RESULTADOS DEL PROYECTO OPTIMAGRID NÚMERO 4 1 ENRGÍA LÍMPIA PARA UN DESARROLLO SOSTENIBLE Origen de la iniciativa La microrred en áreas industriales La idea esencial del proyecto OPTIMAGRID es definir, diseñar, desarrollar e implementar sistemas de control inteligentes basados en computación distribuida, que deciden en tiempo real la distribución óptima de energía renovable producida, teniendo en cuenta la demanda de un área industrial concreta. Smartgrid es una forma de distribución de electricidad, donde se integran las tecnologías de la información con el fin de suministrar eficientemente energía eléctrica de manera sostenible, económica, segura y oportuna. Estas redes inteligentes necesitan que la información fluya desde y hacia el consumidor para que tenga el cliente tenga opciones de configurar su consumo y mejorar sus costes. Clásicamente la generación eléctrica se encontraba separada del nivel de distribución y áreas de consumo. Un nuevo paradigma plantea la irrupción de las smartgrid para facilitar la generación en diferentes niveles de distribución, lo que puede acarrear un considerable grado de complejidad a la hora de controlar el sistema. Una microgrid (microred) es un forma de organización de la generación, distribución y consumo de energía en un área de caracterizada administrativamente (población), confinada geográficamente (comarca), determinada por asociación de interés económico (polígono industrial) o siguiendo cualquier otra relación de agrupamiento. El proyecto OPTIMAGRID estudia la viabilidad de las microrredes en las áreas industriales, que puede operar con conexión a la red eléctrica o en forma de isla, operando en su conjunto Resultados del proyecto Boletín especial núm 5. 17 de junio de 2013 como una unidad independiente para la gestión, predicción y compensación de la energía consumida y generada, cuyos recursos producen sólo energía renovables. Para ello, dentro del programa Optimagrid se van a definir, diseñar e implementar sistemas inteligentes de control de energía que permitan la gestión en tiempo real de una microred de distribución de energía eléctrica aplicada a un área industrial con elevado porcentaje de penetración de energías renovables, capaz de ser autogestionable energéticamente. Una parte importante de las emisiones de CO2 proceden del sector industrial, más de la mitad del consumo energético procede de la energía eléctrica. Por esta razón, el proyecto prioriza en su estudio los núcleos industriales para ayudarles a cambiar el calificativo de agentes contaminadores. La Universidad de San Jorge (Escuela de Ingeniería Informática) lidera el proyecto, con la participación de 7 socios más: Fundación para el Desarrollo de las Nuevas Tecnologías del Hidrógeno en Aragón, FUNDACION CIRCE Centro de Investigación de Recursos y Consumos Energéticos, Ecole d Ingénieur Ecole Supérieure des Technologies Industrielles Avancées (ESTIA) (Francia), Universidade Técnica de Lisboa Instituto Superior Técnico RGESD (Portugal), Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), Asociación de Investigación y Cooperación SOCIOS Industrial de Andalucía (AICIA), Ayuntamiento de Sant Vicent del Raspeig. EL proyecto se ha desarrollado desde enero de 2011 hasta junio de 2013 y ha contado con un presupuesto de 1.190.271,46, de los que el 75% ha corrido a cargo de los fondos FEDER del Programa Interreg SUDOE de la Comunidad Europea.
RESULTADOS DEL PROYECTO OPTIMAGRID NÚMERO 4 2 Impacto en las áreas industriales tanto es conveniente que la I+D se realice ya en ese contexto. Últimamente, la incorporación de las energías renovables está cambiando el concepto y maneras del servicio de fluido eléctrico, con una tendencia a la descentralización en la generación y distribución. La integración de las renovables al sistema suscita cambios en el modo de producción, que debe ser controlada y dependiente de una demanda, que, recíprocamente, sabe adaptar sus requerimientos a la oferta de energía disponible sin renunciar a la fiabilidad y calidad de servicio. Realizar todo este proceso de forma automática, buscando equilibrio y optimizando ciertos parámetros, implica necesariamente el desarrollo de un sistema informático que le da el carácter de inteligente a la red, de ahí su denominación smart-grid (microred inteligentes, o bien micro-grid ). El objetivo de la cooperación ha sido contribuir a la cohesión económica y social, aprendiendo cómo mejorar las estrategias de las políticas nacionales, regionales y locales. El valor añadido de la cooperación transnacional ha reforzado las relaciones interculturales, la transferencia de conocimiento, ha desarrollado una comprensión mutua y facilitado la cohesión y sostenibilidad. Tras definir la problemática energética en la zona SUDOe, se ha diseñado, configurado y verificado bajo simulación en muchos casos, diez diferentes tipos de microrredes en función de la naturaleza del área industrial, demostrando que la capacidad y flexibilidad del sistema de control le permite adaptarse a prácticamente cualquier tipo de área industrial logrando un óptimo redimiendo de los recursos energéticos renovables instalados. Además los demostradores, simuladores e instalaciones de prototipos son productos, que junto a la orientación de guías y manuales, llevan a las empresas e inversores al convencimiento de que el paradigma energético basado en la distribución descentralizada, tiene en las microrredes una viabilidad garantizada, conforme a los resultados derivados del proyecto. modos de vida y la climatología son factores importantes en el planteamiento de las redes inteligentes, ha obligado a que el desarrollo del proyecto se haga de forma colaborativa teniendo en cuenta las características del espacio SUDOE. La cooperación transnacional es ineludible en este tipo de proyectos, donde los recursos energéticos, como eólicos o solares, con características comunes en zonas fronterizas o recursos hidrológicos en cuencas compartidos para generación hidroeléctrica, plantean soluciones conjuntas en los países colindantes. Además con la cooperación transnacional los participantes logran un descubrimiento de nuevas formas de trabajo, con cambio de mentalidad por la adaptación al grupo multidisciplinar, logrando consecuentemente una mejora en las capacidades y competencias personales y profesionales. Así mismo se ha facilitado el intercambio de ideas y conocimiento de áreas industriales (empresas y pymes) pertenecientes a otro país lo que sitúa tanto al centro investigador como a las empresas en una posición favorable hacia la internacionalización de sus actividades. La producción y comercialización de la tecnología de las microrredes necesitan desarrollarse como mínimo en un espacio supranacional como el europeo, por lo El carácter interregional del proyecto, se ha entendido todas las acciones redunden localmente en las Regiones SUDOE. Además cualquier socio del proyecto, independientemente de la ubicación de su centro o universidad, ha trabajado en cualquier región con el mismo interés que si fuera la propia. Por esta razón el investigador gana experiencia y amplitud de casos a estudiar. La transnacionalidad ha generado un nexo de entendimiento entre socios para seguir trabajando en este campo una vez terminado el proyecto. Ejemplos emanados de OPTIMAGRID son iniciativas presentadas y aprobadas en Comunidad de Trabajo de los Pirineos y en el programa IRSES del 7º Programa Marco. Igualmente siguen elaborando publicaciones conjuntas para revistas científicas y libros de divulgación. Además a raíz de los resultados de Optimagrid, han surgido nuevas actividades y colaboración con empresas internacionales. El proyecto ha brindado una oportunidad de intercambiar experiencias y conocimiento en un tema y problemática común con las peculiaridades propias de cada zona. La cooperación y transmisión de conocimientos en un proyecto donde el despliegue territorial, la industrialización, Figure 1Fig. 1 Polígono Industrial Canastell. Sant Vicent del Raspeig, Alicante
RESULTADOS DEL PROYECTO OPTIMAGRID NÚMERO 4 3 Innovación tecnológica Las arquitecturas de control constituyen una parte esencial de cualquier sistema de generación, transporte y distribución de energía eléctrica, y consisten en sistemas software y hardware que intercambian señales de monitorización y operación de los distintos elementos conectados a la red eléctrica. Los grandes centros de control que gestionan las redes de transporte y distribución convencionales suelen emplear sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) integrados en sus sistemas de gestión de incidencias y call centers. SCADA es una tecnología madura, basada en un modelo centralizado de control, en uso y evolución desde los años 30 del siglo pasado, que permite a los operadores tomar decisiones críticas en tiempo real para asegurar el funcionamiento de un recurso estratégico nacional como es la electricidad, pero que resulta menos adecuado al integrar fuentes de generación y almacenamiento de energía no convencionales, como las energías renovables o las células de hidrógeno. Las características propias de una microrred hacen que la instalación de un sistema de control tradicional mediante SCADA no sea adecuado. Entre esas características podemos citar la existencia en la microrred de fuentes de generación eléctrica no convencionales, como las renovables (aerogeneradores, paneles fotovoltaicos) con patrones de generación no controlables aunque predecibles; sistemas de almacenamiento de energía (baterías, sistemas de almacenamiento de hidrógeno); la conexión a la red convencional, pero con capacidad de la microrred para trabajar de forma aislada si fuera necesario; y la necesidad de una autonomía basada en reglas que permita excluir la intervención humana durante la operación normal de la microrred. Como alternativa a los sistemas de control tradicionales se están desarrollando numerosos proyectos que, como es el caso del proyecto Optimagrid, plantean el uso de un sistema multiagente distribuido para convertir la microrred en una smartgrid, una red eléctrica inteligente, autogestionada, de instalación y uso sencillos, que ofrezca un alto nivel de calidad de servicio, integrando de forma eficiente formas de generación y almacenamiento altamente heterogéneos, y que, incluso en un futuro, pueda formar parte del mercado de compra-venta de energía para realizar una gestión económicamente más óptima del exceso o del defecto de producción. En un sistema de control basado en multiagentes, cada elemento conectado a la microrred incorpora un pequeño programa informático (un agente), capaz de monitorizar y controlar dicho elemento de forma autónoma, pero capaz de comunicarse con otros agentes para coordinar entre todos acciones que afectan a la microrred completa. Sus ventajas son a) alta resistencia a fallos, ya que la caída de un agente (incluso de un agente de control) no detiene la capacidad del resto de agentes de seguir colaborando para mantener la microrred operativa; b) sencillez de instalación y despliegue, pues una vez conectado el agente a la red de comunicaciones común, el resto de agentes lo reconocen e integran en el sistema automáticamente; c) facilidad de integración con otros sistemas, como SCADA. Contribución científica Los sistemas multiagente son un paradigma de construcción de sistemas distribuidos relativamente nuevo en Ingeniería Informática, pero con un gran bagaje investigador a sus espaldas que data de finales del siglo pasado. Sin embargo, su aplicación a sistemas en tiempo real como las microrredes es relativamente reciente y aún quedan muchos aspectos en los que la labor del investigador científico es necesaria. Los generadores de electricidad basados en energías renovables (aerogeneradores y células fotovoltaicas) no pueden alterar la cantidad de energía eléctrica producida en función de las necesidades puntuales de consumo de la microrred, por lo que es importante disponer de modelos de predicción que permitan conocer con antelación la producción esperada de energía. Los agentes en la microrred podrán usar esas predicciones para planificar la conexión o desconexión de cargas o la compra o venta de electricidad a la red convencional. Desde el proyecto Optimagrid se ha trabajado en modelos de predicción basados en redes neuronales, con resultados alentadores pero que requerirán de más investigación en la integración de sistemas predictores con los sistemas multiagente. Otra forma de evitar los problemas de estabilidad y fiabilidad que introducen las energías renovables dentro de las microrredes es el uso de Sistemas de Almacenamiento de Energía de alta densidad con una capacidad de suministro de potencia alta durante periodos largos de tiempo. La comunidad científica está trabajando activamente en la investigación de nuevos sistemas que cumplan estas especificacione s puesto que ninguno de los sistemas actuales satisface al mismo tiempo ambos requisitos. Desde Optimagrid se ha investigado en varios modelos híbridos de almacenaje, obteniendo una valiosa comprensión sobre sus ventajas y desventajas a la hora de integrar energías renovables en microrredes en polígonos industriales. Para que estos sistemas multiagente colaboren entre sí para la planificación y control de la microrred es necesario que compartan un mismo protocolo y lenguaje de comunicación. La definición de ontologías (conjuntos de conceptos y definiciones aceptados por todos los agentes y por los operadores humanos que interactúan con el sistema de control de la microrred) se convierte en una elemento esencial para su correcto funcionamiento y su interconexión con otros sistemas. Desde el proyecto Optimagrid proponemos una ontología de conceptos energéticos y de control que compartir con el resto de la comunidad científica y que puede formar parte de una futura definición a nivel europeo de un protocolo común de comunicación en sistemas multiagentes de control de microrredes. Por último, el proyecto Optimagrid ha aportado una metodología de desarrollo de multiagentes orientada al control de microrredes en polígonos industriales, mediante la cual se ha desarrollado un sistema prototipo en la microrred del Parque Tecnológico Walqa. Usando dicha metodología se han desarrollado varios agentes que colaboran entre sí para la monitorización de los generadores y cargas existentes en su microrred, como prueba experimental de un sistema de computación distribuida.
RESULTADOS DEL PROYECTO OPTIMAGRID NÚMERO 4 4 Sostenibilidad medioambiental El sistema económico basado en una vertiginosa creciente demanda a satisfacer con la explotación ilimitada de recursos naturales fósiles, contribuye a la consunción del planeta. La sociedad actual exige que profesionales de la generación, transporte y uso de la energía conozcan y lleven a cabo planteamientos técnicos en el marco de la sostenibilidad medioambiental. La Comisión Mundial sobre Ambiente y Desarrollo (Comisión Brundtland) que en 1987 definió Desarrollo Sostenible como: "el desarrollo que asegura las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para enfrentarse a sus propias necesidades". La zona SUDOE se encuentra en una zona geoeconómica crítica donde depende de suministro energético exterior procedente de combustibles fósiles. Sin embargo se encuentra en una zona climática ventajosa para recursos energéticos renovables. España es líder en el sector de energías renovables, siendo de los primeros países en el mundo por potencia instalada de parques fotovoltaicos y eólicos. Es una actividad clave para la economía española con empresas incrementando sus exportaciones. Aragón es un punto de referencia por sus episodios climáticos que ofrecen condiciones naturales muy favorables a la generación de energía, unido al gran volumen de actividad energética desarrollada en esta Comunidad Autónoma, debido al esfuerzo del sector empresarial, las investigaciones de prestigiosos centros y al apoyo decidido de la Administración. En junio de 2009 entró en vigor la Directiva 2009/28/CE y del Consejo, de 23 de abril de 2009, relativa al fomento del uso de energía procedente de fuentes renovables, marcando tres objetivos obligatorios para todos los estados miembros para el año 2020: la disminución en un 20% de la emisión de gases de efecto invernadero, la disminución de un 20% del consumo de energía primaria mediante la eficiencia energética y alcanzar una cuota global del 20% de energías renovables en el consumo final bruto de energía, con respecto a 1990. Además se insiste en las externalidades positivas de estas fuentes (energías limpias y autóctonas) y se garantiza la utilización y el control de los sistemas de apoyo por parte de los Estados miembros, a fin de alcanzar los objetivos establecidos. Es el llamado paquete 20 20 20, que integra diferentes medidas para reducir la dependencia energética exterior de la Unión Europea y luchar contra el cambio climático. Proyectos como OPTIMAGRID demuestran que la incorporación de las energías renovables puede cambiar el concepto y maneras del servicio de fluido eléctrico, con una tendencia a la descentralización en la generación y distribución. Por otra parte motiva al ciudadano a contribuir con la gestión de su autoconsumo a paliar los efectos de emisiones no deseables a la atmósfera.
RESULTADOS DEL PROYECTO OPTIMAGRID NÚMERO 4 5 Reactivación económica. Empleo Reactivación económica y empleo En el Libro Blanco de la Comisión Europea "Energía para el futuro: fuentes de energía renova bles ya se constata que las energías renovables pueden contribuir activamente a la creación de empleo sobre todo en las pequeñas y medianas empresas, tan importantes para el tejido económico comunitario y que de hecho constituyen mayoría en los diversos sectores de la energía renovable. Además llega más lejos relacionándolo con aspectos fundamentales de la política europea: El despliegue de las fuentes de energía renovables puede ser una característica clave del desarrollo regional con el objetivo de lograr mayor cohesión social y económica en la Comunidad. Por eso en una de sus conclusiones, anima a los Estados Miembros a lanzar acciones en favor de la enseñanza y la formación vinculadas a las energías renovables en el marco de los programas comunitarios existentes. El sector empresarial de las energías renovables es un sector joven, con una antigüedad media de unos veinte años, donde casi una de cada tres empresas se ha creado en la última década. Las renovables que han tenido un crecimiento mayor, en el caso español, han sido la solar fotovoltaica, solar térmica y eólica. La mayor parte de las empresas se dedican a la fabricación e instalación, las que realizan operaciones de mantenimiento llegan al 20%, en torno al 14% comercializa equipos, y un 13% produce energía. La mayor parte de los planes, previsiones y consideraciones realizadas en torno a la potenciación de las energías renovables se hicieron en una coyuntura económica expansiva. En la actualidad estamos inmersos en una crisis que ha castigado duramente a nuestro sistema productivo, afectando de forma importante al desarrollo de nuevos proyectos en el sector de las energías renovables y por lo tanto al empleo, en relación con etapas de crecimiento económico. Sin embargo, esta situación ha llevado a los responsables de la política y del mundo económico a apostar por un nuevo modelo productivo más sostenible en general y por el desarrollo definitivo de las energías renovables en particular. Además estadísticas oficiales contenidas en estudios precedentes realizados por diversas entidades auguran que las perspectivas económicas directamente relacionadas con el desarrollo y funcionamiento de las energías limpias son ventajosas, como las que se citan a continuación. El informe 33, del 12 de julio de La Asociación de Productores de Energías Renovables (APPA) manifiesta que las economías de todo el mundo han identificado a las energías renovables como una solución real para asegurar el suministro energético a precios controlados. El año 2010, a pesar de la crisis, la inversión mundial en energías limpias creció del orden del 30%. En 2011, el 70% de la nueva potencia instalada en la Unión Europea fue de origen renovable. La promoción de las energías renovables es el segundo subsector de la core eco-industry según el JRC (Joint Research Centre) de la Comisión Europea, siendo el responsable del 20% de todo el empleo verde en España y aproximadamente del 5% en toda Europa, pronosticándose un importante incremento del número de trabajadores directa o indirectamente vinculados a esta actividad. Según las previsiones del documento preliminar del Plan de Acción Nacional de Energías Renovables de España 2011-2020, como consecuencia de un incremento de su presencia en el balance energético nacional, en el año 2020 se habrá duplicado el número de empleos directos existentes en el sector de las renovables. Las actividades profesionales en torno a la explotación de las energías renovables son muy diversas ya que este sector abarca todos los eslabones de la cadena de valor del negocio energético, desde el diseño y fabricación de componentes, pasando por el ensamblaje, hasta el montaje de plantas generadoras, así como la explotación y mantenimiento de las mismas.