La respuesta a la demanda (DR, por sus siglas en inglés) tiene un gran potencial para impulsar la flexibilidad de las redes eléctricas. El proyecto Sim4Blocks, financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Unión Europea, probó servicios innovadores de respuesta a la demanda para aplicaciones residenciales y comerciales en grupos de edificios de Alemania, España y Suiza. Su objetivo fue aportar mayor flexibilidad en la red eléctrica para aumentar la utilización de fuentes de energía renovables, además de ahorros económicos para los usuarios finales, lograr una mayor participación de éstos y concienciar sobre el uso de la energía.
Al observar bloques de edificios en lugar de viviendas individuales, se analizaron más formas de aplicar la respuesta a la demanda, desde personas que viven en el hogar hasta operadores de sistemas de transporte que garantizan la estabilidad de los sistemas de energía, aumentando el impacto de un consumo de electricidad más eficiente. El proyecto implementó y probó estos servicios en tres sitios piloto de Alemania, España y Suiza, y transfirió modelos de DR exitosos a clientes de socios del proyecto en otros países europeos (Bélgica, Francia y Reino Unido).
Coordinado por la Universidad de Ciencias Aplicadas de Stuttgart (Hochschule für Technik Stuttgart) en Alemania, el consorcio contó con 16 miembros de Alemania, Suiza, Irlanda, Austria, Bélgica, Francia, Reino Unido y España. Los socios españoles fueron el Centro Internacional de Métodos Numéricos en Ingeniería, Energea Ingeniería en Eficiencia Energética SL, y SPM Promocions Municipals de Sant Cugat Del Vallés.
El proyecto europeo Sim4Blocks comenzó en abril de 2016 y terminó en septiembre de 2020, contó con un presupuesto global de más de 5,5 millones de euros, de los que 3,7 millones se financiaron con fondos europeos de Horizonte 2020.
Bloques de edificios de alta eficiencia energética
Los tres sitios piloto en Alemania, España y Suiza están formados por bloques de edificios de alta eficiencia energética con una gama de sistemas de suministro renovable y de cogeneración e infraestructura TIC que permite probar directamente las estrategias de DR. Los bloques de edificios contaron con diferentes sistemas energéticos y condiciones regulatorias. Se consideraron las fluctuaciones naturales de las fuentes de energía renovables para adaptar el consumo eléctrico al suministro.
Una característica especial de los sitios piloto suizo y alemán fue que una red de calefacción local suministró energía a un grupo de edificios con bombas de calor descentralizadas. El objetivo era optimizar el funcionamiento de las bombas de calor en términos de tarifas eléctricas flexibles, participación en los mercados eléctricos y autoconsumo de electricidad fotovoltaica. En el piloto español, los miembros del equipo determinaron el consumo de electricidad óptimo para los residentes de un gran complejo de edificios residenciales mediante el uso de algoritmos de autoaprendizaje.
Sant Cugat del Vallés
El sitio piloto español de Sant Cugat del Vallés (Barcelona) cuenta con una combinación de 190 apartamentos, 32 oficinas y 13 locales para uso comercial en tres edificios (La Clota, Volpelleres Centre, Benet Cortada). El objetivo del proyecto fue demostrar cómo la producción, el consumo y el almacenamiento renovables y no renovables se pueden optimizar en un grupo de edificios utilizando soluciones de TI de respuesta a la demanda inteligente basadas en la nube, y demostrar que varios esquemas de DR para redes de gas y electricidad se pueden implementar en el conjunto de edificios.
El piloto se centró en aumentar la autosuficiencia del sitio al reducir la dependencia energética de la red. Se implementaron diferentes soluciones de respuesta a la demanda. Las soluciones de DR sensibles al precio de la electricidad proporcionan información en tiempo real a los residentes para que puedan cambiar su consumo de electricidad cuando el precio del mercado de la electricidad sea más favorable.
También se implementaron soluciones DR basadas en el cambio de energía a calefacción, con la optimización de la combinación de múltiples fuentes de energía: calefacción, refrigeración, producción eléctrica in situ y producción solar térmica de alta temperatura para adaptarse a las cargas de energía y los métodos de fijación de precios más favorables de los mercados de electricidad y gas. Por último, se instalaron soluciones DR para la red de gas, todos los edificios se equiparon con un sistema de información en tiempo real para involucrar a los usuarios en el cambio de comportamiento energético.
Sitios piloto en Suiza y Alemania
El sitio piloto del distrito de Krommen Kelchbach, situado en Naters (Suiza), cuenta desde 2013 con una red de calefacción y refrigeración de distrito de baja temperatura que conecta 13 edificios residenciales con pozos de agua subterránea, que actúan como fuente geotérmica. Se instaló un hardware económico (puertas de enlace) en cada bomba de calor o componente clave para permitir que todos los componentes se comuniquen, proporcionando nuevas posibilidades para administrar la red de energía.
Por otro lado, en el municipio de Wüstenrot, cerca de Stuttgart en Alemania, se implementaron y estudiaron tres casos de uso para el proyecto Sim4Blocks. El primero de ellos se centra en la implementación de la respuesta a la demanda por un calentador de tipo de flujo eléctrico con 150 kW para transferir energía eléctrica para ser utilizada en una red de calefacción impulsada por biomasa y energía solar de 300 kW. La red de calefacción abastece a cinco edificios residenciales independientes y un grupo de edificios públicos.
El segundo caso de uso se refiere a la respuesta a la demanda para el distrito energético Vordere Viehweide, que consta de 16 edificios residenciales de nueva construcción y de alta eficiencia energética. El concepto de suministro de energía neta cero combina sistemas geotérmicos de baja profundidad, bombas de calor y grandes sistemas fotovoltaicos. Se utilizó un sistema de gestión de datos basado en la nube con datos de pronóstico del tiempo y herramientas de simulación predictiva.
Finalmente, el tercer caso de estudio en Wüstenrot abordó la gestión de la red eléctrica en bloques de edificios a nivel del municipio. Las estaciones de transformación fueron monitoreadas de manera continua e integradas en una base de datos central. Se equipó a un mayor número de edificios con medidores inteligentes e interfaces de usuario para proporcionar información relevante a los usuarios residenciales y comerciales.
Prototipos de software, algoritmos de optimización e interfaces
Para operar de manera flexible las bombas de calor, los socios del proyecto desarrollaron y probaron prototipos de software, algoritmos de optimización y sus interfaces correspondientes para una interacción intuitiva del usuario. En el sitio alemán, lanzaron una aplicación para aumentar el autoconsumo en los municipios. En el español, se creó una segunda aplicación para presentar posibles ahorros de costes para los residentes y al mismo tiempo animarlos a controlar sus cargas eléctricas.
Los resultados mostraron que las bombas de calor tienen un enorme potencial de flexibilidad, pero hasta ahora faltaban interfaces uniformes. Además, es posible administrar grupos de bombas de calor mediante un agregador para entregar energía de reserva negativa.
El potencial de las bombas de calor para la flexibilidad
Las conclusiones del proyecto Sim4Blocks muestran que el funcionamiento flexible de las bombas de calor es posible y puede ser aprovechado por un agregador para múltiples servicios de flexibilidad o mercados energéticos. La optimización del funcionamiento de la bomba de calor demostró ser útil para incrementar el consumo propio de los sistemas fotovoltaicos y reaccionar ante precios flexibles de la electricidad que conducen a un aumento de hasta en un 40% del autoconsumo de las viviendas residenciales.
En general, se ha demostrado que las bombas de calor representan un gran potencial para la flexibilidad de la respuesta a la demanda y que es posible gestionar grupos de bombas de calor para responder a las solicitudes de flexibilidad de DR.
En cuanto a la aceptación de la nueva tecnología por parte de los residentes, los responsables del proyecto aseguran que fue óptima, pero se necesitan mayores incentivos para impulsar los niveles de participación. Añaden que una mayor conciencia y participación en el uso de energía en bloques de edificios conducirá a ahorros en el precio de la electricidad y menores cargos por el uso de la red.