Estudio sobre el estado actual de las "Smart Grids"

118 Pages·2012·4.38 MB·Spanish

Departamento de Ingeniería Eléctrica

PROYECTO FIN DE CARRERA
I.T.I. ELECTRICIDAD

ESTUDIO SOBRE EL ESTADO
ACTUAL DE LAS "SMART GRIDS"

Autor: JAVIER LORENTE DE LA RUBIA

Tutora: MARIA ÁNGELES MORENO LÓPEZ DE SAÁ

Leganés, Junio de 2011
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Contenido

1. INTRODUCCIÓN ................................................................................ 5
1.1. Motivación del estudio ................................................................................................ 5
1.2. Objetivo del estudio ..................................................................................................... 6
1.3. Estructura del documento .......................................................................................... 6
2. CONCEPTO DE REDES INTELIGENTES...................................... 9
2.1. Definición de Redes Inteligentes o Smart Grids ....................................................... 9
2.2. Características de una Red Inteligente .................................................................... 10
2.3. Obstáculos para una Red Inteligente ...................................................................... 16
3. CONCEPTO DE GENERACIÓN DISTRIBUIDA ......................... 19
3.1. Introducción a la Generación Distribuida y Energías Renovables ....................... 19
3.2. Definición y características de la Generación Distribuida (GD) ........................... 21
3.3. Impacto de la Generación Distribuida en la operación y explotación de la red de
distribución ............................................................................................................................ 24
3.4. Generación Distribuida y Microrredes ................................................................... 27
3.5. Gestión de la generación de electricidad en la GD ................................................. 37
3.6. Generación Distribuida y Superredes ..................................................................... 38
4. GESTIÓN DE LA DEMANDA ......................................................... 49
4.1. Concepto de Gestión de la Demanda ....................................................................... 49
4.2. Clasificación de medidas de Gestión de la Demanda ............................................. 52
5. PROYECTOS DE REDES INTELIGENTES, GENERACIÓN
DISTRIBUIDA Y GESTIÓN DE LA DEMANDA ................................ 57
5.1. Proyectos en España.................................................................................................. 57
5.2. Proyectos europeos .................................................................................................... 70
5.3. Proyectos en el mundo .............................................................................................. 88
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6. NORMATIVA RELATIVA A LA INTEGRACIÓN DE REDES
INTELIGENTES ....................................................................................... 97
6.1. Normativa a nivel europeo ....................................................................................... 97
6.2. Normativa en España .............................................................................................. 100
7. CONCLUSIÓN ................................................................................. 103
8. GLOSARIO DE SIGLAS ................................................................. 107
FUENTES Y BIBLIOGRAFÍA ............................................................. 111

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1. INTRODUCCIÓN
1.1. Motivación del estudio

Existen dos elementos clave en el futuro energético mundial [1]:

- El fin de la era del petróleo: por el cual se están investigando e integrando en la
red nuevas fuentes de energía cada vez más eficientes.
- Y el cambio climático: por el que además de eficientes, estas nuevas fuentes
deben ser limpias, apostando cada vez más por las fuentes de energía renovable.

Por ello, en los últimos años, el sistema eléctrico mundial, el europeo, y particularmente
el español, han visto aumentar exponencialmente las unidades de generación eléctrica
de carácter distribuido (unidades de menor potencia que las centrales tradicionales y
cercanas a los puntos de consumo). De hecho, debido a la expansión de las energías
renovables, las redes han ido abandonando progresivamente su naturaleza centralizada
para convertirse en redes descentralizadas, altamente eficientes, en las que se mezclan y
coexisten diversas tecnologías digitales que se comunican unas con otras por medio de
redes de comunicaciones de alta velocidad con ancho de banda suficiente para permitir
el control en tiempo real de estas fuentes de generación distribuida, con el fin de
satisfacer la demanda de los clientes.

En este sentido, en el ámbito europeo, pero también en otros países del resto del mundo,
se están poniendo en marcha diversos proyectos de investigación para el desarrollo de
las llamadas “Smart Grids” o en lo sucesivo, Redes Inteligentes, en las que el usuario
final de electricidad pasará de tener un papel pasivo a un papel activo, mediante la
Gestión Activa de la Demanda.

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Con este nuevo concepto de redes eléctricas se pretende hacer frente a los desafíos que
la integración de la generación distribuida, en forma de nuevas y cada vez más
eficientes fuentes de energía renovable, trae consigo, y paralelamente, afrontar los
problemas que pueda ocasionar la introducción del vehículo eléctrico en el sistema
energético.
1.2. Objetivo del estudio
El presente estudio se desarrollará con la intención de comprender el concepto de las
nuevas redes de energía, las Redes Inteligentes, y el estado actual en el que se encuentra
su implantación e investigación.
Para ello, primero se describirá qué es una Red Inteligente, detallando sus
características, componentes, ventajas e inconvenientes.

Después se estudiará el concepto de Generación Distribuida, describiendo y analizando
tanto las distintas fuentes de generación como los sistemas de almacenamiento,
existentes y en desarrollo; y el impacto que éstos tienen sobre el sistema de energía.

En tercer lugar se examinará la Gestión de la Demanda, haciendo especial hincapié en
los mecanismos para conseguir un mayor allanamiento de la curva de demanda,
buscando la mayor eficiencia posible del sistema, y se especificará el caso de la
introducción del vehículo eléctrico en la red.

Después de conocer y tratar estos conceptos, se hará un repaso por los diferentes
proyectos relacionados con ellos a nivel español, europeo y finalmente, mundial.

Por último, se repasará la normativa vigente que afecta a la integración de las Redes
Inteligentes en nuestro país.
1.3. Estructura del documento
El documento se divide en seis núcleos principalmente:

En el segundo capítulo se describe el concepto de Red Inteligente, junto a sus
características y los principales obstáculos que existen para su implantación. Esta
primera parte termina con un cuadro comparativo entre las redes tradicionales y las
futuras Redes Inteligentes.

En el tercer capítulo se trata el concepto de la Generación Distribuida y su relación con
las energías renovables, sus características y sus ventajas e inconvenientes y su impacto
sobre la red de distribución. También se tratarán los conceptos, características y
componentes de las Microrredes y Superredes en relacionadas con la Generación
Distribuida.

En el cuarto capítulo se estudia la Gestión de la Demanda, las herramientas para
optimizar la curva de demanda y el impacto que supone la integración de los vehículos
eléctricos en el sistema energético.

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El quinto capítulo se compone de una descripción detallada de los diferentes proyectos,
realizados y en curso, referentes a Redes Inteligentes, Generación Distribuida y Gestión
de la Demanda en España, Europa y a nivel mundial.

El sexto capítulo, se refiere a la Normativa aplicable a las Redes Inteligentes en Europa
y en España.

Por último, en el séptimo capítulo se realizará una breve conclusión acerca de los
aspectos más importantes del estudio y de la situación en la que se encuentra el sistema
energético mundial.

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2. CONCEPTO DE REDES INTELIGENTES

2.1. Definición de Redes Inteligentes o Smart Grids

Aunque no existe una definición estándar global, la Plataforma Tecnológica Europea de
Redes Inteligentes [2] define a éstas como las redes de electricidad que pueden integrar
de manera inteligente el comportamiento y las acciones de todos los usuarios
conectados a ellas (los generadores, los consumidores y los que generan y consumen)
con el fin de funcionar de manera eficiente, sostenible y económica y garantizar el
suministro de electricidad.

Una Red Inteligente cuenta con productos y servicios innovadores, así como
seguimiento inteligente, control, comunicación y tecnologías de auto-reparación con el
fin de:
 Mejorar la facilidad de conexión y el funcionamiento de los generadores de
todos los tamaños y tecnologías;
 Permitir a los consumidores desempeñar un papel en la optimización de la
operación del sistema;
 Proporcionar a los consumidores mayor información y opciones para la elección
de la oferta;
 Reducir significativamente el impacto medioambiental del sistema eléctrico de
suministro;
 Mantener o incluso mejorar los niveles existentes de alta fiabilidad, calidad y
seguridad de suministro del sistema;
 Mantener y mejorar la eficiencia de los servicios existentes;
 Fomentar la integración de los mercados hacia el mercado europeo integrado.

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Las Redes Inteligentes no sólo suministran energía sino también información. La
"inteligencia" se manifiesta en una mejor utilización de las tecnologías y soluciones
para optimizar la planificación y funcionamiento de las redes de electricidad existentes,
para controlar de forma inteligente la generación y permitir nuevos servicios y para
mejorar la eficiencia energética.

La Red Inteligente se refiere a los niveles de distribución y transporte de la red eléctrica
(no de gas) y no se verá de forma muy diferente a las redes eléctricas convencionales de
energía de hoy, “cobre y hierro”. Sin embargo, conducirán a mejorar la relación coste-
eficiencia y eficacia. No será ninguna revolución sino una evolución o un proceso de
mejora continua de las redes eléctricas para satisfacer las necesidades de los clientes
actuales y futuros. Como puede verse en la Figura 1, se trata de un conjunto mucho más
amplio de tecnologías y soluciones que la medición inteligente.

Figura 1. Elementos Eléctricos de una Red Inteligente [2]
Aunque muchas empresas de servicios públicos se han centrado en la medición
inteligente, ésta no proporciona una Red Inteligente. De hecho, es posible tener redes
eléctricas inteligentes sin la medición inteligente. Sin embargo, hay varios beneficios en
los contadores inteligentes que pueden reforzar otras acciones contra el cambio
climático. Por ejemplo, cuando se utilizan con otros parámetros (como la información y
tarifas diferenciales), los contadores inteligentes pueden alentar a los consumidores a
reducir su demanda cuando los precios son altos o cuando la fiabilidad del sistema o la
calidad de la energía están en riesgo.
2.2. Características de una Red Inteligente
En los siguientes subapartados se detallan las características más importantes de una
Red Inteligente [3].

2.2.1. Eficiencia energética

Sin duda alguna, la mejor manera de reducir la contaminación, los costes y los riesgos
de seguridad asociados con la producción y la transferencia de electricidad es usando
menos energía, por ello, la eficiencia energética o la reducción del consumo es un
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