Palabras clave: Innovación, redes inteligentes, contadores inteligentes, sostenibilidad, inversión, generación distribuida.

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1 Proyecto PRICE (Generación Distribuida), Experiencias de Gas Natural Fenosa con las Redes Inteligentes y desarrollos a nivel europeo en cuanto a integración de la GD. Mariano Gaudó; mgaudo@gasnatural.com Jorge Tello; jtellog@gasnatural.com Fernando Salazar; fsalazar@gasnatural.com Alfonso Carraza; acarranza@gasnatural.com Resumen: Gas Natural Fenosa mantiene una sólida posición de liderazgo internacional por su labor de transformación de sus redes de distribución de electricidad para convertirlas en redes inteligentes. Un ejemplo de esto es el hecho de que la compañía acabara el año 2012 con contadores inteligentes y automatizando más de centros de transformación. En la actualidad está liderando el proyecto de Gestión Distribuida (PRICE-GDI) cuyo objetivo es buscar soluciones que permitan una correcta integración de recursos energéticos distribuidos en la red eléctrica. Ni las redes eléctricas ni la normativa están totalmente preparadas para una integración masiva de energías renovables por lo que es necesario disponer de un sistema que gestione la generación distribuida y que permita una correcta operación de la red, así como nuevas metodología y herramientas adecuadas capaces de modelar los aspectos relacionados con la integración de la generación distribuida y de anticiparse a los problemas tecnológicos y a las barreras que frenan la integración de este concepto de generación. Numerosos movimientos se están produciendo en la actualidad en el ámbito normativo, uno de los que más puede afectar a la misma es el desarrollo de los Procedimientos de Operación europeos: los Network Codes. Área temática: Redes Inteligentes, Generación Distribuida. Palabras clave: Innovación, redes inteligentes, contadores inteligentes, sostenibilidad, inversión, generación distribuida. 1. VISIÓN DE LA INNOVACIÓN La innovación se ha consolidado como una de las palancas clave en la recuperación económica. Las empresas más innovadoras son, en general, las que mejor están respondiendo en este entorno desfavorable. Por ello, Gas Natural Fenosa mantiene un esfuerzo permanente para seguir con los programas iniciados. La respuesta al cambio climático continúa siendo una de la las motivaciones clave para impulsar las líneas tecnológicas de innovación de la compañía. En Europa, Gas Natural Fenosa soporta los objetivos del Plan Estratégico de Tecnología Energética (SET Plan), participando 1

2 activamente en los proyectos de investigación de uno de sus pilares más importantes: la EEGI o Iniciativa Industrial de Redes Eléctricas. El SET Plan sigue su curso de cara a aportar avances tecnológicos que permitan el cumplimiento de los objetivos trazados por la Comisión Europea en el campo de la energía para el año LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA EN LA RED DE DISTRIBUCIÓN La conexión de un elevado número de generadores distribuidos afecta en gran medida al diseño y funcionamiento de las redes de distribución. Estos efectos pueden ser tanto positivos como negativos. Por lo tanto, analizar estos impactos es esencial para poder establecer los mecanismos técnicos y regulatorios que permitan integrar la generación distribuida de una manera más eficiente. En el caso más general, la generación distribuida disminuye la demanda final de las redes de distribución: disminución de saturación en centros de transformación, circuitos y subestaciones. La generación distribuida puede influir en la calibración y diseño de las protecciones (debido a la variación de las potencias de cortocircuito o a las inversiones de flujo). La conexión en Media Tensión seguirá siendo supervisada por los distribuidores. Una mayor flexibilidad de la red podría permitir una mayor capacidad instalada de renovables. Las redes de distribución deberán ser más flexibles para operar entre mayores márgenes de variación demanda-generación. Dependiendo de las características de generación y demanda, y de la flexibilidad disponible, en cada zona se podrá permitir un mayor o menor nivel de penetración en baja tensión. El aumento de la flexibilidad puede obtenerse mediante: Gestión Activa de la Demanda, almacenamiento, cambios de configuración de la red de distribución, mayor control sobre los centros de transformación, etc. El papel a desarrollar por DSO (Operador de la red de Distribución) en este nuevo escenario cambia, para poder mantener sus objetivos básicos de ser facilitador de mercado, dando acceso transparente y no discriminatorio a las redes y asegurando la seguridad del sistema y la calidad de suministro. Gas Natural Fenosa considera necesario habilitar la figura del gestor del sistema de distribución, no sólo como responsable de la explotación, el mantenimiento, el desarrollo de su red de distribución, así como, en su caso, de sus interconexiones con otras redes, sino también como gestor de los servicios complementarios por parte de la generación distribuida e impulsor de los procedimientos de operación básicos de las redes de distribución POD s para maximizar la integración y contribución de la generación distribuida en la seguridad y calidad de suministro. Los beneficios de la implantación de la Generación Distribuida (GD) se ven reducidos por diversas barreras que dificultan su obtención en la práctica. El principal obstáculo 2

3 es que no existen mecanismos para que la GD proporcione firmeza a la hora de planificar la red.. Consiguientemente, podría ocurrir que en momentos de máxima demanda la GD no generara lo estimado a la hora de diseñar la red y esto diera lugar a sobrecargas o interrupciones, por lo que las redes deben seguir sobredimensionándose para potencias máximas que sólo se dan unas horas al año. La presencia de GD puede producir complicaciones a los esquemas de protección de las redes de distribución, debido a su contribución a las corrientes de falta. Asimismo, la GD puede afectar negativamente a los sistemas de control de tensiones interfiriendo con el funcionamiento de reguladores de tensión y baterías de condensadores. No obstante, estos problemas se pueden solucionar de una manera relativamente sencilla mediante una adecuada integración de la GD, que podría incluso contribuir a mejorar el perfil de tensiones de la red de distribución. La GD altera los flujos de energía por las redes, lo que a su vez afecta a las pérdidas de energía que se producen. Estudios demuestran que niveles moderados de GD permiten reducir las pérdidas producidas en las redes de distribución. No obstante, a medida que aumenta el grado de penetración, la tendencia se invierte y las pérdidas podrían crecer de nuevo incluso a niveles superiores a los que se producirían en ausencia de GD. Los factores más relevantes que afectan a las pérdidas son la concentración y penetración de GD, así como las tecnologías de producción presentes y su perfil de producción respecto al perfil de demanda. Los generadores conectados en alta tensión deben enviar medida de P,Q, I y U en tiempo real al centro de control de la red de distribución, quien los pasará al TSO, mientras que los conectados en media tensión deberán enviar estas medidas a partir de cierta potencia. Para los generadores conectados en Baja Tensión no será necesario disponer de medida en tiempo real. Asimismo cualquier orden del operador del sistema a usuarios de la red de distribución deberá pasar por el DSO. Todos estos temas se están legislando a nivel europeo dentro de los conocidos como Network Codes, que son uno de los mecanismos mediantes los cuales la Comisión Europea espera conseguir sus ambiciosos objetivos de política energética. 3. INTEGRACIÓN DE LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA CON LAS REDES INTELIGENTES En términos generales, la integración de la GD será más eficiente cuanto más próxima se sitúe la GD de los puntos de consumo, y en volúmenes similares de potencia, y cuando la operación de la red se realiza de una manera más activa. Esto no quiere decir que la integración a gran escala de la GD no pueda lograrse mediante tecnologías convencionales. Actualmente, la compañía de distribución no disponen de todos los medios para conocer el estado de los generadores distribuidos, es decir si se encuentran o no conectados a la red y cuál es su producción en cada momento. Así por ejemplo, en el 3

4 RD 1565/2010 los GD o agrupaciones de ellos de más de un 1MW deben enviar telemedida al operador del sistema lo que plantea situaciones en las que el operador del sistema monitoriza una parte de la red de distribución, que el distribuidor no ve, ya que no dispone de capacidad legal para ello. Asimismo, la agregación de pequeñas unidades de GD permitirá a los mismos extraer los máximos beneficios de los mercados eléctricos, al gestionar el riesgo de la variabilidad que caracteriza a muchas de estas tecnologías de forma conjunta, no sólo de los mercados de energía sino también de servicios complementarios, ya que permitiría obtener servicios adicionales para la operación del sistema en su conjunto, como el control de frecuencia y la provisión de reservas, o para la solución de congestiones en redes de media y baja tensión. 4. PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN En el ámbito de las redes inteligentes Gas Natural Fenosa ha acometido una nueva arquitectura de red inteligente iniciándose en el desarrollo de diversas herramientas para dar soporte a la operación de esta red, tanto desde el punto de vista de la gestión de la propia red y sus activos (proyecto Cenit Energos), como de la adquisición y tratamiento de la gran cantidad de medidas que se van a generar (proyecto Eureka Imponet). También son relevantes las investigaciones en el área de inteligencia distribuida para el tratamiento de la información (proyecto 7º PM HyperDNO) y las soluciones específicas de automatización para la red (proyecto Innpacto RedNA). 5. PROYECTOS DE DEMOSTRACIÓN Después de varios años de investigación y desarrollo en la red inteligente, se dispone ya de soluciones con un grado de madurez adecuado para ser probadas en entornos reales, paso previo imprescindible a su implantación masiva. En este sentido, Gas Natural Fenosa ha lanzado dos proyectos de carácter demostrativo. Por un lado, se ha abordado el proyecto SCALA, que se desarrolla en las redes de distribución de las poblaciones de Alcalá de Henares y Aranjuez, en la Comunidad de Madrid, con objeto de probar nuevos contadores inteligentes con tecnología de comunicación PRIME 1 a través de la red eléctrica de baja tensión, que, además, incorpora la modernización de los centros de transformación, la monitorización de la generación distribuida existente en la zona, y la instalación de puntos de recarga eléctrica. Por otro lado, el proyecto Innpacto 2 PRICE pone el énfasis en el desarrollo y demostración de soluciones interoperables y comunes a empresas distribuidoras en un ámbito geográfico compartido, con desarrollo y demostración en cuatro áreas: monitorización y 1 PRIME = PoweRline Intelligent Metering Evolution

5 automatización de la red de distribución, gestión energética de los centros de transformación, integración de renovables y gestión de la demanda, incluido el vehículo eléctrico. PRICE 1 (Proyecto Conjunto de Redes Inteligentes en el Corredor del Henares) Para poder dar respuesta a estos desafíos Gas Natural Fenosa lidera conjuntamente con Iberdrola el proyecto PRICE (Proyecto Conjunto de Redes Inteligentes en el Corredor del Henares). Esta iniciativa abarca cuatro distintos proyectos que cubren las necesidades identificadas para el desarrollo de una red inteligente dentro de un marco de eficiencia, seguridad y sostenibilidad, y se articula en base a los siguientes proyectos: PRICE-RED: Supervisión y Automatización. PRICE-GEN: Gestión Energética PRICE-GDE: Gestión de la Demanda PRICE-GDI: Generación Distribuida El Corredor del Henares, emplazamiento en el que se realizan los cuatro proyectos PRICE, permite disponer de diferentes tipologías de red, fuerte presencia de Generación Distribuida, presencia de grandes clientes industriales, superficies de consumo y ocio y una alta concentración de puntos de suministro. Brevemente, en el proyecto PRICE-RED (Supervisión y Automatización), se está diseñando y desarrollando una nueva plataforma de red inteligente e interoperable mediante la integración de sistemas y equipos en la red de centros de transformación que permitan la supervisión y automatización de la red completa de distribución. Sus objetivos técnicos se centran sobre todo en el desarrollo, despliegue e integración de una solución avanzada de supervisión y automatización de los centros de transformación que conllevará desarrollar tecnológicamente nuevos sistemas de adquisición, integración de equipos inteligentes así como nuevos algoritmos de procesamiento de información en tiempo real. En el proyecto PRICE-GEN (Gestión Energética) se está desarrollando una arquitectura de red óptima e interoperable, teniendo en cuenta las nuevas necesidades de la red inteligente y la implantación de dicha arquitectura mediante el desarrollo de nuevos equipos de medida inteligente que proporcionen información puntual de los consumos y de la generación tanto de los clientes como los propios del estado de la red eléctrica. Sus objetivos técnicos son el desarrollo, despliegue e instalación de las herramientas y sistemas de gestión inteligente (contadores inteligentes, concentradores e infraestructura de comunicaciones, etc.) necesarios para la telegestión de la red, bajo el punto de vista de la interoperabilidad

6 Finalmente, en el proyecto PRICE-GDE (Gestión de la Demanda) se está desarrollando un sistema de monitorización de consumo de para los clientes estableciendo nuevos canales de información hacia ellos.. PRICE GDI: Generación Distribuida El objetivo del proyecto PRICE-GDI es buscar soluciones que permitan una correcta integración de recursos energéticos distribuidos en la red eléctrica. Las principales actividades que se están desarrollando en el ámbito del proyecto son: Desarrollo de la arquitectura de red necesaria para la integración de la generación distribuida y de los modelos de gestión de la misma, tanto desde un punto de vista técnico como económico de la generación en la red de distribución. Desarrollo de un despacho central de generación distribuida para monitorizar y controlar la misma, integrando las distintas tecnologías de bajo una misma gestión integrada. Desarrollo equipos asociados a las fuentes de generación distribuida que permitan su Interacción con el despacho de gestión distribuida en tiempo real y su gestión remota. Desarrollo de nuevos sistemas de potencia para control de tensión, tanto en líneas de media tensión como asociados a generadores distribuidos. Puesta en servicio y pilotaje de los sistemas y equipos desarrollados, así como el análisis de los resultados. En el Corredor del Henares, en la zona geográfica del PRICE, se conectan 71MW a la red de media tensión (eólica, cogeneración y fotovoltaica) y 1,9MW a la red de baja (fotovoltaica). Despacho de Generación Distribuida El despacho de generación distribuida en desarrollo tiene dos niveles de funcionamiento: agregado y local. En el primero de ellos el objetivo es ofrecer una información al operador del transporte o distribuidor frontera acerca de la generación asociada a una zona de la red de distribución. En el segundo, el objetivo es evaluar el impacto que la generación distribuida tiene sobre la red a la que se conecta. En este sentido, resulta de vital importancia contar con un estimador de estado que proporcione el estado de la red eléctrica (tensiones en los nudos y flujos de potencia por las líneas) a partir de un conjunto de medidas. Habitualmente, las redes de distribución MT y BT carecen de las medidas necesarias para realizar esta función ya que, a lo sumo, se miden las intensidades en las salidas de los alimentadores MT, por lo que para poder disponer de una herramienta de estimación de estado tiene como paso previo e indispensable el disponer de un conjunto de medidas suficiente en los nudos de la red de distribución: tanto de los 6

7 nudos de generación en los que se realizará la monitorización de los distintos generadores distribuidos en tiempo real como de los nudos de consumo. En el proyecto PRICE se está realizando un despliegue de contadores inteligentes con concentradores que aglutinarán medidas a nivel de CT. Estas medidas se utilizan para obtener unos patrones de consumo de potencia activa y reactiva de cada CT. A partir de medidas de cabecera y con estos patrones de consumo se estima el consumo instantáneo de cada CT. A partir de estas medidas, unas de ellas en tiempo real y otras estimadas, se podría disponer de un Despacho de Generación Distribuida en donde conocer el estado de la red de distribución y que permitiría Evaluar las congestiones o sobrecargas de líneas y, como consecuencia, modificar la consigna de potencia activa de los generadores distribuidos. Calcular las tensiones de los nudos de la red de distribución que permitan modificar de forma adecuada la referencia de potencia reactiva de los generadores distribuidos. Los posibles efectos que tendría la pérdida de generación en la red de distribución. El impacto de la generación distribuida en la red en relación a los perfiles de tensión y pérdidas de la red. 7.2 Sistemas de Potencia para Control de Tensión Las funcionalidades más destacables del Sistema de Potencia para estabilidad de tensión en línea serán: Control de tensión del punto de conexión en la línea de MT en extremos de líneas rurales extensas con baja potencia de cortocircuito y generación distribuida Control del factor de potencia del conjunto de cargas generación aguas abajo del dispositivo de compensación. Control del flujo de potencia por la línea. El D-STATCOM (Distribution - STATic var COMpensator) se va a conectar a la red de media tensión mediante un transformador dedicado a la aplicación, con una tensión nominal del transformador en su lado de baja tensión de 420 V ac (400 V ac + 5%). Desde el punto de vista del dimensionado del equipo se tiene un equipo mixto (electrónica de potencia + banco de condensadores y/o inductancias) del orden de ±1100 kvar a 420 V. De acuerdo con el diseño, en la red en donde se instalará el equipo, un D-STATCOM + banco de condensadores de 1.8 MVAR capacitivos, el porcentaje de influencia máxima en la variación de la tensión de la red en el punto de conexión común, es de un 2.0 %. Se ha considerado el caso de elevar la tensión del PCC dado que es la condición más restrictiva para el D-STATCOM. 7

8 6. LABORATORIO DE INTEROPERABILIDAD (LINTER) Las redes inteligentes están modificando los procesos y tareas de las empresas de distribución eléctrica. Con la evolución de la red eléctrica tradicional hacia una red inteligente, el Laboratorio de Interoperabilidad (LINTER) surge para resolver la necesidad de disponer de un entorno en el que poder desarrollar los proyectos en los que se está construyendo la tecnología y de validación exhaustiva antes de cualquier despliegue. El laboratorio se sitúa en el Campus de Puente Princesa en Madrid, centro neurálgico de la red de distribución de electricidad ya que está instalada una de las subestaciones más innovadoras en Madrid y está ubicado el Centro de Operación de Red (COR). LINTER da soporte para todos los proyectos de innovación y despliegue de Redes Inteligentes focalizado en: Interoperabilidad de Contadores, automatización de la red de media y baja tensión e Integración de generación renovable En particular LINTER representa el soporte para testear los prototipos y validaciones previos necesarios en el ámbito de PRICE-GDI. 7. CONCLUSIONES Gas Natural Fenosa considera necesario habilitar la figura del gestor del sistema de distribución, no sólo como responsable de la explotación, el mantenimiento, el desarrollo de su red de distribución, así como, en su caso, de sus interconexiones con otras redes, sino también como gestor de los servicios complementarios de la generación distribuida e impulsor de los POD s para maximizar la integración y contribución de la generación distribuida en la seguridad y calidad de suministro. Numerosos movimientos se están produciendo a nivel normativo que afectarán a la generación distribuida, y es necesario que en ellos se contemple adecuadamente la figura del DSO como gestor de parte de un sistema en continua evolución. Uno de ellos es la redacción de los Network Codes que afectarán tanto a los requerimientos que se exija a los generadores como a la forma de operarlos. PRICE-GDI se presenta como la oportunidad de reforzar la necesidad descrita bajo el amparo de un proyecto de demostración, donde se llevan a la práctica las necesidades de monitorización y supervisión de la generación distribuida relevante en la red de MT y BT del Corredor del Henares. Un reciente estudio, elaborado por el Boston Consulting Group, y presentado en el marco de la Asamblea General de la asociación FUTURED, señala que el desarrollo de las redes inteligentes mejorará la competitividad del país y producirá beneficios para los sectores tecnológico, eléctrico e industrial. Las inversiones en redes inteligentes durante los próximos años se situarán en millones durante la próxima década y generarán un valor de entre 2 y 3,5 veces esta inversión. Además, el desarrollo de nuevas aplicaciones y la mejora de la eficiencia del sistema eléctrico 8

9 aportarán un beneficio de entre y millones de euros. Esta mayor eficiencia reducirá la dependencia energética de España en 5,3 puntos porcentuales en 2020, o lo que es lo mismo, evitará importaciones de combustibles fósiles por valor de millones de euros al año. Las emisiones de CO2 bajarán el 3,7% (15 millones de toneladas) en REFERENCIAS Documento de Impacto Económico de las Redes Inteligentes en España (BCG) Grids-en-Espa%C3%B1a.pdf Análisis de la normativa relacionada con el generación distribuida (Grupos de Trabajo Smart Gris CNE) Las redes eléctricas inteligentes, (Fundación Gas Natural Fenosa) as%20tecnicas/22%20las%20redes%20eléctricas%20inteligentes/prologo_22.pdf 9