Smart Grids y Evolucion de La Red Electrica

Observatorio Industrial del Sector de la Electrnica, Tecnologas de la Informacin y Telecomunicaciones

SMART GRIDS Y LA EVOLUCIN DE LA RED ELCTRICA.

SMART GRIDS Y LA EVOLUCIN DE LA RED ELCTRICA

1/82 FECHA: 12/05/2011

NDICE 1. INTRODUCCIN .................................................................................................... 4 1.1. OBJETIVO Y ALCANCE................................................................................. 4 1.2. ABREVIATURAS Y ACRNIMOS ................................................................ 4 1.3. REFERENCIAS................................................................................................. 6 1.4. ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO .............................................................. 9 1.5. METODOLOGA .............................................................................................. 9 2. LA RED ELCTRICA. EVOLUCIN HACIA LAS SMART GRIDS................ 10 2.1. DESCRIPCIN DE REDES ELCTRICAS .................................................. 102.1.1. 2.1.2. DESCRIPCIN ................................................................................................... 10 PROBLEMTICA .............................................................................................. 12

2.2.

CONCEPTO DE RED INTELIGENTE .......................................................... 14

2.2.1. NECESIDAD DE LA RED INTELIGENTE ...................................................... 14 2.2.2. HISTORIA Y EVOLUCIN .............................................................................. 20 2.2.3. DEFINICIN Y CARACTERSTICAS ............................................................. 22 2.2.4. AGENTES INVOLUCRADOS / INTERESADOS ............................................ 24 2.2.5. CONVERGENCIA ENTRE LA RED ELCTRICA Y LAS TELECOMUNICACIONES .............................................................................................. 25 2.2.6. FASES HACIA LA RED INTELIGENTE ......................................................... 27

3.

PRINCIPALES ASPECTOS Y TECNOLOGAS A CONSIDERAR .................. 31 3.1. MARCO NORMATIVO ................................................................................. 33 3.2. RED DE TRANSPORTE ................................................................................ 34 3.3. RED DE DISTRIBUCIN .............................................................................. 353.3.1. 3.3.2. 3.3.3. INTEROPERABILIDAD.................................................................................... 36 PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES ....................................................... 38 ORIENTACIN HACIA LAS REDES INTELIGENTES ................................. 40 CLASIFICACIN .............................................................................................. 44 DEFINICIN ...................................................................................................... 45 TECNOLOGA UTILIZADA............................................................................. 46 PROTOCOLOS DE TELEGESTIN................................................................. 51 ESTANDARIZACIN ....................................................................................... 56 ENERGAS RENOVABLES .............................................................................. 57 MICRORREDES ................................................................................................ 58 VEHCULO ELCTRICO ................................................................................. 59 SISTEMAS DOMTICOS ................................................................................. 60

3.4.

CONTADORES INTELIGENTES ................................................................. 44

3.4.1. 3.4.2. 3.4.3. 3.4.4. 3.4.5.

3.5.

SISTEMAS ASOCIADOS .............................................................................. 57

3.5.1. 3.5.2. 3.5.3. 3.5.4.

3.6. SEGURIDAD .................................................................................................. 62 3.7. SMART GRIDS Y LA EFICIENCIA ENERGTICA ................................... 64 3.8. ASPECTOS SOCIALES ................................................................................. 65 4. EJEMPLOS, INICIATIVAS Y ACTIVIDADES .................................................. 66 4.1. EJEMPLOS Y PROYECTOS ......................................................................... 66 4.2. PLAN DE INVESTIGACIN Y DESARROLLO DE LA SMART GRID ... 73 4.3. WEBS .............................................................................................................. 75 4.4. EMPRESAS ..................................................................................................... 75 4.5. IMPACTO DE LA IMPLANTACIN DE SMART GRID ........................... 79 5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ..................................................... 81


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ndice de IlustracionesImagen 1. Demanda de energa elctrica..................................................................................... 11 Imagen 2. Modelo energtico actual ........................................................................................... 15 Imagen 3. Modelo energtico futuro ........................................................................................... 16 Imagen 4. Nuevos elementos en el modelo energtico. .............................................................. 16 Imagen 5. Emisiones CO2 mundiales. ........................................................................................ 17 Imagen 6. ndice de emisiones CO2 / Requerimientos de energa primaria. .............................. 19 Imagen 7. Emisiones CO2 EEUU/ Requerimientos de energa primaria. ................................. 20 Imagen 8. Optimizacin curva de consumo. ............................................................................... 32 Imagen 9. Utilizacin de protocolos en la red de distribucin. ................................................... 40 Imagen 10. Arquitectura IED. ..................................................................................................... 41 Imagen 11. Ejemplo de sistema de lectura. ................................................................................. 44 Imagen 12. Dispositivos y aplicaciones en la red. ...................................................................... 46 Imagen 13. Arquitectura ADE5169 ............................................................................................ 47 Imagen 14. Arquitectura AS8268................................................................................................ 48 Imagen 15. Arquitectura CS5463 ................................................................................................ 49 Imagen 16. Arquitectura MAXQ3183 ........................................................................................ 49 Imagen 17. Arquitectura MPC3905 ............................................................................................ 50 Imagen 18. Arquitectura SA9904................................................................................................ 50 Imagen 19. Tecnologas ms adecuadas en cada puerto de comunicacin. ................................ 52 Imagen 20. Tecnologas y comunicaciones GAD. ...................................................................... 60 Imagen 21. Agentes en la Smart Grid. ........................................................................................ 63 Imagen 22. Flujo de la electricidad. ............................................................................................ 76 Imagen 23. Capa de comunicaciones en la Smart Grid. .............................................................. 76 Imagen 24. Capa de aplicaciones de la Smart Grid..................................................................... 77

ndice de TablasTabla 1. Caractersticas Smart Grids ........................................................................................... 24 Tabla 2. Fabricantes de CI........................................................................................................... 46 Tabla 3. Posibles riesgos ante ataques ........................................................................................ 63


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1. INTRODUCCIN1.1. OBJETIVO Y ALCANCE

El objetivo de este documento es sintetizar los conceptos generales de las redes inteligentes (Smart Grids), los cambios que se prevn en la red elctrica y las principales tecnologas que apoyarn el desarrollo de las mismas. Una Smart Grid es una red de transporte y distribucin de energa elctrica que tiene la capacidad de entender, asimilar, elaborar informacin y utilizarla adecuadamente, haciendo un uso intensivo de las tecnologas de la informacin y las comunicaciones. Una Smart Grid es un sistema que permite la comunicacin bidireccional entre el consumidor final (usuarios particulares o industriales) y las compaas elctricas, de forma que la informacin proporcionada por los consumidores se utiliza por las compaas para permitir una operacin ms eficiente de la red elctrica. Adems, toda esa informacin permitir ofrecer nuevos servicios a los clientes de forma complementaria a la propia energa elctrica. Otro aspecto importante asociado a las redes inteligentes es que deben facilitar la incorporacin de las energas renovables, con las particularidades asociadas a las propias limitaciones de las fuentes de energa alternativas (principalmente la produccin de forma irregular) y la falta de infraestructura elctrica en sus ubicaciones habituales. Tambin hay que destacar las ventajas que las redes inteligentes proporcionan para la integracin del vehculo elctrico. Este documento se encuentra enmarcado dentro de los trabajos del Observatorio de Electrnica, tecnologas de la informacin y las telecomunicaciones y con este trabajo se pretende que las empresas conozcan los conceptos principales de las redes inteligentes, la situacin actual de las mismas, las tecnologas intervienen, las aplicaciones y ejemplos que existen actualmente y cules son los principales agentes involucrados. Con todo ello se facilita a las empresas informacin suficiente para desarrollar actividades de I+D+i en este campo.

1.2.

ABREVIATURAS Y ACRNIMOS

Este apartado recoge las abreviaturas y acrnimos utilizados a lo largo del documento.

AMI AMM AMR APDU BPL BT CECOEL CECRE CNAE COSEM DLMS

Advanced Metering Infrastructure Automated Meter Management Automatic Meter Reading Application Protocol Data Unit Broadband over Powel Line Baja Tensin Centro de Control Elctrico de Red Elctrica Centro de Control de Rgimen Especial Clasificacin Nacional de Actividades Econmicas Companion Specification for Energy Metering Distribution Line Message Specification


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DNP DOE DSP EDF EDIS EMS EPS FAN FEDIT FP GPRS GSM HAN ICP IEA IEC IED IEEE IETF IP LAN LCD LD LN MMS MPPT MT MTOE NES NIST OMEL OPEN OSI PLC ppm PSTN PWM RD REE RTC RTU SCADA SCL SCSM SPI TB TCP TI TIC TOU

Distributed Network Protocol Department Of Energy (EEUU) Digital Signal Processing lectricit De France Energy Data Identification System Energy Management System Electric Power System Field Area Network Federacin Espaola de Entidades De Innovacin y Tecnologa Framework Programme General Packet Radio Service Global System for Mobile communications Home Area Network Interruptor de Control de Potencia International Energy Agency International Electrotechnical Commission Intelligent Electronic Devices Institute of Electrical and Electronics Engineers Internet Engineering Task Force Internet Protocol Local Area Network Liquid Crystal Display Logic Device Logic Nodes Multimedia Messaging System Maximum Power Point Tracking Media Tensin Million Tonnes of Oil Equivalent Network Energy Services National Institute of Standards and Technology Operador del Mercado Elctrico Open Public Extended Network Open System Interconnection Power Line Carrier Partes por milln Public Switched Telephone Network Pulse Width Modulation Real Decreto Red Elctrica Espaola Real Time Clock Remote Terminal Unit Supervisory Control And Data Acquisition Substation Configuration Language System Center Service Manager Serial Peripheral Interface TeraBytes Transmission Control Protocol Tecnologas de la Informacin Tecnologas de la Informacin y la Comunicacin Time Of Use


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UART UHV VPN WAMS WAN WTUR XML

Universal Asynchronous Receiver-Transmitter Ultra High Voltage Virtual Private Network Wide Area Measurement System Wireless Area Network Wind Turbine general information eXtensible Markup Language

1.3.

REFERENCIAS

A continuacin se presentan aquellos documentos que se han consultado o a los que se hace referencia a lo largo de los trabajos: [COMISIN EUROPEA. 20, 20 BY 2020 - EUROPE'S CLIMATE CHANGE OPPORTUNITY. 2008] [JEREMY RIFKIN. LA CIVILIZACIN EMPTICA. 2010] [INTERNATIONAL ENERGY AGENCY. WORLD ENERGY OUTLOOK. 2009] [VARIOS AUTORES. ROADMAP FOR A LOW-CARBON POWER SECTOR BY 2050. 2009] [VARIOS AUTORES, EURELECTRIC. PATHWAYS TO ELECTRICITY IN EUROPE BY 2050. EURELECTRIC. 2010] CARBON-NEUTRAL

[ELECTRIC POWER RESEARCH INSTITUTE. THE POWER TO REDUCE CO2 EMISSIONS. 2007] [VISION AND STRATEGY FOR EUROPE'S ELECTRICITY NETWORKS OF THE FUTURE - EUROPEAN TECHNOLOGY PLATFORM. 2006] [THE SMART GRID: ENABLING ENERGY EFFICIENCY AND DEMAND RESPONSE CLARK GELLINGS. 2009] [SMATGRIDS - EUROPEAN TECHNOLOGY PLATFORM (WWW.SMARTGRIDS.EU)] [THE SMART GRID: ENABLING ENERGY EFFICIENCY AND DEMAND RESPONSE CLARK GELLINGS. 2009] [SMART GRID IMPLEMENTATION STRATEGY (SGIS) - WWW.NETL.DOE.GOV. 2008] [REVISTA ELECTRO INDUSTRIA JUNIO 2010] [THE SMART GRIDS: AN INTRODUCTION U.S. DEPARTMENT OF ENERGY. 2008] [THE INTELLIGENT GRID JOS MORALES BARROSO. 2009] [TRANSITANDO EL CAMINO HACIA LA RED ELCTRICA INTELIGENTE: MODERNIZANDO LA INFRAESTRUCTURA CRTICA DE COMUNICACIONES. ESTUDIO INFORMATIVO - VERIZON. 2008] [IMPACT OF CYBER-SECURITY REQUIREMENTS ON THE SUBSTATION PROCESS CONTROL. D. GIARRATANO, H. ECKHARD. 2010]


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[REE. EL SISTEMA ELCTRICO ESPAOL. 2009] [HARMONIZATION OF CIM WITH IEC STANDARDS: DRAFT REPORT FOR CIM AND OTHER IEC WORKING GROUPS. EPRI, PALO ALTO. 2006.] [SMART METERING TECHNOLOGY PROMOTES ENERGY EFFICIENCY FOR A GREENER WORLD. AUSTIN HARNEY (ANALOG DEVICES). 2008] [EL CONCEPTO DE SMART METERING EN EL NUEVO ESCENARIO DE DISTRIBUCIN ELCTRICA. FRANCISCO CASELLAS, GUILLERMO VELASCO, FRANCESC GUINJOAN. 2009] [NEW METHODOLOGY FOR REMANENT LIFE ASSESSMENT OF OIL-IMMERSED POWER TRANSFORMERS. W. FLORES, E. MOMBELLO, J. JARDINI. 2010] [TRANSFORMER LIFE PREDICTION USING DATA FROM UNITS REMOVED FROM SERVICE AND THERMAL MODELLING. P. JARMAN, R. HOOTON, L. WALKER, Z. WANG. 2010] [NEW APPROACH OF MAINTENANCE OF POWER TRANSFORMERS AND MAIN ACCESSORIES: OFF - LINE TEST VS. ON - LINE MONITORING SYSTEMS. H. CAGO, E. PALAZUELOS, J.I. ANGUAS. 2010] [PREDICTION OF THE OIL FLOW AND TEMPERATURE DISTRIBUTION IN POWER TRANSFORMERS BY CFD. S. TENBOHLEN, A. WEINLADER, R. WITTMAACK. 2010] [SPECIAL REQUIREMENTS ON SURGE ARRESTER DESIGN FOR UHV A.C. SYSTEMS ABOVE 800 KV SYSTEM VOLTAGE. R. GOHLER, K. H. WECK, V. HINRICHSEN. 2010] [1200 KV TRANSMISSION NETWORK AND DEVELOPMENT STATUS OF 1200 KV TECHNOLOGY IN INDIA. V. RAMAKRISHNA, R.N. NAYAK. 2010] [APPLICATION OF MODERN TECHNOLOGY TO OPTIMIZE SWITCHING OF COMPENSATED LINES. T. JUNG, J.L. RAYON, A. FANGET. 2010] [IMPROVING SYSTEM AND EQUIPMENT PERFORMANCE BY CONTROLLED SWITCHING. A. CALAZANS, J.N. DE LIMA, N. VALENA. 2010] [USE OF OPTICAL INSTRUMENT TRANSFORMER FOR HIGH-VOLTAGE TESTING. F. RAHMATIAN, D. F. PEELO. 2010] [MEGACITY UNDERGROUND SUBSTATION TECHNICAL REQUIREMENTS AND IMPLEMENTATION EXPERIENCES. H NAKAJIMA, T. SATO, T. WATANABE. 2010] [SMART SWITCHGEAR USING IEC STANDARD 61850 - FIRST EXPERIENCE GAINED WITH A PILOT PROJECT IN A 380/110 KV SUBSTATION. J.HAUDE, B. WHRMANN, U. SUNDERMANN. 2010] [INTELLIGENT COMPACT SUBSTATION OF POWER DISTRIBUTION. J.M. BYEON, J.G. LEE, S.W. LEE. 2010] [CASE STUDY: IMPLEMENTATION OF IEC 61850 IN JAVA-BALI TRANSMISSION SYSTEM. T. FERMI, E. NOVRIZAL. 2010] [SYSTEM FOR INTEGRATION OF PROTECTION AND CONTROL DEVICES. G.A. ARRUDA, J.F. MESQUITA, I.P. SIQUIERA. 2010]


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[SCENARIOS FOR FUTURE HOSSENLOPP. 2010]

SUBSTATION

AUTOMATION

SYSTEMS.

L.

[THE IMPACT OF RENEWABLE ENERGY SOURCES GENERATION ON SUBSTATION PROTECTION AND GONZLEZ, A. DYSKO, G. LLOYD. 2009]

AND DISTRIBUTED AUTOMATION. J.A.

[PROTECTION SECURITY ASSESSMENT GOING ALONG WITH THE DEVELOPMENT OF TODAYS NETWORKS TO SMART GRIDS. J. JGER, R.KREBS, F. BALASIU. 2010] [CONVERTING FIELD RECORDED DATA TO INFORMATION: NEW REQUIREMENTS AND CONCEPTS FOR THE 21ST CENTURY AUTOMATED MONITORING SOLUTIONS. P.T. MYRDA, S. STERNFELD, T. POPOVIC. 2010] [MULTIPURPOSE ARCHITECTURE MODEL OF PHASOR DATA CONCENTRATOR. I. IVANKOVIC, S. SKOK, R. MATICA. 2010] [COMMUNICATION BETWEEN SUBSTATION WITH 61850 TECHNOLOGY AND CONTROL CENTRE. C. BRUNER, W. BRODT, H. ENGLERT. 2010] [MARKET DESIGNS FOR A BETTER INTEGRATION OF INTERMITTENT GENERATION: EUROPEAN EXPERIENCE AND FUTURE TRENDS. M. DUPUY, B. PEYRON, E. COLOMBO. 2010] [CUSTOMER INVOLVEMENT IN LOAD CONTROL VIA CAPACITY MARKET MECHANISMS. F.Y. OPADCHIY, A.M. KATAYEV. 2010] [LEEDS D J. THE SMART GRID IN 2010: MARKET SEGMENTS, APPLICATIONS AND INDUSTRY PLAYERS. GTM RESEARCH. 2009]


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1.4.

ESTRUCTURA DEL DOCUMENTO

En el captulo 1 Introduccin, se describe el objetivo y el alcance del documento, se mencionan las referencias utilizadas y se describen los pasos que se han seguido para la elaboracin del documento. En el captulo 2 se hace una descripcin de las redes elctricas, la problemtica principal y las tendencias y evolucin hacia las Smart Grids. En el captulo 3 se citan los diversos aspectos que intervienen en las redes inteligentes as como las tecnologas que los cubren. En este apartado se ha profundizado en aquellos aspectos tcnicos que o bien son ya una realidad asociada a las redes inteligentes o se prev que pueden serlo. En el captulo 4 se presentan ejemplos actuales de las Smart Grids, proyectos en curso, aplicaciones y actores principales que intervienen en el desarrollo. Finalmente el captulo 5 Conclusiones y Recomendaciones, hace un resumen de las principales conclusiones relativas a las tecnologas y conceptos descritos en el estudio, as como unas recomendaciones generales.

1.5.

METODOLOGA

En este apartado se recogen los pasos que se han seguido para obtener los resultados expuestos en el documento. Como primer paso se ha realizado un estado del arte de toda la informacin relevante relacionada con la red elctrica, su problemtica y la justificacin de las redes inteligentes. A partir de esa informacin se han detectado las tecnologas clave y su implicacin en el desarrollo de las redes. El paso siguiente ha sido realizar un estudio de estas tecnologas, buscando informacin relacionada con las redes inteligentes y detallando los principales aspectos tcnicos. Se han buscado aplicaciones y ejemplos de las pruebas pilotos existentes as como un estudio de las plataformas tecnolgicas existentes y de los principales proyectos que estn permitiendo la definicin y el desarrollo de las redes inteligentes. Toda la informacin se ha introducido en diferentes versiones del documento que se ha circulado entre los miembros del equipo de trabajo para su revisin y aprobacin definitiva. A lo largo de todo el documento se ha utilizado tanto el trmino Smart Grid como Redes Inteligentes indistintamente para la referencia al objeto del documento.


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2. LA RED ELCTRICA. EVOLUCIN HACIA LAS SMART GRIDS2.1. DESCRIPCIN DE REDES ELCTRICAS

2.1.1. DESCRIPCINDe una forma generalista, se entiende por red elctrica el conjunto de lneas, transformadores e infraestructuras que llevan la energa elctrica desde los centros de produccin hasta todos los consumidores. Estas redes son las encargadas de transportar y distribuir la electricidad generada en la centrales (ya sean las tradicionales nucleares, hidrulicas, de carbn o las ms recientes de ciclo combinado o renovables) hasta los puntos de consumo final. Sin embargo las redes actuales estn diseadas y en funcionamiento desde la mitad del siglo pasado (donde los principales centros de produccin estaban lejanos de las poblaciones) y deben de ser rediseadas para convertirse en redes ms efectivas y robustas, de forma que puedan soportar las necesidades futuras (tanto desde el punto de vista de los consumidores como de las caractersticas de las centrales basadas en energas alternativas). En todas las redes se pierde parte de la energa en el transporte y la distribucin. La actividad de transporte consiste en la conduccin de la energa elctrica a muy alta tensin (ya que se aseguran unas prdidas de red menores) y se considera cuando la tensin es igual o superior a 220kV (generalmente 400kV y/o 220kV), adems de las interconexiones con otros pases. Por otra parte la actividad de distribucin consiste en la transmisin o transporte de energa elctrica (tensiones de 132kV e inferiores) desde las redes de transporte hasta los puntos de consumo. A medida que nos acercamos a los puntos finales de consumo es preciso conseguir valores de tensin dentro de la baja tensin (normalmente tensiones que no superan los 1000V) operacin que se realiza en los centros de transformacin. Entre la instalacin final del usuario y los centros de transformacin existe una infraestructura, denominada red de enlace, y que permite la interconexin y proteccin de las instalaciones. Todas estas transformaciones estn soportadas por diferentes elementos (transformadores, protecciones, seccionadores, elementos de control y mando, equipos de medida, etc.), elementos que al igual que el resto de la infraestructura deben soportar las necesidades futuras. En Espaa estn separadas las actividades de generacin, transporte y distribucin, recayendo en Red Elctrica el transporte de electricidad y la operacin del sistema elctrico. Red Elctrica transporta la energa elctrica en alta tensin mediante la gestin de las infraestructuras elctricas que forman la red de transporte y enlazan las centrales de generacin (de todos los tipos) con las redes de distribucin a los consumidores. Por otra parte, la energa elctrica no se puede almacenar en grandes cantidades. Esto implica que su produccin debe igualarse a su consumo en todo momento y debe existir un equilibrio constante de la produccin con la demanda. Esa es la otra gran funcin de Red Elctrica, la de operador del sistema, en la que debe de prever el consumo y supervisar en tiempo real las instalaciones de generacin y transporte de forma que la produccin de las centrales sea la demanda real de los consumidores. Si hay desviaciones debe de enviar las rdenes necesarias (tanto de aumento como de disminucin) a las centrales para que ajusten la produccin y se iguale a la demanda. Para cada da se hace una previsin de la curva de demanda, que se va ajustando segn las necesidades reales. Dicha curva presenta una forma


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tpica con los picos en las horas cercanas al medioda y la tarde y valles en el intermedio y la noche.

Imagen 1. Demanda de energa elctrica. Fuente: REE

La Ley del Sector Elctrico 54/1997 y la modificacin del 17/2007del 4 de julio establecen en Espaa un mercado interno mayorista de electricidad para el que era necesario una red de transporte bien gestionada as como una operacin del sistema nica del sistema, tareas que, como se ha comentado, recaen en Red Elctrica. Esto implica que se ha liberalizado la actividad de generacin y que los productores de electricidad pueden realizar ofertas, tanto al mercado mayorista como a travs de contratos bilaterales, al precio que deseen y que los consumidores pueden comprar la energa al productor que ms le convenga. En realidad se define el concepto de agente de mercado que son las empresas autorizadas para actuar en el mercado como compradores (distribuidores y comercializadores y consumidores cualificados de energa elctrica) y vendedores de la electricidad (productores, distribuidores y comercializadores y productores en rgimen especial) y se pueden alcanzar acuerdos mediante contratos bilaterales fsicos o bien directamente participando en el mercado mayorista. Los productores hacen ofertas de cantidades de electricidad a un determinado precio para cada hora del da y los consumidores o los comercializadores que les venden la energa hacen las ofertas de compra. El proceso de casacin en el mercado favorece a las ofertas de venta ms baratas y a las ofertas de compra ms elevadas. Los contratos bilaterales generalmente se realizan en los mercados denominados a plazo en los que con gran tiempo de antelacin (semanas, meses e incluso ms) a la generacin y consumo de la electricidad, se intercambian los contratos. Cuando llega el da anterior al que la energa va a ser intercambiada (producida y consumida) los agentes del mercado negocian la energa para cada hora del da en el denominado mercado diario organizado por el Operador del Mercado Elctrico (OMEL). Adems, ya dentro del propio da se producen ajustes de posiciones comerciales en los llamados mercados intradiarios. Finalmente a muy corto plazo (horas o minutos antes de la produccin y consumo) se hacen tambin intercambios (denominados servicios complementarios y que se ejecutan en varios mercados organizados por el Operador del Sistema, que es Red Elctrica como se ha comentado) para que la generacin


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ajuste con la demanda y el sistema elctrico est en equilibrio y funcione con la seguridad y calidad necesaria. Desde un punto de vista tcnico, para la Operacin del Sistema se dispone de centros de control que monitorizan el estado de la red y sus parmetros elctricos, a travs de una red de telecomunicaciones, que gestiona principalmente la red de transporte y los distintos centros de control propios o de los principales actores. En cuanto al Operador del Mercado Elctrico, dispone de los medios necesarios (como certificados digitales integrados en tarjetas inteligentes o sistemas de almacenamiento redundante y respaldo) que garantizan la seguridad total del sistema. En la actualidad hay aproximadamente unos 750 agentes (entre Agentes Productores, Agentes Productores en Rgimen especial, Agentes Distribuidores, Agentes Comercializadores y Agentes Consumidores Cualificados) y su gran mayora corresponde a los productores en rgimen especial (principalmente procedente del tratamiento de residuos, biomasa, hidrulica, elica, solar y cogeneracin). Las que tienen por origen las energas renovables tienen las peculiaridades propias de la energa en cuanto a disponibilidad y planificacin. Adems su gran crecimiento obliga a la modificacin de las infraestructuras para permitir su evacuacin y todos los ajustes necesarios para permitir la operacin del sistema. Por otra parte la demanda de energa es cada vez mayor y todo el conjunto hace que los sistemas elctricos funciones en condiciones cercanas a sus lmites. Las ms recientes modificaciones tecnolgicas en el sector han ido ligadas a las redes de transporte, la operacin del sistema elctrico, la operacin del mercado, etc. y en definitiva a completar la legislacin mencionada. Sin embargo, desde los puntos de distribucin a los consumidores domsticos finales apenas ha habido modificaciones. En la actualidad se estn empezando a sustituir los tradicionales contadores analgicos por los nuevos contadores digitales con caractersticas orientadas a incentivar el ahorro del consumo y la telegestin. Hay que tener en cuenta la futura participacin de los consumidores finales domsticos en todo el mercado, tanto desde el punto de vista de la produccin (placas solares, microgeneracin, etc.) como desde el punto de vista del consumo (adecuacin del consumo en funcin de los posibles precios ofertados). Adems la incorporacin del coche elctrico a nuestras vidas es una realidad, pudiendo actuar tanto como consumidor como productor.

2.1.2. PROBLEMTICALa realidad es que hoy por hoy la infraestructura de red elctrica existente parece que cumple parte de las expectativas (desde la generacin tradicional y renovable hasta el transporte y parte de la distribucin) pero tiene que mejorar notablemente desde el punto de vista del usuario final y las funcionalidades que se espera de ella. Las previsiones indican un crecimiento moderado de la demanda, un fuerte incremento de las energas renovables y una necesidad de potencia firme y flexible. Todo ello est haciendo que aparezca un nuevo concepto de red elctrica, las redes inteligentes cuya definicin bsica puede corresponder a Las redes inteligentes son las redes elctricas que pueden integrar de manera inteligente el comportamiento y las acciones de todos los actores conectados a ellas (quienes generan electricidad, quienes la consumen y quienes realizan ambas acciones) para proporcionar un suministro de electricidad seguro, econmico y sostenible.


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Adems de los aspectos anteriormente mencionados relacionados con la descripcin actual de la red elctrica, hay otra serie de problemas y/o necesidades que se han ido acumulando en los ltimos aos. Son variados y van desde la antigedad de las infraestructuras, motivos puramente econmicos hasta las necesidades de integracin de las nuevas energas renovables y el coche elctrico. Cada da es ms caro el combustible utilizado por las plantas de generacin de energa tradicionales, lo mismo que lo es la propia construccin de las centrales. Por otra parte, est el problema que se produce durante los picos de demanda, que obliga a activar plantas especiales para poder suministrar esas necesidades de energa. Esas plantas se utilizan nicamente durante esos periodos, con los sobrecostes que ello supone y que repercute directamente en las facturas que pagamos. Los picos se suelen producir en franjas horarias donde todos los consumidores acceden simultneamente a sus electrodomsticos, aunque en general no sean conscientes de ello. La posibilidad de conocer en tiempo real el coste de la energa por parte del usuario final hace que pueda elegir cundo utilizar determinados electrodomsticos repercutiendo en el coste final de sus facturas y a reducir los picos de consumo. Para ello sera necesario disponer de contadores inteligentes en todos los puntos de consumo, principalmente usuarios domsticos. Otro aspecto que estos contadores permitiran mejorar sera la integracin de las energas renovables para los usuarios finales que dispongan por ejemplo de paneles solares (o de elementos de microcogeneracin) permitiendo, adems de generarse su propia electricidad, la inyeccin en la red (y su correspondiente pago) de la energa generada durante los picos de consumo. Estas iniciativas deben estar soportadas por todas las compaas y sera necesario que estuviesen acompaadas de las correspondientes reformas normativas y legales. Tambin hay que tener en cuenta que el negocio de las compaas elctricas es vender energa y hay una relacin directa entre la energa que venden y sus beneficios. De esta forma, es difcil que una compaa decida fomentar la reduccin de los consumos a sus clientes. Esto debe de ir acompaado de nuevas polticas que incentiven la eficiencia y regeneracin de las infraestructuras existentes. Otro problema relacionado con el coste de la energa es, adems del coste propio de las materias primas, la amenaza que supone la dependencia (en todos sus aspectos) de los suministradores, y ms si lo son de otros pases. Subidas en los precios o restricciones en los suministros pueden hacer no viables estrategias y proyectos importantes para la sociedad. La facilidad de la integracin de las energas renovables (cuya generacin es habitualmente local) y un consumo sostenible, razonable y controlado por parte de los usuarios puede hacer que se reduzcan esas dependencias y los costes asociados. Los aspectos medioambientales tambin estn presentes. Muchas de las centrales actuales utilizan combustibles fsiles (petrleo, carbn, etc.) con sus correspondientes implicaciones en emisiones de humos y gases que provocan el efecto invernadero. Aunque cada vez se estn introduciendo ms puntos de generacin asociados a las energas renovables, su impacto en el total an es reducido (aunque cada vez es ms significativo, llegando a un 35% en los primeros nueve meses del 2010 en Espaa). Es preciso avanzar en investigaciones y sistemas que ayuden a mejorar aspectos como la eficiencia y la reduccin de gases as como la facilidad de integracin de las energas renovables, tanto desde ubicaciones centralizadas como desde puntos de generacin distribuidos.


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La fiabilidad de la energa y su distribucin es otro matiz a tener en cuenta. A pesar de que hoy en da la fiabilidad es muy alta, an existe una gran prdida econmica y social debida a la falta de electricidad en determinadas ocasiones. Adems, muchas veces las propias compaas no detectan dichos apagones hasta que los usuarios finales les informan y es habitual que sea necesario el desplazamiento fsico de los empleados para determinar qu partes de la red estn daadas. Otro problema adicional es que si no se ataja rpidamente el fallo, puede provocar un fallo en cascada debido a la congestin y sobrecargas que se producen. La implementacin de sistemas automticos inteligentes puede hacer que las elctricas tengan un conocimiento en tiempo real de toda la red permitiendo una rpida reaccin, la deteccin previa de problemas potenciales y la minimizacin del impacto de un fallo. Adems, si se dispone de una conexin directa con todos los clientes finales se puede comprobar el estado de sus lneas, consumos y suministros, pudiendo actuar antes de que se produzca el aviso del fallo. Tambin se ha comentado anteriormente que las infraestructuras que estn generando la electricidad actualmente son obras que se han realizado hace muchos aos y por lo tanto con una tecnologa y prestaciones ya muy obsoleta. As como en el campo de las telecomunicaciones ha habido mucho cambio e inversiones, no lo ha habido en el sector elctrico que sigue funcionando con instalaciones y servicios de hace muchos aos. Es preciso la inversin en nuevas infraestructuras, que asociados a la reduccin de costes de las telecomunicaciones, los avances en sensores y sistemas ms inteligentes y procesadores ms potentes y rpidos harn que la generacin, distribucin y gestin de energa sea ms barata, ecolgica y permita ofrecer una nueva serie de nuevos servicios a los usuarios finales. Para ello es importante la definicin de estndares. Si la infraestructura de las elctricas tiene que interoperar con otros sistemas e industrias (calefaccin y aire acondicionado, dispositivos del hogar como los electrodomsticos, en futuro los coches elctricos, etc.) debe estar acompaada de estndares que permitan esa interoperabilidad. Todas estas motivaciones lleva a la definicin de lo que son las Smart Grids. Las redes inteligentes integran las tecnologas de la informacin con las infraestructuras elctricas actuales haciendo una Internet de la energa (comunicaciones bidireccionales, flujo multidireccional de la energa y completamente automatizada y controlada).

2.2.

CONCEPTO DE RED INTELIGENTE

2.2.1. NECESIDAD DE LA RED INTELIGENTELa humanidad ha experimentado en el ltimo siglo un desarrollo inmenso sustentado en el consumo energtico basado en el aprovechamiento de fuentes de energa de origen fsil. Estas energas han sido explotadas suponiendo una disponibilidad ilimitada, y sin valorar en ningn momento los costes ambientales ocasionados. Basados en esta forma de consumir combustibles fsiles, el ser humano se ha basado hasta la actualidad, en un modelo energtico en el cual se sigue un rigurosa cadena que se lleva a cabo en el siguiente orden: generacin, distribucin, transporte y consumo.


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Imagen 2. Modelo energtico actual .Fuente: REE

Sin embargo, el cambio de este modelo es ms que una necesidad hoy en da, tendiendo el nuevo modelo a la diversificacin de las fuentes de energa, un mayor aprovechamiento de las energas renovables y la eficiencia y el ahorro energtico. El nuevo modelo energtico pretende transformar el sistema actual en un sistema distribuido, en el cul cualquier agente que est conectado a la red tiene la posibilidad de aportar energa, posibilitando la creacin de microgeneradores, de forma que no existe una dependencia tan directa como con la generacin energtica actual. Gracias a este tipo de red es posible disminuir drsticamente las prdidas por el transporte energtico, facilitar la conexin a la red de todo tipo de energas renovables (facilitando la integracin de porcentajes crecientes de energas no gestionables como la elica o la solar), soportar las capacidades de almacenamiento energtico, soportar la conexin masiva de vehculos elctricos o hbridos (tanto para cargar como para volcar energa a la red), etc. Para poder llevar a cabo todas las acciones mencionadas, la red del futuro deber: Permitir la autogestin de incidencias, tratando los errores producidos en la red y asegurando el flujo elctrico en todos los puntos. Estar dotada de resistencia frente a ataques y desestabilizaciones. Potenciar la participacin activa de los consumidores, incentivando la generacin local de energa y la entrega del exceso energtico a la red en horas punta. Tener capacidad de suministro de energa de calidad adecuada a la era digital, gracias a un mayor nmero de puntos de generacin que permitir la entrega de diferentes calidades energticas para cada tipo de aplicacin. Acomodarse a una amplia variedad de modalidades de generacin y almacenamiento, gracias a las microrredes y a la generacin energtica distribuida. Facilitar el florecimiento de mercados, debido a la inclusin de nuevos elementos en la red como el vehculo elctrico, un mayor nmero de energas renovables, etc. Realizar una optimizacin ms eficiente de sus activos y operacin, gracias a la automatizacin de todos los elementos implicados.


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Imagen 3. Modelo energtico futuro. Fuente: Smart Grids: European Technology Platform

Como se ha comentado anteriormente, una de las principales motivaciones para el cambio del modelo energtico es el aspecto medioambiental. En este nuevo modelo de desarrollo sostenible, las energas de origen renovable, son consideradas como fuentes de energa inagotables, y con la peculiaridad de ser energas limpias, con las siguientes caractersticas: suponen un nulo o escaso impacto ambiental, su utilizacin no tiene riesgos potenciales aadidos, indirectamente suponen un enriquecimiento de los recursos naturales y son una alternativa a las fuentes de energa convencionales, pudiendo sustituirlas paulatinamente. Teniendo en cuenta estos aspectos entre otros, la Comisin Europea se reuni en 2008 para elaborar el plan conocido como Plan 20-20-20. La estrategia 20-20-20 es una iniciativa lanzada para luchar contra el cambio climtico con un objetivo claro: reducir las emisiones de gases invernadero en un 20%; ahorrar un 20% en el consumo energtico; y proveer al sistema energtico con al menos un 20% de renovables; todo ello para 2020.

Imagen 4. Nuevos elementos en el modelo energtico. Fuente: Elaboracin propia


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Este cambio drstico de la forma en la que el ser humano consume energa, est comenzando a ser catalogado por algunas personas (entre ellos Jeremy Rifkin, presidente de The Foundation on Economic Trends) como una tercera revolucin industrial. Si bien es cierto que el petrleo, el carbn y el gas natural seguirn constituyendo una parte sustancial de la energa del mundo hasta bien avanzado el siglo XXI, existe un consenso creciente en cuanto a que estamos avanzando hacia el crepsculo de este periodo en el que la totalidad de los costes de nuestra adiccin al combustible fsil se estn convirtiendo en un lastre para la economa mundial. De esta forma aunque se est haciendo lo posible para garantizar el uso eficiente de los recursos fsiles de que an disponemos, y se est experimentando con tecnologas de energa limpia con el fin de reducir las emisiones de dixido de carbono procedentes de la quema de combustibles convencionales, los expertos aseguran que una mayor eficiencia energtica y una reduccin obligatoria de los gases de efecto invernadero no son suficientes, en s mismos, para poder enfrentar la crisis sin precedentes del agotamiento de las reservas de petrleo. De cara al futuro todos los gobiernos debern explorar formas alternativas de energa y crear modelos econmicos innovadores, con el fin de que las emisiones de carbono sean lo ms prximas posibles a cero, para lo cual ser necesario apoyarse en tres pilares fundamentales: energa renovable, tecnologa de almacenamiento y redes elctricas inteligentes. Estos tres pilares sern fundamentales, siendo el desarrollo de cada uno de ellos necesario para el resto, de forma que una vez estn desarrollados completamente se fundar un nuevo paradigma social-econmico. La situacin internacional, fuera de Europa, no es muy diferente a lo que se ha comentado. La Agencia Internacional de Energa, en su World Energy Outlook publicado en 2009, realiza un profundo anlisis de las polticas climticas y ha planteado un escenario en el que se limitan las emisiones de gases de efecto invernadero (a 450 ppm de CO2). Con este escenario se realiza una comparacin con el escenario de resultado de no aplicar cambios en la poltica de generacin energtica mundial.

Imagen 5. Emisiones CO2 mundiales. Fuente: IEA


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De esta forma la hoja de ruta dividida por zonas para una produccin energtica baja en emisiones de CO2 queda de la siguiente forma: Australia El gobierno australiano ha fijado como objetivo la reduccin de emisiones del 60% respecto a los niveles del ao 2000, para el ao 2050 y un mnimo de 5% y mximo de 25% para el ao 2020. Adems, el gobierno ha legislado que para el ao 2020, aproximadamente el 20% de la energa generada debe proceder de fuentes renovables. Mientras estas iniciativas se instalan en las leyes del pas, se irn proporcionando los medios polticos necesarios, para permitir al sector elctrico australiano, tomar nuevas decisiones en las inversiones relacionadas con la generacin energtica y las redes elctricas. En la industria se prev para el 2020 un descenso en el consumo de carbn (1520%), compensado por un mayor uso del gas natural y las energas renovables, en concreto energa elica y geotrmica. Ms all del 2020, ser necesario aplicar nuevas tecnologas con el fin de renovar las plantas industriales de cara al nuevo modelo energtico. Canad El gobierno de Canad tambin ha propuesto reducir en general un 20% las emisiones para el 2020, relativas al 2006, y entre un 60-70% para el 2050. Para 2020, tambin pretenden conseguir que un 90% de la electricidad generada provenga de fuentes no emisoras gases de efecto invernadero como hidrulica, nuclear, carbn limpio y elica. En la actualidad el 75% de la electricidad generada por Canad procede de fuentes no emisoras, gracias a la hidrulica y la nuclear. Adems se prev una gran expansin en la energa elica prevista para el 2010, que pretende superar los 3.000 MW. La energa elica junto a otras formas de micro-generacin, supondrn una pieza clave en la modernizacin de la red y del desarrollo de las tecnologas relacionadas con las Smart Grids. Unin Europea La Unin Europea basa su poltica de cambio en el modelo energtico en el Plan 20-20-20 que pretende para el 2020 disminuir un 20% la emisin de gases de efecto invernadero, aportar un 20% de generacin de renovables y mejorar la eficiencia energtica un 20%. La asociacin EURELECTRIC ha elaborado un estudio denominado Power Choices, con el fin de valorar una visin de la consecucin de estos objetivos, fijando como meta una reduccin del 75% de las emisiones de CO2, y valorando los nuevos avances tecnolgicos y polticos que haran posible estos resultados.


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Imagen 6. ndice de emisiones CO2 / Requerimientos de energa primaria. Fuente: EURELECTRIC

El estudio desarrolla dos escenarios alternativos entre 1990 y 2050: Baseline, suponiendo la consecucin de las polticas propuestas; y Power Choices, que supone un recorte del 75% en las emisiones de CO2 domsticas. Japn En la Cumbre sobre el Cambio Climtico de Naciones Unidas celebrada en 2009, el primer ministro Hatoyama anunci como objetivo a medio plazo la reduccin de un 25% de las emisiones de gases de efecto invernadero para 2020 en comparacin con 1990. El objetivo principal de Japn, despus de la construccin de plantas de generacin energtica, pasa por asegurar el suministro elctrico por medio del mejor mix de fuentes energtico posible. En el lado de la generacin los esfuerzos se centrarn en disminuir un 50% la utilizacin de recursos fsiles, sustituyendo stos por energa nuclear y la solar fotovoltaica. En el lado de la demanda, se promovern la introduccin de bombas de calor usando CO2 como refrigerante. Estados Unidos El gobierno estadounidense est reflejando en sus programas energticos un enfoque claro y directo a mejorar el sector elctrico. Uno de los agentes implicados con ms peso, el Departamento de Energa de EEUU (DOE), est desarrollando una gran cantidad de diversos programas destinados a mejorar las tecnologas existentes, incluyendo la eficiencia de uso en edificios y vehculos, as como desarrollar nuevas tecnologas para generar energa procedentes de carbn, biomasa, geotrmica, hidrulica, elica y solar. Por otro lado, el DOE est invirtiendo en el desarrollo pilas de combustible e hidrgeno, as como en el coche elctrico. En la siguiente imagen, se muestra el resultado esperado de la reduccin de CO2, gracias al desarrollo de las medidas planteadas.


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Imagen 7. Emisiones CO2 EEUU/ Requerimientos de energa primaria. Fuente: EURELECTRIC

2.2.2. HISTORIA Y EVOLUCINLa tecnologa de Smart Grid nace de los intentos por usar controles de consumo mediante medidores y sistemas de monitorizacin. En 1980, los medidores automticos se utilizados para monitorizar las cargas de millones de clientes, lo que deriv en una Infraestructura avanzada en 1990 que era capaz de determinar la cantidad de energa que se utilizaba en diferentes momentos del da. La Smart Grid mantiene una constante comunicacin, por lo que los controles se pueden hacer en tiempo real y se pueden utilizar como un puente para la creacin de sistemas inteligentes de ahorro de energa en las casas. Uno de los primeros dispositivos de este tipo, fue el de demanda pasiva que permite determinar las variaciones de frecuencia en la provisin de energa en las casas. Dispositivos domsticos e industriales como los aires condicionados, heladeras, y calentadores ajustan su ciclo de trabajo para evitar su activacin en los momentos en donde exista un pico en la utilizacin de energa, evitando as la sobrecarga de los sistemas de abastecimiento. En el 2000, Italia cre el primer proyecto Smart Grid que abarc cerca de 27 millones de hogares usando medidores inteligentes conectados a travs de una lnea de comunicacin. Los proyectos ms recientes son los que utilizan tecnologa inalmbrica o BPL (Broadband Over Power Line). Los procesos de monitorizacin y sincronizacin de las redes se desarrollaron enormemente cuando la Bonneville Power Administration cre un nuevo prototipo de sensores que eran capaces de analizar con gran rapidez las anomalas en la calidad de energa elctrica en reas geogrficas muy grandes. Esto deriv en la primera Wide Area Measurement System (WAMS) en el 2000. Otros pases han integrado tambin esta tecnologa, China, est construyendo su WAMS, que estar terminada en el 2016.


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En abril de 2006, el Consejo Asesor de la Plataforma Tecnolgica de redes tecnolgicas del futuro de Europa present su visin de Smart Grids. Esta es impulsada por los efectos combinados de la liberacin del mercado, el cambio de las tecnologas actuales por las de ltima generacin para cumplir los objetivos ambientales y los usos futuros de la electricidad. Actualmente, seguimos usando una red elctrica que fue desarrollada hace ms de un siglo, sin embargo, en un fututo inmediato deberemos afrontar nuevos desafos que surgen de la liberalizacin de los mercados y de la evolucin de la tecnologa en este campo. Aunque el funcionamiento de las redes actuales es correcto, se debe trabajar para proporcionar un suministro elctrico seguro y sostenible. Las nuevas especificaciones que implementar el sector elctrico sern las siguientes. Participacin activa del usuario: En la red actual el usuario es una parte completamente pasiva, el desarrollo de las redes pretender desarrollar una actuacin del usuario ms participativa, surgiendo oportunidades de microgeneracin, demanda energtica flexible, servicios adaptados a sus necesidades, etc. Para lograr este punto ser necesario incentivar la participacin del usuario a la hora de entregar energa generada localmente, en funcin de su cantidad y la franja horaria. Automatizacin de la red elctrica: Esto permitir realizar un mantenimiento mucho ms eficiente de todos los componentes de la red, incluso implementando soluciones de gestin remota. Por tanto ser necesario realizar una fuerte inversin en la renovacin de las infraestructuras existentes. Existen proyectos que tratan sobre estos conceptos exponiendo una arquitectura basada en IEDs segn la norma IEC 61850. Seguridad en la generacin centralizada: El crecimiento de la red y su capacidad de generacin, obligar a renovar las centrales generadoras con el fin de asegurar un suministro seguro. De esta forma se mejorar la fiabilidad en el suministro elctrico ante cualquier perturbacin. Generacin distribuida y fuentes de energa renovable: Gestin energtica local, reduccin de prdidas y emisiones, integracin en redes de potencia. Interoperabilidad con las redes elctricas europeas: Ser necesario mejorar el transporte a largas distancias y la integracin de fuentes de energa renovable, fortaleciendo la seguridad europea de suministro a travs de unas capacidades de transferencia mejoradas. Gestin de la demanda: Desarrollo de estrategias para la regulacin local de la demanda y control de cargas mediante medicin electrnica y sistemas automticos de gestin de medidas.


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Aspectos sociales y demogrficos: Consideracin del cambio de la demanda producido por la sociedad al incrementar su confort y calidad de vida. Mejora de la calidad elctrica: Ser posible la eleccin del grado de calidad elctrica requerido por cada usuario, permitiendo un abanico de posibilidades a la hora de contratar el servicio energtico. De esta forma ser posible cubrir las necesidades para aplicaciones que requieren un nivel de calidad elevado en el suministro elctrico, evitando microcortes, perturbaciones, huecos, etc. Monitorizacin de la red: Aunque en la actualidad existen diversos sistemas de monitorizacin implantados en la red de transporte, stos se vern ampliados en gran medida, integrndose tambin en la red de distribucin y en los usuarios finales.

2.2.3. DEFINICIN Y CARACTERSTICASAunque no existe una definicin general estndar, la Plataforma Tecnolgica Europea de Smart Grids (Smart Grids: European Technology Platform) define una red inteligente como una red elctrica capaz de integrar de forma inteligente el comportamiento y las acciones de todos los usuario conectados a ella generadores, consumidores y aquellos que realizan ambas acciones con el fin de distribuir de forma eficiente y segura el suministro elctrico, desde el punto de vista sostenible y econmico. Una red inteligente emplea productos y servicios innovadores junto con monitorizacin inteligente, tcnicas de control, comunicaciones y tecnologas de autoajuste con el fin de: Fomentando la participacin de los usuarios de forma activa en la red. Permitir la coexistencia en la red de todo tipo de generadores, independientemente de su tamao o tecnologa. Suministrar a los usuarios una mayor cantidad de informacin y opciones a la hora de seleccionar el suministro elctrico. Reducir el impacto ambiental por medio de mejoras en la eficiencia de la generacin y el transporte energtico. Mejorar el nivel de la energa elctrica generada, permitiendo al usuario que lo requiera disponer de cierto grado de calidad en su suministro energtico. Mejorar y ampliar los servicios energticos de forma eficiente. Promover la integracin de los mercados hacia el mercado Europeo, y facilitar el transporte de energa a largas distancias.

En resumen, una Smart Grid se basa en el uso de sensores, comunicaciones, capacidad de computacin y control, de forma que se mejora en todos los aspectos las funcionalidades del suministro elctrico. Un sistema se convierte en inteligente adquiriendo datos, comunicando, procesando informacin y ejerciendo control mediante una realimentacin que le permite ajustarse a las variaciones que puedan surgir en un funcionamiento real. Gracias a todas estas funcionalidades aplicadas a la red, es posible conseguir las caractersticas descritas anteriormente.


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A continuacin se representan en una tabla las principales caractersticas que implementarn las Smart Grids, realizando una comparacin de dichas caractersticas con las equivalentes en la red elctrica actual:

CaractersticaAutomatizacin.

Red Elctrica ActualExistencia muy limitada de elementos de monitorizacin, reservndose a la red de transporte.

Smart GridIntegracin masiva de sensores, actuadores, tecnologas de medicin y esquemas de automatizacin en todos los niveles de la red.

Inteligencia y control.

La red actual de distribucin carece de inteligencia, implementando un control manual

Se enfatiza la creacin de un sistema de informacin e inteligencia distribuidos en el sistema.

Autoajuste.

Se basa en la proteccin de dispositivos ante fallos del sistema.

Automticamente detecta y responde a transmisiones actuales y problemas en la distribucin. Su enfoque se basa en la prevencin. Minimiza el impacto en el consumidor.

Participacin del consumidor y generacin distribuida.

Los consumidores estn desinformados y no participan en la red. No se genera energa localmente, lo que implica un flujo energtico unidireccional.

Resistencia ante ataques.

Infraestructuras vulnerables.

totalmente

Incorporacin masiva de generacin distribuida, la que permite coordinarse a travs de la red inteligente. En esta generacin participa el usuario con la entrega del exceso energtico generado localmente. Resistente ante ataques y desastres naturales con una rpida capacidad de restauracin.

Gestin de la demanda

No existe ningn tipo gestin en la utilizacin dispositivos elctricos, funcin de la franja horaria da, o del estado de la elctrica.

de de en del red

Incorporacin por parte de los usuarios de electrodomsticos y equipos elctricos inteligentes, que permiten ajustarse a esquemas de eficiencia energtica, seales de precio y seguimiento de programas de operacin predefinidos.


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Calidad elctrica.

Solo se resuelven los cortes de suministro, ignorando los problemas de calidad elctrica. De esta forma persisten problemas de huecos de tensin, perturbaciones, ruido elctrico, etc. Recientemente se estn empezando a incorporar puntos de recarga elctrica en la red, que slo permiten la recarga de las bateras de los vehculos.

Calidad elctrica que satisface a industria y clientes. Identificacin y resolucin de problemas de calidad elctrica. Varios tipos de tarifas para varios tipos de calidades elctricas. La incorporacin de los vehculos elctricos a la red, est demandando nuevas infraestructuras especializadas destinadas a la recarga y a permitir que cada vehculo pueda convertirse en pequeas fuentes de generacin. Gran nmero de diversos dispositivos generadores y almacenadores de energa, para completar a las grandes plantas generadoras. Conexiones PlugAndPlay. Ms enfocado en energas renovables. Sistemas de control inteligentes que permitan extender los servicios intercambiados entre los distintos agentes del mercado elctrico y, asimismo, aprovechar eficientemente la capacidad de transmisin de la red. Buena integracin de los mercados al por mayor. Prsperos mercados al por menor. Congestiones de transmisin y limitaciones mnimas.

Vehculos elctricos

Capacidad para todas las opciones de generacin y almacenamiento.

Pocas grandes plantas generadoras. Existen muchos obstculos para interconectar recursos energticos distribuidos.

Optimizacin del transporte elctrico

En la actualidad se pierde una gran cantidad de energa debido a la poca eficiencia en el transporte elctrico.

Preparacin de mercados.

Optimizacin de bienes y funcionamiento eficiente.

Los mercados de venta al por mayor siguen trabajando para encontrar los mejores modelos de operacin. No existe una buena integracin entre stos. La congestin en la transmisin separa compradores de vendedores. Integracin mnima de los datos de operacin y la gestin de bienes. Mantenimiento basado en tiempo.

Sensado y medida de las condiciones de la red. Tecnologas integradas para la gestin de los bienes. Mantenimiento basado en las condiciones de la red.

Tabla 1. Caractersticas Smart Grids. Fuente: Elaboracin propia

2.2.4. AGENTES INVOLUCRADOS / INTERESADOSGracias a la liberacin y dinamizacin del mercado energtico europeo, cada vez es mayor el nmero de agentes implicados en el futuro del suministro elctrico. Desde miembros del gobierno hasta los usuarios finales, cada agente colaborar para dar forma al sistema de Smart Grids.


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Usuarios: El papel interpretado por el usuario en las Smart Grids, dar un cambio radical. Surgir la demanda de nuevos y mejorados servicios, adems de habilitar la posibilidad para los usuarios de poder conectar la generacin energtica individual a la red, con el fin de poder vender el excedente energtico generado. Otras mejoras que se habilitarn sern la tarificacin en tiempo real y la libertad para elegir los suministradores energticos. Compaas de redes elctricas y servicios energticos: Los propietarios y operadores de las redes sern los responsables de responder a las peticiones de los usuarios de una forma eficiente y con un coste ajustado. Por tanto, estarn obligados a realizar la investigacin necesaria para garantizar el cumplimiento de los requisitos demandados. Por otro lado las empresas de servicios energticos sern las encargadas de hacer tangible el ahorro obtenido gracias a las mejoras implementadas tanto en la red, como en los hogares, resaltando tambin el ahorro obtenido gracias a los cambios en los hbitos de consumo energtico de las personas. Investigadores y Desarrolladores: Para llevar a cabo el desarrollo de la red elctrica ser necesario realizar una fuerte inversin en investigacin aplicada a la demanda y la generacin, as como en las tecnologas necesarias para realizar la implementacin de la red de telecomunicaciones que sustente la transferencia de datos necesaria para la monitorizacin y control de la red. La cooperacin entre las universidades y centros de investigacin, compaas elctricas, fabricantes, reguladores y legisladores ser imprescindible para implementar el desarrollo tecnolgico requerido. Operadores: El libre comercio en toda Europa est afectando a la apertura de mercados, normas y procedimientos comerciales. Los clientes se beneficiarn de la oportunidad de poder elegir el proveedor de energa que mejor se adapte a sus necesidades. Generadores: Las redes elctricas son complejos sistemas integrados y hay una importante interaccin entre generadores, las redes, y la demanda. En el futuro ser importante fomentar la participacin de agentes que puedan aportar energa a la red, facilitndoles el acceso tanto a nivel tecnolgico, como normativo. Reguladores: El mercado energtico europeo y los servicios relacionados, deben ser apoyados por un marco regulador claro y estable, con normas bien establecidas en toda Europa. Agentes gubernamentales: Los gobiernos tendrn que preparar una nueva legislacin que se encargue de regir todos los aspectos y trmites relacionados. Se espera que el aumento de la competencia, repercuta en una reduccin de las tarifas, aunque por otro lado la integracin de las energas renovables en la red, requerirn una fuerte inversin inicial. Todo este desarrollo repercutir en el desarrollo econmico y el aumento de la competitividad y la creacin de empleo.

2.2.5. CONVERGENCIA ENTRE LA RED ELCTRICA Y LAS TELECOMUNICACIONESLa convergencia de infraestructuras de energa y telecomunicaciones har posible un sistema distribuido y controlado para el cambio de paradigma del sistema energtico, apoyado en el cambio del paradigma, que ya se ha producido, en el sistema de comunicaciones, que dar forma a la red de energa del futuro.


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La necesidad del ahorro de energa es algo fuera de toda duda, pero ste implica, inevitablemente, automatizar todo el proceso de control mediante una red convergente de energa telecomunicaciones informacin. Las nuevas tecnologas permiten crear una nica infraestructura fsica inherentemente segura, multipunto a multipunto, para la distribucin de energa e informacin, siendo una base fundamental para la estrategia futura de la convergencia y el ahorro. Uno de los aspectos ms importantes de los sistemas de generacin basados en energas renovables es la correlacin temporal entre la demanda y la generacin, porque cambian los conceptos bsicos de los sistemas de generacin convencionales. La clave para aprovechar estos recursos es la adaptacin de la demanda al suministro (control de la demanda) y no al contrario. Aqu reside el alto potencial de un acercamiento integrado o convergente a las redes de electricidad y telecomunicaciones. Las redes de comunicaciones y la infraestructura de TI de la mayora de las empresas de servicios pblicos han evolucionado exponencialmente. Existe una combinacin de tecnologa obsoleta y heredada que carece de posibilidad de integracin, lo cual hace que la transicin hacia una red conectada sea ms desafiante. Las empresas de servicios pblicos sirven a mercados geogrficamente muy variados y generalmente tienen una combinacin de clientes rurales y urbanos en los sectores residencial, comercial e industrial. Esa misma diversidad se extiende a sus activos de comunicaciones, que han evolucionado en los ltimos 50 aos. Muchas compaas de servicios pblicos han implementado grandes redes de comunicaciones que operan redes de voz y datos fijos y mviles en el territorio de servicio. Cada uno de estos sistemas tiene distintos requerimientos de ancho de banda, seguridad y rendimiento, y pueden ser desarrollados sobre distintas plataformas utilizando protocolos con derechos de propiedad. Algunos tienen una arquitectura fragmentada, lo cual lleva a costes operativos ms altos y podran carecer del ancho de banda necesario para la comunicacin bidireccional en tiempo real de la red elctrica inteligente y de la escalabilidad necesaria para adoptar una gama de dispositivos y aplicaciones de red en constante cambio. Las empresas de servicios pblicos experimentarn en breve una explosin de datos debido a un crecimiento exponencial de los dispositivos inteligentes, contadores y monitores que llegan en lnea como parte de la red elctrica inteligente. La mayora de las estrategias y sistemas de datos heredados no estn preparados para manejar los volmenes que se van a generar. Estos nuevos datos requerirn un mayor almacenamiento, ancho de banda y seguridad. Tambin deben estar disponibles para funciones analticas para ofrecer un anlisis ms profundo con el fin de entender los nuevos patrones de uso y desarrollar nuevos modelos de precio. Algunas empresas de servicios pblicos ya estn experimentando esta explosin en los datos. Por ejemplo, antes de que una empresa de servicios pblicos comenzara con la fase uno de la implementacin de la red elctrica inteligente, el volumen total de informacin en lnea era de aproximadamente 20 terabytes (TB) o 20.000 gigabytes. Ahora estn capturando datos de contadores inteligentes cada 15 minutos, lo cual ha incrementado los requerimientos a 200 TB de almacenamiento. Las empresas de servicios pblicos estiman que la transicin a una captura de datos cada cinco minutos incrementar el volumen de datos de 200 a 800 TB.


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Los problemas de seguridad que se han detectado a principios de 2009 en el despliegue de las Smart Grids en Estados Unidos han demostrado la necesidad de una nueva arquitectura de comunicaciones. La seguridad que hay que aadir a las redes IP es lo ms complejo de la historia de las comunicaciones (firewalls, IDSs, spam, spoofing, troyanos, virus, suplantacin de identidad,). Los datos del cliente y los temas relacionados con la privacidad son en la actualidad puntos candentes de contencin en la evolucin de las redes elctricas inteligentes. El tema de quin tiene los datos y por qu motivo es una cuestin que preocupa a los legisladores. Existe una creciente preocupacin de que estos datos sean utilizados en formas que los clientes nunca habran previsto. El Instituto Nacional de Normas y Tecnologa, (NIST agencia del Departamento de Comercio de EEUU), ha identificado algunos problemas potenciales relacionados con la privacidad de los datos en lo que respecta a las redes elctricas inteligentes, entre otros el robo, el seguimiento del comportamiento del cliente y la vigilancia en tiempo real. La informacin procedente de estos dispositivos puede ser combinada en formas inesperadas y revelar informacin que los consumidores no desean que se conozca. Si pensamos por ejemplo en un hogar inteligente, se podran capturar y enviar datos que revelen los electrodomsticos que se utilizan y cundo se utilizan, si alguien ha entrado en otra habitacin, si una persona se est duchando porque el calentador se ha encendido o incluso si hay alguien en casa o no. Aunque esto pueda resultar inquietante, la posibilidad de que se pueda detectar el uso de dispositivos relacionados con la salud resulta an ms preocupante. A pesar de que las comunicaciones no son el foco principal de concentracin de las empresas de energa pblica, la red elctrica inteligente requiere una slida red de comunicaciones que permita el soporte de las funciones tradicionales de las empresas de servicios pblicos en la capa de energa. Tambin debe contar con la flexibilidad de adaptarse a los nuevos requisitos de la capa de aplicaciones. Debe permitir el soporte de la respuesta de demanda, dispositivos avanzados de contadores y fuentes de energa distribuida. La red de comunicaciones debe proporcionar integracin transparente, comunicacin en tiempo real y gestionar el flujo de datos que est siendo protegido por los componentes de la red elctrica inteligente a la vez que mantiene la seguridad.

2.2.6. FASES HACIA LA RED INTELIGENTEEl desarrollo e implantacin de las Smart Grids ser algo progresivo y tendr una fuerte dependencia con los avances tecnolgicos y polticos que hoy en da se estn llevando a cabo. Aunque son numerosos los campos en los que se trabaja actualmente, a continuacin se describe en alguno de ellos, los avances ms destacados. Centros de Transformacin Generalmente los transformadores son dispositivos muy fiables, con una vida til entre 20 y 35 aos, con un mnimo de 25 aos a una temperatura de funcionamiento de 65-95C. Sin embargo, en la prctica, la vida de uno de estos transformadores puede llegar a los 60 aos con un mantenimiento apropiado. Actualmente se est trabajando en varios campos relativos a estos elementos de la red elctrica. La prevencin de incidentes de funcionamiento, es un asunto de vital


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importancia, en el que se estn desarrollando tcnicas para prevenir la ruptura de los tanques de aceite. Adems desde el punto de vista de diseo de nuevos transformadores, se estn siguiendo nuevas lneas de diseo para optimizar la seguridad de funcionamiento. Otro tema que se aborda en relacin a estos elementos, es el del diagnstico y optimizacin de su vida til. En este campo se est trabajando realizando modelos de prediccin y simulaciones de forma que se pueda conocer el comportamiento de los transformadores, pudiendo anticipar metodologas de mantenimiento adecuadas. Por otro lado se tiende a instalar sistemas de monitorizacin para la deteccin de anomalas de funcionamiento, o para la captura de datos que facilite a posteriori la elaboracin del modelo de funcionamiento. Equipos de alta tensin La creciente demanda energtica est obligando a la red elctrica a implementar nuevos mtodos en la parte de generacin y transporte de alta tensin. As surgen temas como la generacin de Ultra Alta Tensin (UHV), conmutacin de lneas, y optimizacin de la infraestructura existente para adaptarla a las nuevas necesidades de la sociedad. La problemtica hoy en da a la hora de generar UHV pasa por la prevencin ante tormentas, tomando los pararrayos un papel de vital importancia en las instalaciones correspondientes. Adems la alta temperatura de funcionamiento, as como la cantidad de energa necesaria para gestionar el proceso de forma ptima, dificultan la generacin de UHV. Para solventar estos problemas, se encuentran abiertas varias lneas de investigacin que pretenden optimizar todo este proceso. La llegada de los nuevos seccionadores de lneas, con unas caractersticas de conmutacin optimizadas, pueden combinarse con modernos controladores electrnicos, para conseguir operaciones ptimas de conmutacin, de forma que las conmutaciones de sobretensiones o anomalas en la red que afectan la calidad elctrica, podran eliminarse. La optimizacin y ampliacin de la infraestructura existente requiere mtodos de monitorizacin y visualizacin de los parmetros crticos. Los sensores de tensin y de corriente pticos proporcionan un excelente aislante en entornos de alta tensin, permitiendo medir altos voltajes y corrientes de una forma no intrusiva. Estas caractersticas, junto a su tamao compacto y su amplio ancho de banda, hacen que estos dispositivos resulten perfectos para realizar estas medidas. Subestaciones La creciente poblacin, urbanizacin e industrializacin en conjunto con la generacin de energa remota, especialmente en el caso de energas renovables est incrementando la necesidad de transmisin con un mayor volumen de energa a grandes distancias. Esto sita las subestaciones como una pieza clave en la entrega y recogida energtica. Dada la creciente densidad de poblacin en las ciudades, cada vez es ms complicado encontrar un emplazamiento adecuado para las subestaciones elctricas. Dado este problema, surge la idea de integrar las subestaciones bajo los edificios de apartamentos o centros comerciales. Esta tarea requiere de una serie de especificaciones y estudios que aseguren un correcto funcionamiento de la red elctrica.


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Por otro lado se est tendiendo integrar cierta capacidad de computacin y automatizacin en las subestaciones como primer paso hacia la Smart Grid. De esta forma segn la normativa IEC 61850 se comienza a aplicar inteligencia a estos elementos de la red que sern capaces de comunicar directamente con otros elementos. Proteccin y automatizacin de la red Los sistemas de automatizacin en subestaciones, encargados de interconectar una serie de dispositivos han existido desde hace unos 20 aos, usando protocolos propietarios, esos sistemas se han encargado principalmente de la supervisin de elementos. Hoy en da, este tipo de sistemas han evolucionado y siguen hacindolo siguiendo como base los protocolos y actuaciones declarados en IEC 61850, utilizando comunicaciones peer-to-peer y habilitando el intercambio de datos entre sistemas a diferentes niveles y con herramientas diferentes, permitiendo adems de la supervisin, controlar una serie de dispositivos o variables. Por otro lado, el aumento de la generacin energtica renovable y la cogeneracin, requieren la aplicacin de tecnologas de forma que se posibilita su gestin y proteccin. Este impacto en las redes elctricas se manifiesta actualmente, tanto en la transmisin como en la distribucin de este tipo de energas. En particular, el efecto en las subestaciones, tanto en su proteccin como en su control, ha sido profundo, debido a la necesidad de gestionar electricidad intermitente y de varios niveles de voltaje. Por tanto para el desarrollo, y supervisin de los elementos de la red, surgen hoy en da una gran cantidad de soluciones para la monitorizacin energtica y de parmetros asociados a esta. Sistemas de informacin y telecomunicaciones Las comunicaciones entre los diferentes dispositivos del Centro de transformacin y el Centro de Control y Supervisin no han tenido hasta ahora un estndar que permita una comunicacin de datos eficiente, dificultando la implantacin de los sistemas SCADA en los centros de transformacin. Adems, la interfaz con los rels era en muchos casos inexistente. Para solventar estos problemas se ha creado el protocolo internacional IEC 61850, que define la comunicacin entre diferentes dispositivos conectados a una red de rea local y se han desarrollado nuevos dispositivos, los IEDs, que integran elementos de comunicacin para el telecontrol. Es importante recordar las capas tcnicas que componen la red elctrica inteligente al desarrollar la estrategia y la hoja de ruta hacia la transformacin. Al nivel ms alto, las tecnologas de la red elctrica inteligente pueden dividirse en tres capas: Capa de energa. Generacin de energa, transmisin, subestaciones, red de distribucin y consumo de energa. Capa de comunicaciones. Red de rea local (LAN), red de rea amplia (WAN), red de rea de campo (FAN)/AMI y red de rea residencial (HAN), que permiten el soporte de la infraestructura de TI. Capa de aplicaciones. Control de respuesta de demanda, facturacin, control de averas, monitoreo de carga, mercados energticos en tiempo real y nueva gama de servicios al cliente.


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Si bien se requerirn cambios en las tres capas, es probable que la capa de comunicaciones sea la que ms cambios requiera. De las tres capas, la capa de comunicaciones es la que posibilita la existencia de la red elctrica inteligente, aunque la red no ser verdaderamente inteligente si no se desarrolla adecuadamente la capa de aplicaciones. Esta capa acta como sistema circulatorio para interconectar los distintos sistemas y dispositivos, la capa de energa con la capa de aplicaciones, para comunicar ambas completamente con la cadena de suministro de energa. Regulacin y mercado elctrico La evolucin actual de las TICs, sistemas de monitorizacin, gestin energtica a nivel local, as como las tecnologas inteligentes para el hogar abren nuevas oportunidades para las iniciativas del lado de la demanda en el negocio elctrico. Al mismo tiempo, hay una creciente necesidad de participacin de parte del consumidor en la cadena de suministro elctrico. De forma que la generacin local cobrar un inters alto. Todo este cambio en el sistema elctrico requerir nuevas polticas de regulacin y normativas que faciliten la transformacin de la red.


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3. PRINCIPALES ASPECTOS Y TECNOLOGAS A CONSIDERARComo en muchos otros aspectos de nuestra vida cotidiana, cada vez se utiliza ms el concepto Smart como atributo a actividades que realizamos habitualmente, y siempre estn asociados a las mejoras que ofrecen las tecnologas de la informacin y las comunicaciones a los distintos mbitos en los que se aplican. Smart City, Smart Home, Smart Traffic, Smart Building, etc. son algunos ejemplos de lo comentado, y dentro de esa misma lnea se encuentran Smart Grid y Smart Energy. Ya se ha comentado la multitud de actores que ya intervienen en el mercado elctrico despus de la liberalizacin, pero el nmero se disparar cuando realmente sean los usuarios finales domsticos los que jueguen un papel fundamental. Todos ellos deben de estar conectados de forma que la informacin fluya de forma eficiente a lo largo de toda la cadena de valor de la energa. Ese aumento de las redes de comunicaciones y la infraestructura necesaria de las tecnologas de la informacin ya se ha ido produciendo de forma sistemtica a lo largo de los ltimos aos para la operacin del sistema elctrico (asociada a la red de transporte y la generacin). Para llevar a cabo y poder desarrollar todas las funcionalidades que se espera de las redes inteligentes hay que reproducir esa capacidad (bsicamente comunicaciones bidireccionales redundantes de datos y posibilidad de gestin remota) a lo largo de toda la red de distribucin y los diferentes equipos que en ella intervienen. Uno de los aspectos en los que ya se est empezando a trabajar es en el apartado de la infraestructura de medida con los conocidos como contadores inteligentes. La funcionalidad exigida a los mismos est regulada en Espaa. Los sistemas se basan en comunicaciones bidireccionales cuyas principales tecnologas de base estn asociadas a comunicaciones por radio frecuencia inalmbricas de banda estrecha o en comunicaciones PLC (Power Line Carrier) o bien en opciones de banda ancha como Broadband over Power Lines (BPL) o redes inalmbricas. La funcionalidad deseable de los contadores inteligentes podra ser la siguiente: comunicaciones bidireccionales con la compaa elctrica y con otros dispositivos (como posibles gestores locales de energa), posibilidad de lecturas planificadas adems de bajo demanda o en tiempo real, sincronizaciones de fecha y registro automtico de incidentes, deteccin de fraudes o ataques as como alarmas asociadas a calidad del suministro, personalizacin de la contratacin, planificacin y posibilidad de pujar y compra de la electricidad en los momentos deseados, control de cargas, etc. Parte de esta funcionalidad est regulada por ley (RD 1110/2007, 24 agosto) que establece el reglamento unificado de puntos de medida del sistema elctrico espaol y en cuanto a su implantacin (ORDEN ITC/3860/2007, de 28 de diciembre) regula que todos los equipos deberan implementar la discriminacin horaria y la telegestin para el 31 de diciembre de 2018. Para poder completar la funcionalidad comentada de las redes inteligentes, esta capacidad de comunicaciones y monitorizacin se debe de expandir a todos los puntos de medida y equipamientos existentes en la infraestructura elctrica. Adems debera ser capaz de gestionar todos los recursos de energa distribuida, considerando no slo la cantidad del flujo de energa sino tambin el sentido de la misma. Las tecnologas que afectan a las redes inteligentes son aquellas que intentan optimizar y racionalizar la gestin de la demanda de electricidad. Como ya se ha comentado la energa elctrica no se puede almacenar (al menos en cantidades


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grandes) por lo que es necesario generarla en el mismo instante en que se necesita. Esto quiere decir que en el mismo instante en que se enciende un electrodomstico, tiene que haber una central elctrica (o cualquier otro tipo de generador de electricidad) que produzca la electricidad necesaria. Desde el operador del sistema elctrico se trabaja para poder aplanar la curva de demanda lo que permite una mayor racionalizacin, planificacin y abaratamiento de la energa. Las disposiciones asociadas a la gestin de la demanda se clasifican en cuatro grandes grupos: reduccin del consumo, desplazamiento del consumo de las horas punta a las valle, llenado de horas valles y reduccin del consumo en las horas punta.

Imagen 8. Optimizacin curva de consumo. Fuente: REE

Hoy en da ya se estn llevando a cabo acciones concretas para poder mejorar estos aspectos y como acciones tambin son aplicables a los conceptos de las redes inteligentes. De lo que se trata es de poder realizarlas de forma generalizada a todos los usuarios domsticos que en un futuro estarn conectados. Las medidas que est tomando Red Elctrica relacionadas con la gestin de la demanda son: Reduccin del consumo: o Mejoras en la eficiencia de equipos y procesos. o Concienciacin sobre el ahorro energtico. Desplazamiento del consumo de la punta al valle: o Discriminacin horaria. o Respuesta a los precios del mercado. Llenado de valles: o Centrales de bombeo. o Tecnologas de almacenamiento. o Recarga de vehculos elctricos. Reduccin del consumo en las horas puntas del sistema: o Servicio de interrumpibilidad. o Gestin automtica de cargas.

Como se ve muchas de las medidas tienen relacin con lo comentado a lo largo del documento. En cuanto a las tecnologas que pudieran ser de aplicacin, muchas de ellas se basan en las ya comentadas y relacionadas con las TICs y que se


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complementan con otras como tecnologas orientadas al almacenamiento de la energa elctrica. Los siguientes apartados profundizan en varios aspectos ya comentados, que algunos de ellos son ya una realidad, y que afectan al desarrollo de las redes inteligentes.

3.1.

MARCO NORMATIVO

No existe una normativa especfica para las Smart Grids, aunque s que se regulan algunos aspectos relacionados con los conceptos que manejan las redes inteligentes. A continuacin se mencionan algunos de los reales decretos y normativa existente. RD 1110/2007, 24 agosto y Orden ITC/3022/207 que describe la funcionalidad obligatoria de los contadores y del sistema de telegestin. Las funcionalidades que define estn relacionadas con las magnitudes a registrar (consumo/generacin de energa activa, reactiva, potencia) con los parmetros de calidad (interrupciones, variaciones de tensin) con la discriminacin horaria (y la posibilidad de facturacin por periodos) con la telemedida (lectura remota) y con la telegestin y las actuaciones remotas (control de la potencia demandada por el cliente), etc. Tambin menciona aspectos relacionados con las aplicaciones como que deber de disponer de capacidad de gestin de cargas, con el objeto de reducir la demanda en momentos crticos. ORDEN ITC/3860/2007, 28 diciembre que define el plan de sustitucin de equipos de medida. La orden regula que todos los contadores debern ser sustituidos antes de 31 de diciembre de 2018 de acuerdo al siguiente plan: o 2008-2010: 30%* o 2012: 20% o 2015: 20% o En el final del 2013 ser necesario la implantacin de sistemas de telegestin y telemedida. o 2018: 30% * Este es el porcentaje mnimo que cada empresa debe sustituir en cada periodo. Aparte de la normativa propia de los contadores, no existe una legislacin propia para las redes inteligentes. No obstante, la filosofa que se encuentra detrs de las redes inteligentes s se encuentra presente en la legislacin espaola en numerosos aspectos. As, estn: Las Leyes 54/1997 y 17/2007 establecen que el transporte y distribucin son actividades reguladas.


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Los Reales Decretos 2819/1998 y 1955/2000 regulan las actividades de transporte y distribucin elctrica, y establecen que han de realizarse por empresas jurdica y contablemente distintas de las que realizan actividades en competencia. No obstante, se permite que las distribuidoras pertenezcan al mismo grupo empresarial que empresas de generacin o suministro. Los Reales Decretos 2819/1998, 222/2008 y 325/2008 establecen la retribucin de las actividades de transporte y distribucin. Esta retribucin tiene un componente que depende de la eficiencia en la operacin de las mismas. El Real Decreto 661/2007 regula la actividad de generacin en rgimen especial y establece una serie de exigencias tcnicas para que el rgimen especial colabore en la estabilidad del sistema, ya sea ofreciendo la posibilidad de participar en los servicios de ajuste del sistema a las unidades que tengan puedan ser despachadas (cogeneraciones, biomasas) como exigiendo el cumplimiento de ciertos requisitos a las de carcter intermitente (elica, solar, hidrulica). Entre stas ltimas destacan la obligatoriedad de realizar ofertas al mercado y pagar por los desvos (incluso en el caso de solicitar el precio fijo regulado) o la obligatoriedad de que todas las instalaciones de ms de 10 MW estn conectadas a un centro de control. Otro aspecto importante es el incentivo para las instalaciones elicas antiguas que sean capaces de soportar los huecos de tensin (las posteriores al 1 de enero de 2008 estn obligadas a ser capaces de ello).

Por otra parte hay que mencionar que habitualmente las regulaciones suelen resolver conflictos que se producen una vez que los sistemas estn bastantes maduros. Inicialmente se generan legislaciones que favorecen el desarrollo de las tecnologas (por ejemplo subvencionando mediante primas las generaciones de determinadas energas renovables) y posteriormente se reducen las ayudas y se solventan y regulan los problemas tcnicos que puedan surgir. A nivel europeo tambin existen tambin existen directivas que fomentan aspectos relacionados como puede ser la 2004/8/CE sobre fomento de la cogeneracin o bien la que fomenta el uso de la energa procedente de fuentes renovales, 2009/28/CE.

3.2.

RED DE TRANSPORTE

Como se ha comentado anteriormente, Red Elctrica se encarga de la Operacin del Sistema. Para ello ha creado el Centro de Control Elctrico de Red Elctrica (CECOEL) que emite las instrucciones de operacin del sistema de produccin y transporte con el fin de garantizar la seguridad y calidad del suministro elctrico. El centro controla en tiempo real los parmetros elctricos y el estado general (utilizando una red de telecomunicaciones) y acta sobre las variables necesarias para mantener y garantizar la seguridad y calidad del suministro. En realidad hay dos centros: el CECOEL controla el noroeste y CECORE el resto de la pennsula y que engloban al CECRE - Centro de Control de Rgimen Especial (centro creado con el objetivo de maximizar la produccin del rgimen especial preservando la seguridad del sistema elctrico). La red de transporte en Espaa cuenta con alrededor de 35.000 km de lneas (18.000 en 400 kV y 17.000 en 220 kV) que actan como autopistas de electricidad, es decir, se encargan de conectar los principales puntos de generacin con los principales puntos de consumo. De cara a garantizar el suministro elctrico, la red de


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transporte est mallada, de manera que, ante una falta en una lnea, la topologa puede ser reconfigurada para redirigir los flujos de energa y evitar as el corte del suministro. En este caso, los sistemas de deteccin de faltas y de reconfiguracin de la red deben actuar en lapsos de tiempo muy pequeos, por lo que es necesario que el control se realice en tiempo real. Por ello, adems de la existencia del CECOEL, se necesita el acceso a los distintos puntos de la red de transporte, lo que en Espaa se ha solucionado mediante la instalacin de una red de fibra ptica en la propia red de transporte.

3.3.

RED DE DISTRIBUCIN

La red de transporte en Espaa est gestionada nicamente por Red Elctrica que cuenta con las infraestructuras elctricas necesarias y que conectan las centrales de generacin con los puntos de distribucin a los consumidores. Se trata de una red mallada (tanto la parte elctrica como la de datos) y que permite el funcionamiento seguro y fiable del sistema. Se trata de una red que ya es inteligente, que dispone de infraestructura de comunicaciones, protocolos, gestin remota, servicios, etc. Pero la inteligencia se diluye a medida que se baja a la red de distribucin. La interconexin de las redes se produce en las subestaciones elctricas y los consiguientes centros de transformacin hasta que llega al consumidor final. La tendencia hacia las Smart Grids supone una replicacin o expansin de las capacidades existentes en la red de transporte a la red de distribucin, teniendo en cuenta que, a diferencia de la red de transporte, los propietarios y gestores de las redes de distribucin son varios. Esto implicar la definicin de instrumentos estndares y la creacin de herramientas basadas en soluciones tcnicas ya probadas que permitan la integracin de todo tipo de plantas generadoras, una gestin descentralizada de la energa, una automatizacin de la distribucin y servicios de medida, apoyadas por un sistema de comunicaciones que llegue hasta el usuario final. Las soluciones a nivel de transporte parece que son las adecu

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Smart Grids y Evolucion de La Red Electrica