diferencia crucial entre el estudio del flujo de carga para una redconvencionalyunaredinteligente.Laredinteligenteotorgaalsistemalaposibilidaddequeelflujodepotenciaseabidireccional,debidoaladescentralizacióndelageneración.Estoañadecomplejidadalproblema,tantoanivelcomputacionalcomologístico.Paraabordaresteproblema,escomúnhablardefuncionesobjetivo,variablesquepuedenserobjeto de optimización y utilizarse para resolver el problema de forma parcial. En (12) seenumeranlassiguientesfuncionesobjetivo.

• Costedegeneracióndepotenciaactiva• Costedegeneracióndepotenciareactiva• Potenciasuministradaalareddesdeunafuenteexterna• Pérdidasdepotenciaactiva• Emisionesdecarbono• Ajuste/Reduccióndelacarga• Conmutacióndelaposicióndetomaydelosbancosdecondensadores• Bienestarsocial

Cadaunadeestasvariablessepuedeformularmatemáticamente,paradespuéscrearmodelosoalgoritmosquebusquenlasoluciónqueoptimizalavariabledeseada.Estasfuncionesobjetivo,asícomosusrestriccionesmásrelevantes,puedenverseafectadasporelmétodoescogidopararealizar la optimización. Aquí se presentan los enfoques matemáticos más importantespropuestosen(12),propensosdeserimplementadosenunaredinteligente.Optimizacióndelflujodecargadistribuidoyparalelo(DPOPF)Este método se propone para sistemas de transmisión de redes inteligentes que integranUnidadesdeProcesamiento (PU)en cadaunode susnodos, yminimizael sub-problemadeoptimización sin restricciones para cada nodo. Se combinan dosmétodos en el proceso deresolución:

• Elmétododeprogramaciónrecursivacuadrática(RQP)• ElmétododelgradienteproyectadodeLagrange(LPG)

Para mantener la sincronización computacional del algoritmo bajo la llegada de datosasincrónicos,seproponeunmodelodecontroldeReddePetri.Tambiénseproponeunárboldeconvergenciadirectaparaimplementarcondicionesdefindelalgoritmo.Estealgoritmoesmásefectivosegúnaumenta la incertidumbrede losdatos.Lasprincipalesincertidumbresconsistenenlavariabilidaddegeneracióndelasfuentesrenovables,demanda


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variable en el tiempo y coeficientes de costes variables de los recursos energéticos norenovables. Los resultados numéricos demuestran que el algoritmo es capaz de considerarvariaciones rápidas de la potencia generada por fuentes renovables, así como diversasincertidumbresenlosparámetrosdelaredinteligente.OptimizacióndelflujodecargamediantelinealizaciónyaproximaciónEnfoque basado en la linealización de las ecuaciones de la red, asume que las cargas secomportancomoimpedanciasyclasificalosnodosdelsistemaentrescategorías:Cargas,puntosdeacoplamientocomunes(PCC)yderecursosenergéticosdistribuidos(DER).Después,utilizaunaredlinealparaobtenerunproblemadeoptimizaciónconvexo,utilizandolasvariablesdereferenciaylasrestriccionesconvexas.Conlautilizacióndeestemétodosehademostradolosiguienteparaunamicrorredconectadaalared:

• Aumentarelnúmeroderestriccionesactivasconduceaunaumentodelcostetotal• Alactivarlasrestriccionesdevoltaje,larelaciónentreelcostetotalyeldelosnodos

PCCselinealizaylaspérdidassereducensignificativamente• Activarlasrestriccionesdelacorrientedelíneareduceligeramentelaspérdidas• Amenortensión,lasrestriccionesdevoltajesevuelvenmásrigurosasyelcostetotalde

lamicrorredaumentaráEnmodoaisladoelcostetotaldelasoluciónesmuchomásaltocuandoelPCCsereemplazaporunPEI(PowerElectronicInterface)yéstaaplicalarestriccióndevoltaje,descuidandoelcoste,locualesunadesventaja.OptimizacióndelflujodecargaconsiderandosistemasdealmacenamientoEsteenfoquecubreelproblemadealmacenamientotantoeneldominiodelaredcomoeneltemporal. Para lograr una solución numérica eficiente, se propone aplicar programacióndinámicarecursivaparasolucionarelproblemadelflujodepotencia.Lapotenciasuministradaa losnodosPCC seoptimizamediante algoritmosdeprogramacióndinámica y la energía sesuministraalolargodeldominiodeltiempo.La principal desventaja de este método es la complejidad numérica debido al número desistemasdealmacenamiento.Métododemultiplicadoresdedirecciónalternante(ADMM)Estemétodosubdivideelproblemadeoptimización,ycadacontroladorlocalresuelveelsub-problema,intercambiandodespuéslainformaciónconloscontroladoreslocalesmáscercanos.Los resultados numéricos muestran que siempre se alcanza la solución global óptima delproblemaoriginaldeoptimizacióndelflujodecarga.Mediantelasubdivisióndelproblema,elalgoritmoasegura laescalabilidad con respectoal tamañode la red, solidezen cuantoa loscortesdecomunicación,ypreservalaprivacidaddelosdatos.Ademásdeestosmétodos,existenotros:

• Losmultifaseylosutilizadosparasistemasdesequilibrados,cuyaviabilidadtécnicanoesposibleagranescala,debidoalcostecomputacional.


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• Métodosdeoptimizaciónbasadosenlaformulaciónsimultáneadelosflujostrasunacontingencia

• Modelos basados en la incertidumbre, con un enfoque estadístico, que consideranvariacionesprobabilísticasen lacargaymodelizacionesen lageneracióndeenergíasrenovables

Actualmente, estos algoritmos no se utilizan ya que todavía no se tienen medios para suimplementación,ysecontinúautilizandoelmétododeNewton-Raphsonyderivados.Unodeestosalgoritmospodríaemplearseparallevaracabolaoptimizacióndelflujodecargaenunaredinteligente.

3.5.4. SEGURIDADYFIABILIDADLas nuevas infraestructuras concebidas con el desarrollo de las redes inteligentes incluyencomunicacionesderedmedianteesquemasdecomputacióndistribuida.Esto,alavezdetenerunaseriedeventajas, tambiénpresentaunaseriededesventajas,entreellas,problemasdeseguridadderivadosdelusodeestatecnología.Ataquesfísicos,problemasdeciberseguridadodesastres naturales podrían provocar daños en la infraestructura, apagones, fraudes defacturaciónofallasenlaprivacidaddelosusuarios.Enestepuntosevanaanalizarlosposiblespeligrosoamenazasysepropondránsolucionesparamitigaropaliarlosdaños.Según el NIST (National Institute of Standards and Technology) la red inteligente muestracomunicación bidireccional entre sus unidades operacionales. Pero el concepto al que sepretendellegarproponeunacomunicaciónmultidireccional,comosemuestraenlaIlustración10.

Ilustración11.ModeloconceptualdelaarquitecturadeunaSmartGridsegúnelNIST

Losorígenesdelasamenazassepuedenclasificardelasiguienteforma:

Sistemasde

soporte

Consumidor

Operaciones

Transmisión

DistribuciónGeneración

Proveedordeservicios

Mercados


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Ilustración12.Clasificacióndelasamenazasdelasredesinteligentessegúnsuorigen

3.5.4.1. SEGURIDADENLAINFRAESTRUCTURA

La infraestructura de una red inteligente es un sistema muy complejo, que interconectausuarios, plantas de generación, sistemas de transmisión y distribución, distintos tipos deestaciones de transformación, además de los dispositivos de telecomunicaciones y lainfraestructurademediciónavanzada.El sistema de medición inteligente, compuesto por contadores inteligentes, sus redes decomunicación,ysussistemasdegestiónycontroldedatos,eselelementomásvulnerablealosciberataques,debidoasureddesensoresydispositivosnecesariosparaelregistroyanálisisdelosdatos.Principalmente, la mayoría de ataques se han dirigido al propio contador inteligente, pararealizar fraudesen la facturacióneléctrica,un fenómenoquecausagrandespérdidasaniveltécnicoyeconómico.Noobstante,laimplantacióndelosmismoshamitigadopartedelosrobosqueseproducíananteriormente,debidoaqueconlossistemasdetelegestiónactuales,esfácilcomprobarsiuncontadorinteligenteestáfueradeservicio.Apesardeesto,sonpropensoasufrirciberataquescapacesdemanipularlosdatos.Enunamaneramásgeneral,losciberataquespuedencausardañossiendocualquierpuntodelainfraestructurasuobjetivo,induciendoalaentidadoperadoradelaredinteligenteatomardecisioneserróneas,oapasarporaltofallosenelsistema.Para prevenir esto se utilizan sistemas distribuidos de ciberseguridad, diseñados paramonitorizarlaarquitecturaypreservarlaintegridaddelosdatos.Estehecho,unidoalaviolacióndelaprivacidadyelcontrolmaliciosodelosdispositivospersonales,sonlosquemáspreocupanal usuario.Además, anivel técnicopuedeprovocar fallos en cascada yperturbacionesen laeconomía.

Fuentesdepeligroenredesinteligentes

Origentécnico

Seguridaddelainfraestructura

Seguridaddelaoperacióntécnica

Seguridaddelagestióndedatos

Origennotécnico

Seguridadmedioambiental

Seguridadpolítico-social


34

Según losdatos recopiladospor (13) seobservaqueel paísquemás ciberataques recibeesEstadosUnidos:

Gráfica8.%estimadodeciberataquesporpaísen2015


Porotraparte,enlagráfica8semuestracomoelsectormásafectadoporciberataqueseselenergético,conmuchadiferencia.

Gráfica9.Porcentajedeciberataquesporsectoresdelasociedad


0 10 20 30 40 50 60 70 80

EstadosUnidos

Filipinas

Japón

Brasil

ReinoUnido

Australia

Taiwán

Malasia

Bahamas

Otros

Canada

%deciberataquesporpaís


35

El enfoque utilizado en la investigación actual para mitigar estos ataques se basa en laprevencióncontralossiguientespuntos,quesedetallaránmásadelante:

• Deteccióndebots (programas informáticosqueejecutan tareas repetitivasde formaautomática,cuyarealizaciónseríamuytediosaparaunserhumano).

• Ataquesdedenegacióndeserviciodistribuidos(DDoS),queconsistenenelenvíodeungranflujodeinformaciónaunmismopuntodedestino,paraproducirunasobrecargaenlosservidores.Esteeselciberataquemásutilizado,debidoasusencilleztecnológica.

• Rootkits, programas que permiten acceso privilegiado a un sistema informáticomanteniendosupresencia“oculta”alrestodeadministradoresmediantelacorrupcióndelsistema.

EnEstadosUnidosseestánrealizandonumerosas inversionesdesdediversosdepartamentosparamejorarsuciberseguridad,debidoaqueeselpaísmásafectadoporamenazasdeestanaturaleza.

3.5.4.2. SEGURIDADDELAOPERACIÓNTÉCNICALa seguridad de la operación técnica abarca desde la confiabilidad y flexibilidad de lasoperaciones, el nivel de inteligencia del sistema, la seguridad de los datos, de lastelecomunicacionesyelmantenimientodecualquieradelaspartesdelared.Elreconocimientooportunoyelrápidodiagnósticodelascondicionesquecausanproblemasenla red son factores clave a la hora de eliminar perturbaciones. Para ello deben utilizarsetecnologíasavanzadasdecomputación,controlycomunicacionesquepermitanreconfigurarelsistemadeformaautomáticaencasodefallooamenaza.Unaredinteligenterequiereesquemasoperativosseguros.Partedelacoordinacióndelsistemase encuentra bajo control computacional, pero algunas operaciones requieren atención deoperadoreshumanosenloscentrosdecontrol,especialmenteensituacionesdeemergencia.Principalmenteestepuntotratarásobreprevenirinterrupcionesenelsuministro.Una interrupción puede producirse por fallos en los equipos de protección. Para paliar esteefectoesposiblediseñarelsistemaconcierta“tolerancia”aestasinterrupcionesymantenerunaprovisióndeenergíaparaasegurarlasubsanacióndelsuministro.Araízdeestetipodemedidassurgeelconceptoderedautorreparativa,funciónclavequesurgecomoconsecuenciadelaltogradodeautomatizaciónrequerido.Elcometidodeestafunciónconsiste en restaurar rápidamente el servicio tras un corte de suministro o restaurando elservicioalosusuariosafectadosmedianteunafuentealternativa.En(14)seproponeunprotocolodeactuaciónestructuradoendospartes:elmododeoperaciónnormal y elmodo de emergencia. En el modo normal los costes operativos se minimizanmedianteunaprogramaciónóptima,yelmododeemergenciaseactivacuandoseproduceuncorte.Enestemomentodebeentrarenjuegolaplanificaciónoperacionalpararealizaraccionesdeautorreparación.Estoserealizadiseñandoparticionesdelsistemadedistribucióninteligente,con locualeláreaaisladasedividiráendichaspartes, lascualespuedenautoabasteceraunnúmero limitado de consumidores de forma autónoma. Además, estas secciones debencooperarentresíparaasegurarqueseejecutalaopciónmássostenibleparaelsistema,yaque


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debencontrolarselosflujosdepotencia,lastensionesenlosnodos,lascargasprioritariasysucontrol.Parallevaracabolaresolucióndeesteproblema,serealizaunaoptimizaciónendosetapas:estocástica para las condiciones normales y acciones de autorreparación basadas en losresultadosobtenidosenlaprimeraetapa.Paralaformulacióndelaprimeraetapa,setieneencuentalaincertidumbredelosconsumosdelascargas,delageneracióndefuentesrenovablesydelospreciosdelmercado.Enlaprimeraetapa,laplanificaciónserealizaparaunhorizontedeprevisióndiario,obteniendolascondicionesdelsistemaparacadahora.Después,seoptimizaelproblemaparaelmododeemergencia, obteniendo los posibles escenarios de fallo en el sistema para cada hora,incluyendolasposiblessimultaneidadesquepudieranproducirse.Encasodecualquiertipodeinterrupciónelsistemautilizalassolucionesobtenidasdeformainstantánea.Dentrodelmododeemergenciaseproducendosetapas.Enprimerlugar,cuandoseproduceuna interrupción del suministro, se detecta y se minimizan sus efectos en otras partes delsistema.Generalmenteserealizaaislandolasecciónafectada.Lasegundafase,queimplicalarestauracióndelsistema,serealizarádeformasimultáneaalaprimera,detectandoelescenariogeneradoyejecutandounaaccióndeautorreparación,quepuedeconsistirenunareconfiguracióndelsistema,elajustedelageneracióndistribuidaolaeliminacióndecarga.Elalgoritmoidentificalaparteconectadaalaredylaparteaisladaenelsistemapost-contingente.Enlaparteconectada,esfácilreajustarlosparámetrosprincipalesdelacalidaddelapotencia,asícomolafaltadepotenciaactivaoreactivadebidoalapresenciadela red principal, que se considerará de potencia infinita. No obstante, cabe gestionar eldesequilibrio producido entre la generación y la demanda, que como ya se ha dichoanteriormente,serásolventadoporeloperadordelsistemamedianteajustedelageneracióndistribuidaylalimitacióndelacarga.Acontinuaciónsemuestraunalgoritmosusceptibledeserimplementadoparalagestióndelaautorreparacióndelared.


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Ilustración13.Algoritmocapazderealizarlagestióndelaautorreparacióndeunaredinteligente

(Extraídode(14))

3.5.4.3. SEGURIDADDELAGESTIÓNDEDATOS

Enestecampose trata lamonitorización,el tratamientoyalmacenamientode losdatos,asícomosuseguridadanteataquesyelcumplimientodelasnormasdeprivacidadparagarantizarlasatisfaccióndelosusuarios.Datos como las variables clave de los sistemas de generación, transporte, distribución, losperfilesdecargade losusuarioso losparámetrosderendimientorequierensu recopilación,pararealizaranálisisysimulacionesconelfindeevaluarlafiabilidaddelossistemas.Deestaformaesposibleidentificarposiblesamenazas,comolosciberataques,queintentanvulnerarelsistema para conseguir la información contenida en los datos para satisfacer sus interesespersonales.Engeneral,elprocedimientoutilizadoporlos“crackers”eselsiguiente:(15)


38

Ilustración14.Ciclodeciberataquesyposiblesvariantes(Elaboraciónpropiaapartirde(15))

ReconocimientoEnestafase,puedeproducirseataquesenfocadosenelusodeingenieríasocial,queconsisteenlamanipulacióndelosusuariosparaquefaciliteninformaciónrelevante,comopodríaserunacontraseña o una identificación personal. Por otra parte, el análisis de tráfico tiene comoobjetivodeterminarlosdispositivosyservidoresconectadosalared,asícomosusdireccionesIP.Losataquesdeestanaturalezacomprometenseriamentelaconfidencialidaddelosdatos.ExploraciónEs el siguiente paso, consistente en conocer toda la información necesaria para vulnerar elsistema objetivo. En primer lugar, se identifican todas las IPs de los servidores conectados.Después,sebuscanlospuertosabiertosencadaunodelosservidores,ysedeterminaquéclasedeserviciollevanacabo,porejemplo,sielpuerto115seencuentraabierto,elatacantepodríadeterminarquedichopuertoperteneceaunsistemadeautomatizacióndesubestación.Elúltimopasoenlaexploraciónesladeteccióndevulnerabilidadesencadaservicioconcreto,parasuposteriorexplotación.ExplotaciónEn la fase de explotación se llevan a cabo actividades maliciosas que intentan explotar lasvulnerabilidades de los componentes de las redes inteligentes. Entre los distintos tipos deataquespodemosencontrarlosmencionadosenlaIlustración12:

• Virus,programascreadosparainfectardispositivososistemasdeterminados.Tambiénexistenlosgusanos(worms),quesonprogramasconlacapacidaddeautorreplicarsesinayudadeunapersona,produciendoefectosdevastadoresagranescala.Otrotipodemalware es el troyano, un programa que se presenta al usuario como una acciónlegítima,peroconcedealatacanteaccesoremotoalequipoinfectado.Enjuniode2010,RoelSchouwenbergdetectóStuxnet,elprimergusanocuyoobjetivoeraunSCADA.Este

Reconocimiento

•Análisisdeltráfico•Ingenieríasocial

Exploración

•IP•Puertos•Servicios•Vulnerabilidades

Explotación

•Virus/Gusanos/Troyanos•Denegacióndelservicio•Interferenciadecanales•Violacióndeintegridadyprivacidad

MantenerAcceso

•Puertatrasera


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hechoseconsideraelprimerciberataquecontraunsistemadecontrolindustrialdelahistoria.

• En losataquesdedenegaciónde servicio (DoS), seutilizandiversosmétodos, entreelloslossiguientes:

o LosataquesSYN,queseaprovechandelfuncionamientodelasconexionesTCP.Cuandounadelaspartesquiereiniciarunaconexiónconotroequipo,inicialaconversaciónconun“SYN”,elotroequiporecibeel“SYN”yrespondeconun“SYN+ACK”, finalmente el sistema que empezó la conexión contesta con un“ACK”yyapuedenempezaratransmitirdatos.EnunataqueSYNseenvíaunnúmeromuyelevadodesolicitudesdeconexiónquenosefinalizan,dejandoalsistemaatacadoa laesperadel “ACK” final y consumiendograncantidadderecursoscomputacionales.

o Desbordamientodebúfer,unerrordesoftwarecausadoporlainsercióndeunnúmerodedatosmayordeloqueesperaunadeterminadaaplicación,loquesobrescribe los datos ya existentes. Esto puede provocar un bloqueo en elsistema.

o Ataque Teardrop, que explota la forma de tratamiento de datos de losprotocolos IP.Cuando llegaunpaquetedemasiadogrande,éstesedivideenfragmentosmáspequeños.Después,mediantesistemasdeidentificación,estospaquetes se reconstruyen. Con este ataque, se alteran estos sistemas deidentificación y la reconstrucción del paquete se produce de forma errónea,induciendo un fallo en el sistema. No obstante, este tipo de ataque estáobsoletoenlaactualidad,yúnicamentefuncionaensistemasantiguos.

o Ataque Smurf, en el que se puede atacar a toda una red almismo tiempo.Constade treselementos:Sitiodeorigen,de reboteydedestino.El crackerenvía información al sitio de rebote desde el origen, con la dirección IP delsistemaquepretendeatacar.Cuandoelsitiodereboterecibelainformación,ladifunde a todos los servidores conectados a la red y estos la reproducen,provocandolasaturacióndetodoelsistema.

o AtaquePuppet,quesedirigealareddeinfraestructurademediciónavanzada(AMI).Elatacanteseleccionaunoomásnodosdelaredcomosus“títeres”ylesenvía información específica de ataque, que genera un gran volumen depaquetesenlaruta.Estetipodepaquetessonprioritarios,debidoallimitadoancho de banda, con lo que se produce una congestión de la red, con lasiguiente denegación del servicio. Esto puede producir que el porcentaje deentregadepaquetesdesciendaaun10-20%aproximadamente.

o Ataque a la sincronización del tiempo, que afecta a la temporización de lainformación de la red inteligente. Mediante el ataque de las referenciastemporales, pueden producirse retrasos en la información que puedencorromperelsistema,manipulandodatoseinutilizandolosequiposdecontrol,porejemplo,introduciendounaseñaldeGPSfalsa.

o El ataque con intermediario (Man In the Middle) consiste en adquirir lacapacidaddeinterceptarlainformaciónentredossistemasquesecomunicanentre sí. Esto puede utilizarse para provocar un ataque de denegación deserviciobloqueandolacomunicaciónentrelaspartes.

o En un ataque de interferencia del canal se explota la naturaleza de la redinalámbricaenviandoun flujo continuode informaciónparaocuparel canal,evitandoquelosverdaderosusuariossecomuniqueneintercambiendatos.Unared inteligente requiere de una gran disponibilidad de su sistema decomunicaciones,conloqueunataquedeestetipopodríaafectargravementeasurendimiento.


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o Explotar la InterfazHumano-Máquina (HMI)consisteen lavulneracióndeundispositivoconocido,instalandounsistemadeaccesoremoto.Estopermitealatacanteaccederdesdesu terminaly controlar los sistemascomprometidos.Los SCADA, las subestaciones o cualquier sistema con interfaz puedenconsiderarse objetivos potenciales de este tipo de ataques. Además, estamaneradeatacarunsistemanorequiereconocimientosavanzadosderedesnidesistemasdecontrolindustrial.

o Losataquesdeviolaciónalaintegridad,consistenenalterarintencionalmentelosdatosalmacenadosenundispositivodeterminadodelared.Porejemplo,un cliente podría intentar cometer fraude vulnerando las mediciones de sucontadorinteligenteparareducirelcostedesufacturacióneléctrica.Tambiénseríaposibleatacaraunaunidad terminal remota (RTU), transfiriendodatosincorrectosalcentrodecontrolyproduciendofallosenelsistema.Encuantoalaprivacidad,seprocedealarecopilacióndedatosprivadosdelosusuarios.Porejemplo,alverqueunacasanopresentaconsumos,esposiblededucirenquémomentosdeldíaestávacíaparacometerunrobo.

MantenimientodelaccesoEn la fase final, el atacanteutilizaun tipodeataqueespecialparaobteneraccesode formapermanentealosequiposobjetivo.Destacanlosvirus,lostroyanosylapuertatrasera.Unapuertatraseraesunprogramaindetectable,quese instaladeformaimperceptibleparavolveraaccederdespuésalequipo infectado.Siunatacanteescapazde instalarunapuertatraseraenunSCADA,puedelanzarataquescontralaredinteligente,causandograndesimpactosenelsistemaenergético.Dependiendodelagravedaddelataqueydelaprobabilidaddequesematerialice,losataquespuedenclasificarsesegúnlasiguientetabla:

GravedaddelAtaqueBaja Media Alta

Probabilidaddequeserealice

AltaAnálisisdelTráficoViolacióndelaPrivacidad

Virus,gusanosytroyanosDoS

PuertaTrasera

Media IngenieríaSocialExploración MItM

InterferenciadeCanalViolacióndelaIntegridad

Baja ExplotarlaHMITabla9.Clasificacióndelosataquessegúnsuprobabilidadygravedad(Elaboraciónpropiaa

partirde(15))

Tras analizar en profundidad las diversas amenazas según su origen técnico, se procede alestudiodeunaestrategiadedetecciónymitigacióndepeligros,conelfindeprotegeralaredinteligentedeposiblesfallos.Paraello,seproponeunaestrategiadefinidaentresfases,queseilustraacontinuación.(15)


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Ilustración15.Estrategiaaseguirparalaciberdefensadelaredinteligente

AntesdelataqueEnestaprimerafase,serecomiendansolucionesenfocadasenlaprevenciónyladeteccióndeprocesosinformáticosanómalos.Lasmedidasdeseguridadsecentranenlaseguridaddelared,de los dispositivos y criptografía. Se presentan las siguientes tecnologías y protocolos deseguridadparalaseguridaddelared:

• Sistemadedeteccióndeintrusos(IDS)• Sistemasdegestióndeeventos(SIEM)• Prevencióndepérdidadedatosdered(DLP)

Paralaseguridaddelosdatossepropone:

• Cifrado• Autenticación• Gestióndeclaves

Yparalaseguridaddeldispositivo:

• ServidoresconIDS• Verificacionesdecumplimiento• Diversidaddetécnicas

SeguridaddelaredPara garantizar la seguridad de la red inteligente se recomienda el uso de cortafuegoscombinadoconotrastecnologíasdemonitorizaciónydetección.Uncortafuegosseutilizaparapermitirodenegarconexionesderedbasándoseenunaspolíticasdeterminadas.Noobstante,unatécnicadeciberataquepocofrecuenteomuyavanzadapuede

Antesdel

ataque

Duranteel

ataque

Despuésdel

ataque


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inutilizarelcortafuegos,porlotanto,éstedebecombinarseconlastecnologíasmencionadasanteriormente.CriptografíaaplicadaalaseguridaddelosdatosLosmecanismosdeencriptacióntienencomoobjetivoasegurarlaconfidencialidadeintegridaddelosdatosencuestión.Existendostiposdecifrado:Simétricoyasimétrico.Enel cifradodeclavesimétrico, lamismaclavees laqueseutilizaparacifrarydescifrar losdatos.Losalgoritmosmásutilizadospararealizaruncifradosimétricosonelestándardecifradoavanzado(AES)yelestándardecifradodedatos(DES).Por otra parte, el cifrado asimétrico utiliza dos claves, una para cifrar los datos y otra paradescifrarlos. Un algoritmo de cifrado asimétrico muy conocido es RSA (Rivest, Shamir yAdleman).Enlaredinteligenteconvivennumerososcomponentesqueutilizanmétodoscomputacionalesmuydisparesentresí,porloquelosdostiposdecifradosonopcionespotencialesparasuuso.La selección del tipo de cifrado dependerá de la criticidad de los datos, las limitacionestemporales y los recursos computacionales. En “Smart grid cyber security: Challenges and

solutions”losautoresproponentresmétodosparaaplicacionesdemultidifusión:asimetríadeinformaciónsecreta,asimetríatemporalyasimetríahíbrida.Laadministracióndeclavesesunenfoqueclave.Lagestióndeclavespúblicas(PKI)olagestiónde claves secretas compartidas se puede utilizar para garantizar la autenticidad de lacomunicaciónentrelasdistintasredes.Enlagestióndeclavespúblicas,lasdospartesverificansuautenticidadmediantecertificadosentregadosporuntercero.Enlaadministracióndeclavessecretas compartidas, se utilizan cuatro pasos para mantener la seguridad de lascomunicaciones: generación de claves, distribución de claves, almacenamiento de claves yactualización de claves. Debido a la naturaleza distribuida de la red inteligente, se debenconsiderar algunos requisitos específicos para diseñar una administración de clavescriptográficas,en“CybersecurityintheSmartGrid:Surveyandchallenges”sepresentanvariosrequisitos básicos y relevantes del esquema de administración de claves, particularmenteeficiencia,capacidadevolutiva,escalabilidadygestiónsegura.Enestosrequisitossebasarálaelecciónde unmarco. Los autores llevaron a cabouna comparación entre los esquemasdegestiónclaveenumeradosanteriormente.Lacomparaciónsebasóenlaescalabilidad,soporteparamultidifusión,robustoparacompromisoclaveyaplicacióndelsistemadepotencia.ASKMA+ySMOCKmuestran resultados interesantes.ASKMA+esunesquemadegestióndeclaveseficienteyadmitelamultidifusión,peroaúnadolecedeescalabilidad.SMOCK,porotrolado,muestra buena escalabilidad; sin embargo, tiene algunas debilidades, como la falta decompatibilidadconlamultidifusiónylabajaeficienciacomputacional.SeguridaddeldispositivoLaseguridaddelosdistintosdispositivosconectadosalaredinteligenteescrucialparaasegurarelsuministroeléctrico.Ademásdelastécnicasanteriormenteenumeradasparacontribuiralaseguridad,losautoresde“Smartgridcybersecurity:Challengesandsolutions”recomiendanuncontroldecumplimientodeseguridadautomatizado.Estaherramientacompruebaquetodoslos componentes de la red se encuentren actualizados, especialmente el firmware y suconfiguraciónactual.Esteprocesoescrucialyaqueexisteunaaltaconectividadentretodosloscomponentesdelaredinteligente.


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DuranteelataqueEstafasepresentadosobjetivosprincipales:detecciónymitigacióndeataques.Duranteladetecciónserecomiendantodaslastecnologíasmencionadasenelpuntoanterior.Noobstante,algunasdeéstaspresentanlimitaciones,comoelsistemadedeteccióndeintrusos.Se han publicado numerosos artículos con la intención de mejorar el IDS en el contextointeligente. En “Data-Stream-Based Intrusion Detection System for Advanced Metering

Infrastructure in Smart Grid: A Feasibility Study” los autores proponen un IDS basado enalgoritmosdeextraccióndeflujodedatos,yseproporcionaunacomparaciónentredistintosalgoritmosdemineríadeflujodedatos.Losresultadosmuestranquelosrecursoscomputacionalesrequeridosnosontansignificativos,porloquesuimplementaciónencontadoresinteligentes(porejemplo)seríafactible.Unavezelataquesehadetectado,comienza la fasedemitigación.En“Cybersecurity intheSmartGrid:Surveyandchallenges”seproponen losmétodosde retrocesoy reconfiguraciónparamitigarlosataquesdenaturalezaDoS.Enelmétododeretrocesoelrouterestáconfiguradopara bloquear todo el tráfico proveniente de la IP del atacante. En el método de lareconfiguraciónlatopologíadelaredsemodificaparaaislaralatacante.Paralosataquesdeinterferenciadecanal,sediscutenesquemasanti-interferenciautilizandológicadifusa.DespuésdelataqueCuandonosedetectaunataque,esimportanteelperiodoposterioralmismo.Enprimerlugar,esfundamentalidentificarelorigendelataqueparadeterminarsunaturaleza.LafirmadeIDS,labasededatosdeantivirusylaspolíticasdeseguridaddebenmantenerseactualizadasparaaprenderdelosataquesincidentesyprotegersedelosfuturos.Unanálisisforenseeslatécnicamásutilizadatrasunataque.Elestudioforenserecopila,analizaeinterceptadatosconelfindeidentificarelorigendelaamenaza.Porotraparte,tambiénsepuedenemplearparadetectarvulnerabilidades en la red inteligente y anticiparse a posibles ataques; por este motivo,desempeñaunpapelmuyimportanteenlainvestigacióndedelitoscibernéticos.

3.5.4.4. SEGURIDADMEDIOAMBIENTALElobjetivodelaseguridadmedioambientalconsisteenevitarycontrolarefectoscatastróficosen las infraestructurasde laredoriginadospor losdistintosriesgosambientales (naturalesoartificiales), como inundaciones, terremotos, deslizamientos de tierra, caída de árboles oincendios. La respuesta inteligente basada en consideraciones ambientales consiste en ladefiniciónygeneracióndealertasparaunasamenazasdeterminadasenfuncióndelosdatosrecibidosespecíficamenteparaprevenir este tipodeproblemas. Además, la red inteligentedebesercapazdeabastecereláreaafectadareservandounidadesalternativasdegeneracióndistribuida. A pesar de que la seguridadmedioambiental se clasifica teniendo en cuenta unorigennotécnico,síesciertoqueseinvolucranaspectosrelacionadosconsolucionestécnicas.Debeentendersequelaprioridadprincipaldelaredinteligenteeselsuministrodeenergíaalosusuarios.Estetemaestámuyrelacionadocon lomencionadoenelpuntodeseguridadde laoperacióntécnica,cuandoseproduceunfallo,seaíslalazona,seredistribuyelageneraciónymedianteconmutaciónautomatizadasereestableceelservicio.Comodesastresquepodríancomprometerlaseguridaddelaredsepuedencitarvarios:


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• Desastresnaturales• Agotamientodelpetróleo• Aumentodrásticodelavolatilidaddelosmercadosenergéticosmundiales• Terrorismo,sabotaje,vandalismo,etc.• Situacionesdeguerra

Losdatos instantáneosbasadosenelSistemade InformaciónGeográfica(SIG)sonunaparteclave en este análisis, especialmente en relación con los pronósticos y análisis de desastresnaturalesqueseutilizanparadeterminarlaalertadedichasamenazasambientales.

3.5.4.5. SEGURIDADPOLÍTICAYSOCIALAmedidaqueavanzalatecnologíayseamplíanlosserviciosconconnotacionesdeinteligencia,seacrecienta lanecesidaddenuevaspolíticasregulatoriasynuevosmodeloscomerciales.Laimplicación de los gobiernos en el desarrollo de dichas políticas y lamovilización del sectorprivadosonfundamentalesparafacilitarlaexpansióndelaredinteligente.Además,tambiénserequierenpolíticasdeapoyoalasinversionesenI+D,necesariasparatodatecnología creciente, que deben estar bien dirigidas para garantizar su coherencia enposterioresgobiernos.Porotraparte,tambiénesnecesarialaparticipacióndelgobiernoparacrearunaconcienciacióncolectiva en el público, ya que éste debe ser un actor más en el sector energético. Unacooperacióndelpúblicopodría sercrucialparasuavizar lospicosdedemanda (este temasetratará con más profundidad posteriormente). Los puntos clave para asegurar unaconcienciacióntotaldelusuariosonlossiguientes:(13)

• Laintegracióndefuentesdeenergíarenovablesydistribuidas• LareducciónsignificativadeemisionesdeCO2• Promoverelusodevehículoseléctricosysistemasdetransportequenorequieranel

usodecombustiblesfósiles• Larenovaciónyactualizacióndelainfraestructuradelsistemaeléctricoanterior• Laadoptacióndesistemasdemedicióninteligentesybidireccionales,paramedirtanto

elconsumocomolaproduccióndeenergíaporpartedelosconsumidoresParaellosepodríanemplearnumerososmedios,principalmentemediante la transmisióndeinformación a través de los medios de comunicación, pero también podría realizarse unaconcienciación indirecta desde el ámbito educativo, con la pretensión de inculcar ideas desostenibilidad con elmedio ambiente, que, de una forma generalista, abarcarían los puntosprincipalestratadosanteriormente.Finalmentesepretendíavalorarelniveldeseguridaddelaredeléctricaespañola,peronosehaencontrado información concreta sobre la seguridad utilizada en dicha red. A nivel deespeculación,estotalmenteasumibleelusodelamayoríademétodosaquíexpuestos,comoelusodeclavesoelcifradodedatos,perosedesconoceelalcancedesusprotocolosymedidas.

3.5.5. ALMACENAMIENTODEENERGÍALaredinteligentenecesitaconseguirunmanejototaldelaenergía,yaqueéstadebeconsumirsealmismotiempoquesegenera.Denoserasí,estorepercutiríaenlaestabilidaddelaredyenlacalidaddelsuministro.Además,debidoalaugedelasenergíasrenovables,seacrecientanlas


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fluctuacionesenlageneración.Aquíesdondeentraenjuegoelalmacenamiento,crucialparalagestión de un sistema eléctrico moderno y dotado de carácter inteligente, y pensado parasubsanardichasvariacionesenfuentesdegeneracióncomolaeólicaolasenergíassolares.Sibienloscombustiblesfósilessonunafuentedealmacenamientodeenergíamuyutilizadaysu uso es indispensable a día de hoy, cabedecir queno son lamejor opciónpara elmedioambiente,ademásdequesonunafuentelimitada.Portanto,lastecnologíasquepermitaneldesarrollodeunsistemasostenibledebenserdesarrolladas,asícomolasfuentesdegeneracióndeenergía renovables.Porotraparte,debeasumirseunapérdidadebidoal rendimientoenestossistemas,mayoromenordependiendodelatecnología,yaquenormalmente,almacenarlaenergíaimplicarealizarunaconversióndeuntipodeenergíaaotro.Elobjetivodeesteapartadoesexponer lossistemasdealmacenamientodeenergíaactualesparavalorarlasdistintastecnologíasmássusceptiblesdeserutilizadasenunaredinteligente.(16)Actualmente,seestállevandoacabounaintensainvestigaciónenestecampo,concretamentedistintosgruposdeaplicaciones,losprincipalesson:

• Aplicacionesdesuministrodeelectricidad• Serviciosauxiliares• Aplicacionesdesoportedered• Integracióndeenergíasrenovables

Enprimerlugarsevaarealizarunaclasificaciónenfuncióndelaformaenlaquesealmacenarálaenergía,paradespuésabordarcadacampodeformaconcreta:

Ilustración16.Clasificacióndelossistemasdealmacenamientodeenergía

3.5.5.1. SISTEMASDEALMACENAMIENTODEENERGÍAQUÍMICA

Sistemasdealmacenamiento

deenergía

Eléctricos Mecánicos Térmicos

Químicos Electroquímicos


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Laenergíaquímicaseacumulaenlosenlacesquímicosdedeterminadasmoléculas,yseliberamediante una reacción química. Los combustibles químicos son la forma predominante dealmacenamientodeestetipodeenergía,tantoengeneracióncomoentransporte.Laenergíacontenidaenestoscombustiblessetransformaenenergíatermomecánicaydespuésenenergíaeléctricamedianteelusodemotores.Elalmacenamientoquímicoesmuyútilalahoradealmacenargrandescantidadesdeenergíaduranteunperiododeduraciónlargo.Lastecnologíasprincipalesdealmacenamientoquímicoson:HidrógenoElhidrógenoesuncombustiblelimpio,renovableyaltamenteabundante.Puedeproducirseapartirdecualquierfuenteprimaria,yúnicamenteliberavapordeaguatraslacombustión.El almacenamiento basado en hidrógeno puede realizarse de forma física (en fase líquida ogaseosa)oenunmaterial.Elalmacenamientoen fasegaseosa se realizaen tanquesdealtapresióndeentre350y700bares.Porotraparte,elalmacenamientoenfaselíquidarequieredemétodosdeenfriamientocriogénico,yaquesupuntodeebulliciónseencuentraa-253ºC.Por otra parte, el almacenamiento basado en materiales es posible en hidruros metálicos,superficiesdeotrossólidosmedianteadsorción,otroshidrurosycompuestosreactivoscomoLiBH4oMgH2.Un sistema típico de almacenamiento de hidrógeno podría consistir en una unidad degeneracióndehidrógenocomounelectrolizador,untanquedealmacenamientodehidrógenoyunaceldadecombustible (si laaplicación lo requiere).Unelectrolizadoresunconvertidorelectroquímicoquedivideelaguaconlaelectricidadenhidrógenoyoxígeno.GasNaturalSintético(SNG)oSyngasElgasnatural sintético implica laconversiónparcialdemateriaprimasólidacongasificaciónseguidadelacondicionamientodelgas,susíntesisysumejora.Conceptualmente,elprocesoessimilaraldelgasnaturalconvencional.Elgaspuedealmacenarseentanquesapresión,bajotierraosuministrarsedirectamentedesdelareddegas.BiocombustiblesLa biomasa, desde un punto de vista ingenieril puede ser definida como aquella sustanciaoriginaria de materia orgánica susceptible de ser convertida en combustible paraposteriormentegenerarenergíaútil.Concretamente,sepuedeutilizarlafracciónbiodegradabledeproductosderivadosdecultivosenergéticos, residuosbiológicosgeneradospor industriasrelacionadas,silvicultura,yresiduosbiológicosprocedentesdelaindustriaodelapoblación.Actualmentesepuedenutilizardiversosprocesosquímicosparatransformarloscombustiblesfósiles tradicionales, así como la biomasa vegetal y animal, y los desechos orgánicos enhidrocarburoscortoscapacesdereemplazarloscombustiblesdehidrocarburosexistentes.


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3.5.5.2. SISTEMASDEALMACENAMIENTODEENERGÍATÉRMICAUnagranvariedaddematerialesesutilizadaparaelalmacenamientodeenergíatérmica.Dichosmateriales deben poseer unas propiedades termofísicas adecuadas para la aplicación encuestión,comounelevadopuntodefusión,altaconductividadtérmicayaltocalor latenteyespecífico. Además, hablando desde otros puntos de vista nomenos importantes, tambiénpodríansercualidadesdeseablesunaaltadisponibilidad,buenaestabilidadtermoquímicaobajainflamabilidad, entre otros. Los sistemas de almacenamiento térmico pueden clasificarseampliamenteentresclasessegúneltipodematerialseleccionadoparaelalmacenamientofríoocaliente:calorsensible,latenteoquímico.CalorsensibleLosmateriales queutilizan calor sensiblepara almacenar energía lo hacenen funciónde sucapacidadcaloríficaespecífica.Laecuaciónpuedeexpresarsedelasiguienteforma:

! = # · %& · ∆(dondemes lamasa,Cpes el calor específico yDTes la variaciónde temperaturaobtenidaduranteelproceso.Duranteelprocesodeabsorcióndeenergíatérmica,nohaycambiodefaseylosmaterialesexperimentanunaumentoenlatemperatura.Lacantidaddecaloralmacenadoesproporcionalaladensidad,elvolumen,elcalorespecíficoylavariacióndelatemperaturadelmaterialdealmacenamiento.En cuanto a losmateriales utilizados para realizar esta función, a día de hoy se utilizan lossiguientes:AguaDebidoasufluidez,puedeutilizarsecomofluidocaloportadorocomosustanciaalmacenadoradeenergíatérmica.Entresusventajasestáunaltocalorespecífico(4’18kJ/KgK),sunotoxicidad,costeeconómicoyfácildisponibilidad.Enlafasesólidaseutilizaparaalmacenamientoenfrío,yenfaselíquidaseutilizaparatemperaturasmenoresa100ºC.Debido a su carácter inofensivo para las personas, es la sustancia más utilizada para elalmacenamientodeenergíaenelámbitodoméstico.Lafasedevaporseutilizaparaaplicacionesquerequierenaltastemperaturas,pudiendoalmacenarseentanquesdealtapresión.Porotraparte, el agua podría utilizarse para el almacenamiento en frío, pero presenta algunosinconvenientes,comolaaltapresióndevaporolacorrosividad.AceitestérmicosSonfluidosorgánicos,conunabuenacapacidaddetransferenciadecalor.Laventajaquetienensobreelaguaesquepermanecenenfaselíquidaatemperaturasmásaltas,aproximadamente250ºC a presión atmosférica, pudiendo variar dependiendodel aceite.Además, su rangodetemperaturasdefuncionamientoesmayor,loqueimplicamayortransferenciadecalorymayoralmacenamiento.Comodesventaja,sucalorespecíficoesmenor,convirtiéndolosensustanciasconunatransferenciadecalormediocre.Salesfundidas


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Cuandolatemperaturaquerequierelaaplicaciónsobrepasalastemperaturasdeoperacióndelosaceitestérmicos,lassalesfundidassoneltipodesustanciasadecuadas.Sueleutilizarseencentralestermosolares,comolasdetorreolascilindro-parabólicas.Tienenunagrancapacidadcaloríficavolumétrica,unaltopuntodeebulliciónyunaestabilidadtérmicamuyalta.Latemperaturalímiteoperacionalmásaltaesde565ºCaproximadamente.Esto se traduce en rendimientos termodinámicos mayores. Son baratas, tienen una altadisponibilidadynosontóxicasniinflamables.Noobstante,existenalgunasdificultadesencuantoasuutilización,comosuelevadopuntodefusión,queprovocacongelaciónenlastuberíascuandonohayunafuentecalor,comoenlascentralessolaresporlanoche,porloqueesnecesariocalentamientoeléctricoenlashorasenlasquenohaygeneración.Loconvenienteestenerunpuntodefusióncercanoalatemperaturaambienteyunpuntodeebulliciónlomásaltoposible,paraaumentarelrangodeoperaciónalmáximo. Para lograr esto, se pueden utilizar mezclas eutécticas de dos o más sales. Otradesventajaessualtaviscosidad,loqueaumentaloscostesdebombeo.Además,seproducenaltas temperaturas en los tubos, que causan tensiones plásticas acumulativas. Esto puedeproducirfallosenlostubosdebidoadesgastesporfatigadeciclobajo.Acontinuación,semuestranlassalesmásutilizadas,asícomosuscaracterísticasprincipales.

Sal/MezclaEutéctica TªFusión Máx.TªOp. Cp(kJ/kgºC)

Dens.(kg/m3)

Cond.Ter.

(W/mK)

Alm.CalorSensible(MJ/m3ºC)

Coste($/kg)

HITEC,NaNO3-KNO3-NaNO2(7-53-40)%

142 535 1,56 1.640 0,6 2,56 -

HITECXL,NaNO3-KNO3-Ca(NO3)2(7-45-48)%

120 500 1,44 1.992 0,519 2,9 1,19

SalSolar,NaNO3-KNO3(50-50)% 220 600 1,5 1.899 0,55 2,8 -

LiNO3 250 600 - 2.380 - - -

Tabla10.Salesmásutilizadas,ysuscaracterísticas


CalorlatenteEstosmaterialesalmacenancalorlatenteduranteunprocesoatemperaturaconstante,comouncambiodefase.Generalmente,seutilizancambiosdefaselíquido-sólido.Laenergíatérmicaalmacenadaporelcalorlatentepuedeexpresarsecomo:

! = # · )DondemeslamasayLeselcalorlatenteespecífico(kJ/kg).Encuantoalosmaterialesutilizadosparaestatecnología,seutilizanlossiguientes:Materialesorgánicos


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Numerososmaterialesorgánicosposeenlacualidadúnicadetenerunatemperaturadecambiode fase alrededor del rango de confort térmico humano, entre 18 y 30ºC. Además, sonquímicamenteestables,fácilmenteaccesibles,ynosontóxicosnicorrosivos.Noobstante,sedescomponenatemperaturasmayoresysuconductividadtérmicaesmuybaja.Acontinuaciónseenumeranlosdistintostiposdemateriales:

• Parafinas:Eselmásutilizadoenaplicacionescomerciales.Supuntodefusióna28ºCesel más cómodo para los humanos, no obstante, la parafina pura requiere un altorefinamientoyescostosa.Encambio,seutilizaunaceradeparafinamáseconómicaparaaplicacionesprácticas.

• Noparafinas:Losmaterialessinparafinasamplíanelrangodetemperaturadecambiodefasedisponible.Abajosecitanlosdistintostipos:

o Ácidos grasos: Pueden obtenerse a partir de aceites naturales. Tienen bajocoste, estabilidad química, puede ser una alternativamás económica que laparafina pura. Presentan algunos inconvenientes, como baja densidad,conductividadtérmicamediocreyvariacióndevolumenduranteelcambiodefase(10%aprox.).

o Ésteres: Junto con la técnica demezclas eutécticas, la esterificación es otraherramienta disponible para modificar las propiedades termofísicas de losácidosgrasosdeacuerdoconnuestrasnecesidades.Tienenbajoenfriamientoyestabilidad química. Por otra parte, son costosos y tienen baja densidad yconductividadtérmica.

o Alcoholes:Tienenlospuntosdefusiónmásaltos,ylacapacidaddealmacenarmucho calor latente. Sus temperaturas de cambio de fase los convierten enmediosadecuadosparaaplicacionesdetemperaturamedia(90-250ºC),comocalentadores solares o recuperaciones de calor residual. Son baratos y notóxicos. Hay que tener cuidado de no exponerlos al oxígeno atmosférico. Laestabilidadquímicaesunodelosfactoresquepuedenlimitarsuuso.

o Glicoles: Especialmente el polietilenglicol presenta un gran potencial para elalmacenamiento de energía térmica. Su temperatura de cambio de fase seacerca a la temperatura ambiente y aumenta con el peso molecular delpolímero.

CalorquímicoLossistemasdealmacenamientodecalorquímicoutilizanreaccionesreversiblesqueimplicanla absorción y liberación de calor para el almacenamiento de energía térmica. Tienen unatemperaturaoperativaderangomedioentre200y400ºC.Ladireccióndelareacción(esdecir,siacumulaoliberaenergía)dependedelapresiónylatemperatura).

3.5.5.3. SISTEMASDEALMACENAMIENTODEENERGÍAELECTROQUÍMICALas fuentes de energía electroquímica convierten la energía química en energía eléctrica,generalmentemediantelareacciónquímicadedossustancias.Laenergíadeestareacciónestádisponiblecomocorrienteeléctricaaunvoltajeytiempodefinidos.Unagrandesventajaesquees el componente con la vida útil más corta en casi cualquier instalación, y además, éstadesciendeconsiderablementesiseoperaaunatemperaturainadecuadaolaprofundidaddedescargaesmuyelevada.


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Hay dos ramas principales de tecnologías de almacenamiento electroquímico: baterías ycondensadores. Los tipos existentes de sistemas de almacenamiento electroquímico varíansegúnlanaturalezadelareacciónquímica,lascaracterísticasestructurasylaaplicación.Lasbateríaspuedenclasificarseen4grupos:primaria,secundaria,dereservaydecombustible.Ademásdeestaclasificación,podríarealizarseunasegundaenfunciónde laprofundidaddedescarga,dividiéndoseencicloprofundoosuperficial.Lasdecicloprofundosonadecuadasparaaplicacionescongeneracióndeenergíarenovable.Acontinuaciónsecitaránlascaracterísticasmásrelevantesdecadagrupo.BateríasprimariasLasbateríasprimarias generalmenteno son recargables. Lamayoríade las células primariasutilizanelectrolitos,queestáncontenidosenelmaterialabsorbenteoenunseparador.Podríanclasificarsedependiendodesielelectrolitoesunmedioacuosoono.Debidoaquesolopuedenutilizarseunavez,nosonlamejortecnologíaparaunaredinteligente,querequierecargasydescargasconstantesdesussistemasdealmacenamiento.BateríassecundariasUnapilasecundariaobateríaesrecargablealpasarcorrienteatravésdelcircuitoenladirecciónopuesta a la corriente durante la descarga. Los sistemas de baterías recargables puedensepararseporeltipodeelectrolitoendosgrupos.Tienenelectrolitostantoacuososcomonoacuosos,quesebasanenaguaydisolventes,respectivamente.Lasmásutilizadasson:

• Plomo-Ácido:Lasmásutilizadasactualmente.Muyasequibleseconómicamente,peroconbajadensidadenergética.

• Ion-Litio: De reciente desarrollo, con muchos nuevos fabricantes, pero todavía endesarrollo. Alta densidad energética, baja tasa de autodescarga y no requierendemasiado mantenimiento. Más costosas económicamente, requieren controlelectrónicoysonmuysensiblesalasaltastemperaturas.

EncuantoalasbateríasIon-LitiomereceespecialmenciónelavancequeestáconsiguiendoTeslaconPowerwall,unabateríarecargableparausodomésticoypequeñasindustrias,yPowerpack,paragrandes industrias,yescalabilidadhastaGWh.En lasiguiente imagensepuedenver lasespecificaciones técnicas de un Powerwall para uso doméstico en venta en la actualidad,extraídade(17)


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Ilustración17.CaracterísticastécnicasdeunPowerwall

(Extraídade(17))

Destaca sualta capacidaddealmacenamientoy sugarantíade10años, ademásde su totalautomatizaciónynorequerirningúnmantenimiento.Unaunidadcuesta6500€adíadehoy,yesunodelosproductospunterosenelcampodelasbaterías,aunquetodavíanohapasadoeltiemposuficienteparaverificarsisecumplelavidaútilqueseespera.CeldasdecombustibleLas celdas o pilas de combustible generan energía eléctricamediante una reacción químicacontroladaentreuncombustibleyunoxidante.Sudiferenciaconunabateríaconvencionalesqueestándiseñadasparapermitirelreabastecimientodelosreactivosconsumidos,conlocualpuedenproducirenergíaeléctricadeformaconstante,encontraposiciónalacapacidadlimitadadeunabatería.

3.5.5.4. SISTEMASDEALMACENAMIENTODEENERGÍAELÉCTRICAEstos sistemas pueden clasificarse en electrostáticos, referenciando los condensadores ysupercondensadores, y el almacenamiento de energía magnética por superconducción. Lasuperconducción se define como la capacidad de ciertos materiales para permitir, en unascondicionesdeterminadas,elpasodecorrienteeléctricasinresistencianipérdidasenergéticas.Loscondensadoressepuedenutilizarenaplicacionesquerequieranaltascorrientes,perosoloduranteperiodoscortos,debidoasubajacapacidad.Unsupercondensadorpuedereemplazaruncondensadornormal,peroconunadensidadenergéticamuysuperioraloscondensadoresconvencionales.Porotraparte,lossistemassuperconductoresdeenergíamagnéticapermitenalmacenar ésta en forma de campo magnético creado por la circulación de una corrientecontinua en un anillo superconductor refrigerado a una temperatura por debajo de latemperaturacríticadesuperconductividad.CondensadoresLos condensadores consisten de dos placas de metal separadas por una capa de materialaislantellamadodieléctrico.Alinducirsecargasdedistintosignoensussuperficiesmetálicas,se


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almacenalaenergíaeléctrica.Debidoasubajadensidadenergética,puedenentregarenergíaaaltascorrientes,peroduranteuntiempomuycorto.SupercondensadoresLoscondensadoreselectroquímicosdedoblecapaseencuentranenunpuntointermedioentreloscondensadoresconvencionalesy lasbaterías.Estáncompuestosporunacapa intermediacompuestaporunmaterialporosoenunadisoluciónelectrolíticaydossuperficiesmuygrandes.Comparandoconloscondensadorestradicionales,éstosposeencapacidadesdosotresórdenesdemagnitudmayores.Soncapacesdeproporcionarunagranpotenciaypuedenrecargarseydescargarsenumerosasvecessinperdersuspropiedades,alcontrarioquelasbaterías.AlmacenamientodeenergíaeléctricaporsuperconducciónLos sistemas de almacenamiento por superconducción se basan en los principios de laelectrodinámica,ramadelafísicaqueestudialainteraccióndecamposelectromagnéticosconcargasenmovimiento.Laenergíasealmacenaenelcampomagnéticocreadoporelflujodecorrientecontinuaa travésdeunabobinasuperconductora (siempreycuandoel sistemaseencuentre por debajo de la temperatura crítica de superconducción). Para mantener estatemperaturaseutilizansistemasdeenfriamientocriogénico.Estossistemaspresentanunciclodevidaalto,loquelosconvierteenadecuadosparamodosdeoperacióncontinuos,cíclicosyconstantes. Puede utilizarse para resolver problemas de estabilidad de tensión y calidad deenergíaengrandesindustrias.Los principales problemas de esta tecnología residen en su elevado coste y los problemasambientalesasociadosauncampomagnéticofuerte,por loquedeberíaestaralejadode losseresvivos.

3.5.5.5. SISTEMASDEALMACENAMIENTODEENERGÍAMECÁNICALossistemasdealmacenamientodeenergíamecánicasepuedenclasificarsegúnelprincipiofísicoenelquesebasan:

Ilustración18.Clasificacióndelossistemasdealmacenamientodeenergíamecánica

Unadelasventajasmásútilesdeestosmecanismosesquepuedenliberarlaenergíafácilmentecuando su uso se enfoque en trabajosmecánicos. En la actualidad, existen tres tecnologíasprincipales:volantesdeinercia,bombeohidráulicoyairecomprimido.Volantesdeinercia

Almacenamientodeenergíamecánica

Gaspresurizado Resorteforzado EnergíacinéticaEnergíapotencial


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Consisteenuncilindrogiratoriodegrantamañocapazdealmacenarenergíacinética,debidoalainerciageneradocuandosefrenaelparmotorqueloimpulsayalrozamientoprácticamentenulo que se consigue con cojinetes magnéticos. La energía almacenada se puede reutilizardisminuyendo la velocidad del volantemediante un par de desaceleración y devolviendo laenergíacinéticaalmotoreléctrico,queseutilizacomogenerador.Losvolantespuedenclasificarseenaltavelocidadybajavelocidaddegiro.Actualmenteexistenlíneasdeinvestigaciónabiertasparaemplearestatecnologíaensistemasdefrenadodetreneseléctricos,conlaintenciónderecuperarlaenergíadelafrenadayayudarareanudarlamarcha.BombeohidráulicoEstossistemasalmacenanygeneranenergíaelevandooliberandoaguaentredosembalsesadistintacota,utilizandolaenergíapotencialparaacumularenergíacuandoelprecioesbarato,yvendiéndolaposteriormenteenlashoraspunta,conloqueelcostedebombearelaguaaunaalturamayorsecompensayserentabilizaalvenderlaenergíaenhorasenlasqueelpreciodelaenergíaesmásalto,oparacubririnterrupcionesnoplanificadas.Actualmenteeselmétodomásefectivodealmacenamientodeenergíaagranescala.Sepuedeclasificarentrestipos:

• Buclecerrado:Dosdepósitosseparadosporunadistanciavertical,sinconexiónaotramasadeagua.

• Semi-Abierto: Consiste en un embalse artificial y un embalse conectado a un flujocontinuodeagua.

• Sistemaabierto:Flujodeaguaexistenteenambosdepósitos.Amododeconclusiónseadjuntalasiguientegráfica,enlaquesemuestralacapacidad,energíay periodo de tiempo en el cual puede suministrarse energía para cada una de las distintastecnologíasmencionadasanteriormente.


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Gráfica10.Capacidad,energíaytiempodesuministrodelasdistintastecnologías

(Extraídode(16))

Comosepuedeverenlagráficaanterior,existentecnologíasconungranrangodeaplicaciones,comolasbateríasIon-Litio,elhidrógenoolosvolantesdeinercia.EnEspañanoesusualelusodesistemasdealmacenamientodeenergíaanivel industrialodoméstico,anoserqueseempleetecnologíafotovoltaica.Síseusaencentralesgeneradorasoagranescala,comoesel casodelbombeohidráulico,oen lossistemasdealmacenamientotérmicosparacentrales termosolares.Porotraparte, sugestiónyexplotación tampocoestáaprovechada ypodría realizarsedeuna formamuchomáseficiente, como semuestra enelpuntodelagestióndedemandaoeldelcocheeléctrico.

3.5.6. GESTIÓNDELADEMANDALagestióndelademandasebasaencondicionarelconsumodelosusuariosdelared,conelfindereducirelconsumodeenergíapicoenlashorascríticas.Alconseguiresto,laredobtendríamenospérdidas,sucostedisminuiríaylacalidadyseguridaddelsistemaaumentarían.Entrelosprogramasdegestióndelademanda,lafijacióndepreciosatiemporeal(RTP)sehaconsiderado una estrategia adecuada para reducir el pico promedio de la demanda. Noobstante,estamedidaespocoefectiva,debidoaquelosconsumidoresnoestándispuestosaredistribuirsushábitosdeconsumo,Según(18),estudioenelcualseaplicaunapolíticadeRTPenunsector residencial tradicionalubicadoenShanxi,China, soloel5%de lacargamáximapudotransferirseaotrosperiodos.Dehecho,larigideztemporaldeloshábitosdeconsumodeesa comunidad se mantendría, aunque el precio de la electricidad se duplicara, según laencuestarealizada.Paraabordarelestudiodeestaárea, sevana tenerencuenta las restriccionesasociadasalsistemaconjunto,lossistemasdealmacenamientodeenergía,ylaposibilidaddecomunicación


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bidireccionalentrelaempresadistribuidorayelconsumidor,queseconsideraráendisposicióndeunainfraestructuradotadadeinteligencia.Dichosconsumidorespodríanoptarporcargarsusistemadealmacenamientocuandoelpreciodelaenergíaesmásbajo,ydescargardichosistemacuandoelprecioesmáscaro.Sinembargo,el suministro de energía, la demanda y la capacidad de la batería limitan el problema,convirtiéndoseenlasrestriccionesmencionadasanteriormente.Porlotanto,seproponeunalgoritmodistribuidoentiemporeal(19)paraencontrarelesquemadegestiónóptimadeenergíaparacadausuarioyempresadistribuidora,cuyoobjetivosecentraenmaximizarelbienestarsocial.Conladescomposicióndualentreambaspartes,elproblemaprimario se desacopla en varios subproblemas independientes que cada usuario y empresapuedenresolverdeformadistribuidaencadaintervalodetiempoparadeterminarlocalmentela mejor configuración entre demanda de energía, la carga y descarga de la batería y elsuministrodeenergía,sinrevelarointercambiarinformaciónprivadadeningunadelaspartes.DefinicióndelproblemaParadefinirelproblema,seconsideraunsistemacontantasempresasdistribuidorasyusuariosinteligentes como sea necesario. Un usuario inteligente se define como su consumo, uncontadorinteligente,yunsistemadealmacenamientodeenergía,comopuedeserunabateríaysuinversorcorrespondiente.Seasumequecadacontadorinteligenteposeeuncontroladordeconsumodeenergía(ECC),capazdecontrolareltiempoymododefuncionamientodecadaelectrodoméstico, incluida la energía del sistema de almacenamiento, y en conexión con ladistribuidoraatravésdeunareddeárealocal.Undía se consideraunciclo, y sedivideen intervalosde tiempodeunahora, con loque laconfiguraciónmásadecuadaseconvierteenunproblemadeoptimizaciónquebuscalagestiónóptimadelaenergíaparacadahora.RestriccionesdelsistemaEn primer lugar, cabe clasificar los consumos del usuario en “imprescindibles”, que debenemplearseduranteunperiododetiempodeterminado,independientementedelpreciodelaelectricidad,comopodríaserunanevera,losaparatosdecocinaolailuminación,sihablamosdeunconsumidorresidencial,y“prescindibles”,consumosquepuedenrealizarseencualquiermomentodeldíaysepuedenadaptaralpreciodelaelectricidadparaproducirahorros,comola lavadora, secadora o lavavajillas en un consumidor residencial. Una vez se realiza estaclasificación,esposibledefinirunosumbralesdeenergíainferior,superioryuna“líneabase”constituida por el consumo máximo de los consumos imprescindibles. Además, existe unaelasticidadenlademanda,conelfindequelosconsumosprescindiblespuedanrealizarseenlosplazosrequeridos.Porotraparte,esnecesariodefinirelsistemadealmacenamiento,lafuncióndecargaydescargay las restricciones derivadas de su capacidad, estableciendo límite inferior y superior, ycontrolandosuniveldecargaentodomomento.Desdelaperspectivadelaempresadistribuidora,sedefineelsuministrodeenergíaparacadaintervalodetiempo.Estesuministroestálimitadoporlasrestriccionestécnicasdeoperacióndelared,comopuedenserelcalentamientodelaslíneasolaoptimizacióndelflujodepotencia.Formulacióndelproblema


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Yaquecadausuariodeseamaximizarsupropiobeneficio, laconfiguraciónóptimaindividualpodríanoserlamásadecuadaparaelsistemaanivelglobal,portanto,lafunciónobjetivosedefine como los beneficios totales de todos los usuarios menos el coste de generación deenergía,siemprecumpliendolasrestriccionesmencionadasanteriormente.ResultadosdelasimulaciónParaobservarlaefectividaddelalgoritmo,en(19)sesimulantresestrategiasdiferentesparaunamismacomunidadresidencial.Laprimeraestrategianoutilizagestiónde lademanda, lasegundalautilizasinconsiderarsistemasdealmacenamientoylatercerasílosconsidera.Losresultadossemuestranenlasiguientegráfica.

Gráfica11.Resultadosdelasimulacióndelalgoritmodegestióndelademanda

(Extraídode(19))

Comosepuedeobservar,disminuyenloscostesdegeneraciónydelosusuariosdelared,asícomo la demanda pico y la demanda total cuando se consideran los sistemas dealmacenamiento. Por lo tanto, se demuestra que el algoritmo beneficia a la totalidad de lasociedad.Actualmente, Red Eléctrica de España posee un servicio de interrumpibilidad (20). Estaherramientaaportaflexibilidadysoportecuandoseproducendesequilibriosentrelageneracióny la demanda. Sólo se aplica a grandes consumidores, los cuales reducen drásticamente suconsumoparaque lademanda seajustea la generación.A cambio, recibenuna retribucióneconómica. En la siguiente gráfica se muestra la potencia interrumpible por ComunidadesAutónomas.


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Gráfica12.PotenciainterrumpibleparacadaComunidadAutónoma(Extraídode(20))

Másalládeesto,nosepracticaningunagestióndelademanda,conloquelaimplementacióndelalgoritmoanteriormenteplanteadopodríaproducirgrandesbeneficioscomodemuestranlosresultadosdelaGráfica11.

3.5.7. IMPLANTACIÓNDELVEHÍCULOELÉCTRICOUnvehículoeléctricoesaquelqueempleaunoomásmotoreseléctricosutilizandolaenergíaalmacenadaenbateríasrecargables(BEV)ocombinandounmotorconvencionalyunoeléctrico,denominándose como híbrido enchufable (PHEV). En este apartado se van a valorar lasconsecuenciasquetendríasu implantaciónmasivaenunaredinteligenteyenquéestadoseencuentraEspañaconrespectoalrestodepaísesencuantoalaaceptacióndeestatecnología.Enprimerlugar,esposibleexplotarlautilidaddelvehículoeléctricocomoelementodeunaredeléctrica. Una de las ventajas principales consiste en la posibilidad de realizar una recargainteligente (21). Esto consiste en recargar el vehículo en las horas valle, cuandohaymenosdemandadeenergíay,portanto,éstaesmásbarata,ydescargarsusbaterías(VehicletoGrid,V2G)enlashoraspuntaparaaumentarlaseguridaddelsuministro;estosetraduciríaenunaseriedebeneficios:

• Reduccióndelospicosdedemandaenlashoraspunta.• Aumentodelaeficienciadelsistema,comoconsecuenciadelpuntoanterior.• Mayor integracióndeenergías renovables,yaque laenergíaqueantesseextraíade

centralestérmicasenlashoraspuntasesustituyeconlasbateríasdelosvehículos.• Reduccióndelasemisiones,debidoaldescensodeenergíadeorigentérmico.


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Según (22) estas son las cifras de la cuota demercado del coche eléctrico y el número deestacionesderecargadisponiblesdeformapúblicaenlosúltimos3años:

Gráfica13.CuotademercadodelcocheeléctricoenEspaña


Gráfica14.EstacionesderecargapúblicasenEspaña


Como se puede ver en las gráficas, tanto las estaciones como la cuota de mercado hanaumentado,perosucómputototalesmuybajo,quizádebidoalossiguientesinconvenientes:


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• Falta de desarrollo tecnológico en el campo de las baterías, los vehículos eléctricosposeenmenosautonomíaquelosconvencionales.

• Sucosteesmayorqueeldeunvehículoconvencional.• Pararecargarsusbaterías,debeexistirunaconexiónalaredeléctrica.• El tiempoderecargaesconsiderablementemayorqueel tiempoderepostajeenun

vehículoconvencional.Actualmente,REEposeeun“SimuladorderecargadelVehículoEléctrico”,enelcualsepuedendefinirdeterminadosparámetrosparacomprobarlavariacióndelacurvadedemandadelpaísconlaintegracióndelvehículoeléctrico.Losparámetrossonlossiguientes:

Ilustración19.VariablesdelsimuladorderecargadelVehículoEléctrico

(Extraídode(23))

Para evaluar el impacto de la implantación del vehículo eléctrico se van a asumir unascondiciones“ideales”sobrelasquepoderevaluarlaevolucióndelsistemaentornoaunaúnicavariable,elporcentajedevehículoseléctricosrespectoalatotalidaddelparquemotor.Comoparámetrossevanafijarlascaracterísticasdeunaredinteligente,suponiendo100%derecargainteligente,y100%deaccesoarecargaeneltrabajoyenelectrolineras.Losresultadosobtenidossevenenlasiguienteimagen:

DISEÑO

DEESTRATEGIASDEOPTIM

IZACIÓNPARACO

NVERTIRUNAREDELÉCTRICACONVENCIO

NALENUNASMARTGRID:APLICACIÓ

NALAREE

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Gráfica15.ResultadosdelaSimulacióndelim

pactodelVehículoEléctrico(Gradodepenetraciónenelmercado,dearribaabajoydeizquierda

aderecha.de0,25,75y100%).

(Extraídode(23))


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ComosepuedeverenlaGráfica14,lacurvadedemandaseaplanacuandoexisteun25%devehículoseléctricos, y la demanda va aumentando en las horas nocturnas para porcentajes mayores. Estoimplicaría una mayor integración de las renovables y un gran impacto sobre el mercado de loscombustiblesfósiles,cuyademandasereduciríadeformadrástica.Noobstante,aúnestamosmuylejosdeestepunto;comoseobservaenlasgráficasanteriores,lacuotadelmercadodel cocheeléctricoesbajísima, y, si bienempiezanaemerger lospuntosde recarga,todavíapresentauncosteelevadoyfaltamuchaconcienciaciónporpartedelusuario.Además,actualmentenoserealizaunagestióndelarecargainteligente,lacualseasemejaenlaformadesuautomatizaciónalalgoritmoexpuestoenelpuntodelagestióndelademanda.Suimplantaciónsería muy ventajosa para aumentar la seguridad del sistema eléctrico, así como su fiabilidad yeficiencia.

4. CONCLUSIONESYRESULTADOS

Conelpropósitoderecopilartoda la informaciónyexponer lomás importanteseconcluyeconlassiguientesafirmacionesgenerales:

• Latransicióndeunaredeléctricaconvencionalaunaredeléctricainteligentesepuederealizarsiguiendounametodologíayunordenadecuadoparasucorrectaimplantación.Lospasosaseguirpodríanresumirseen:

o Infraestructuraquepermitauncontroladecuadoaniveloperacionalo Infraestructuradecomunicacionesquepermitaunflujodeinformaciónbidireccionalo Implantacióndeuna infraestructurademedición inteligente,que seacapazdedar

soportealasnuevasfuncionalidadesdelaredinteligenteo Implementacióndealgoritmosquepermitanlaresoluciónautomáticadenumerosos

problemas de optimización, como la autorreparación de la red o la gestión de lademanda

• Actualmente,laREEseencuentraenlafasedeintegracióndelamedicióninteligente,pasofundamentalparacontinuarconladotacióndeinteligenciaalared.

Además,sepuedenextraerlassiguientesconclusionesdecadaáreademejora:

• Infraestructura de la red inteligente- La arquitectura del sistema eléctrico debe incluir un

sistemadetelecomunicacionesquepermitalatransmisiónbidireccionaldedatos,ademásdeuna infraestructura de medición avanzada, compuesta principalmente por el contadorinteligente. España cuenta con una implantación extendida de tecnología detelecomunicaciones,asícomodemedicióninteligenteenprácticamentelatotalidaddelsectorresidencialydepuntosdesuministrodemenosde15kW.

• Automatización–Aniveldegestióndelsistemaaniveltécnicoesnecesariouncontrolsimilaraldeunaredeléctricaconvencionalparamantenerlaestabilidaddedeterminadasvariablesclave.Paraello,seempleantresnivelesdecontrol:

o Controlprimario:Mantienelosvaloresdetensióndereferenciaparacadanudodela

red.Además,equilibralageneraciónylademanda.


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o Control secundario: Ajusta los valores de frecuencia de referencia en cada nodo yreajustalosflujosdepotenciaprogramadosentreáreas.

o Controlterciario:Restituyelareservadegeneraciónajustandolaprogramacióndelosgeneradores.

ActualmentelaredeléctricadeEspañacuentaconestetipodecontrol.

• Flujodecarga,autorreparaciónygestióndelademanda-Esfundamentallaimplementaciónde algoritmos que permitan la resolución de problemas de optimización; en concreto, laoptimizacióndelflujodecarga,laautorreparacióndelaredylagestióndelademanda.Ensusrespectivos apartados se ha abordado su explicación teórica y las ventajas que ofrece suimplantación.EnEspañanoseaplicanestosalgoritmos,exceptuandoelflujodecargaconlaspeculiaridadesmencionadasenelpropioapartado.

• Seguridad-Laseguridaddesdeelpuntodevistatécnicodebeabordarsemedianteprotocolos

deactuación,empezandopor laprevención,yasumirsecomounaprioridad,debidoalaltonúmero de amenazas potenciales, tanto artificiales como naturales. Por otra parte, laseguridad desde el punto de vista político-social debe asegurarse mediante políticasreguladoras, incentivosy subvencionesparapromover sudesarrollo.Además,esnecesariaunaconcienciaciónprofundaentodoslosagentesdelsistemaparapotenciarlaefectividaddelaredinteligente.

• Implantacióndelvehículoeléctrico-Actualmente,seestándandolosprimerospasoshaciala

implantacióndelvehículoeléctricoenEspaña.Noobstante,lacuotademercadotodavíaesmuy baja, quizá debido a las incomodidades que supone con respecto a un vehículoconvencional.Porotraparte,noseexplotalarecargainteligentequepodríatraducirseenunaumentodefiabilidadyeficienciadelsistemaeléctricoespañol,asícomodeundescensodelusodetecnologíastérmicas.

Para clarificar las conclusiones se presenta la siguiente tabla resumen, que recoge las principalesdiferenciasentreunaredinteligente“ideal”ylaredeléctricaespañola:

Característica RedEléctricadeEspaña SmartGrid

Infraestructuratécnica PPP PPP

Telecomunicaciones PPP PPP

AMI PP Completamenteimplementada

Control1º,2ºy3º PPP PPP

Flujodecarga P(Mejorable) PPP

Autorreparación O PPP

Gestióndelademanda P(Interrumpibilidad) PPP

Seguridadtécnica PP(Faltaautorreparación) PPP

Ciberseguridad P(Incompleta) Capazdeneutralizaramenazas

Seguridadpolítico-social P Total

Implantacióndelvehículoeléctrico O TotalTabla11.Tablaresumenconlasprincipalesdiferenciasentreunaredinteligenteylaredespañola


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