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Proyecto CEUIS 2.0

En busca de un sistema de gestión innovador de comunidades energéticas urbano-industriales sostenibles

Ivan Delamare Sancho,Communication & Project Manager de Solartys; Raquel Simón Allué, ingeniera en I+D en Endef Solar Solutions; Aitor Perez Martinez, Modelling, Simulation and Optimization Engineer en R2M Solutions; y Lucas Porto Echave-Sustaeta, investigador de gestión energética en R2M Solutions.

21/03/2023
El proyecto innovador Comunidades Energéticas Urbano-Industriales Sostenibles 2.0 (CEUIS 2.0), quiere desarrollar y desplegar un sistema inteligente de gestión de comunidades energéticas, adaptado a la legislación actual pero que cuente con la flexibilidad necesaria para adaptarse a futuras normativas, en particular, para explotar sistemas de autoconsumo con coeficientes de reparto dinámicos que permitan establecer mercados locales de intercambio energético.
El proyecto CEUIS 2.0.
El proyecto CEUIS 2.0.
Las comunidades energéticas son entidades jurídicas, de naturaleza abierta y voluntaria, donde sus integrantes deciden directamente cómo producir, gestionar y utilizar la energía, y cuya finalidad primordial es la de alcanzar beneficios medioambientales, sociales y económicos para sus socios. Partiendo de esta premisa, las comunidades energéticas urbano-industriales (CEUIS) son las comunidades energéticas que integran perfiles urbanos (como pueden ser usuarios residenciales o actores públicos) por un lado, y por otro, usuarios industriales (pequeñas empresas, polígonos industriales o industria pesada, por ejemplo). Gracias a la pluralidad de usuarios que conforman la comunidad energética y sus diferentes perfiles de consumo, se puede maximizar el autoconsumo de los diferentes actores. Asimismo, al añadir administraciones públicas e industrias, el potencial de generación de la comunidad energética puede aumentar notablemente, gracias a las grandes dimensiones de sus cubiertas para instalar plantas fotovoltaicas y plantas solares térmicas, y por disponer de amplios espacios para la ubicación de cualquier otro tipo de producción renovable.

El proyecto CEUIS 2.0

El proyecto Comunidades Energéticas Urbano-Industriales Sostenibles 2.0 (CEUIS 2.0) nace de la voluntad de dar continuidad al proyecto homónimo anterior – CEUIS. El consorcio está coordinado por el Clúster de Energía - Basque Energy Cluster, y cuenta con el soporte de Solartys, clúster de la energía solar, y la participación de las empresas R2M Solution, EndeF Solar Solutions, PI Berlin y Prosume Energy. El proyecto CEUIS 2.0 plantea el diseño e implementación de un sistema de gestión innovador de comunidades energéticas urbano-industriales sostenibles, que permita conjugar las funcionalidades avanzadas e inteligentes de la gestión de la energía producida con la operatividad que permite la normativa. Para ello, el proyecto centra su acción en la creación de un sistema que opere sobre el sistema de monitorización de la comunidad energética, dotándolo de nuevas funcionalidades de inteligencia necesarias en el ámbito de las comunidades energéticas locales. Asimismo, en base a un proceso de cocreación y de algoritmos, optimiza los coeficientes de reparto de forma automática entre los componentes de la comunidad energética y distribuye los beneficios generados durante el proceso de facturación, tomando en cuenta un objetivo común, ya sea económico o energético, y respetando los intereses individuales de los miembros.

Empezado en octubre 2022, el proyecto tiene una duración de diez meses y está financiado por el Ministerio de Industria, Comercio y Turismo, mediante la segunda convocatoria 2022 de Agrupaciones Empresariales Innovadoras, en el marco del Plan de Recuperación, Transformación y Resiliencia, financiado por los fondos Next Generation de la Unión Europea.

La metodología CEUIS 2.0

El proyecto CEUIS 2.0 surge como continuación del proyecto CEUIS desarrollado durante el año 2021, y que buscaba la relación energética entre núcleos industriales y localidades aledañas, con el objetivo de establecer comunidades energéticas locales. En este sentido, para poder definir el desarrollo e implementación de las herramientas planteadas, en primer lugar el proyecto CEUIS 2.0 actualiza el estudio del marco regulatorio de las comunidades energéticas realizado en el proyecto anterior, ampliándolo en aspectos que no fueron abordados: el marco regulatorio vinculado a la certificación y verificación de la planta de producción, el estudio de las particularidades a nivel de las comunidades autónomas, el análisis del marco regulatorio en el ámbito europeo, y finalmente, el análisis de las formas jurídicas y modelos de relación energética entre ciudadanos. Para ello, el proyecto desarrolla su investigación alrededor de tres ejes principales: los métodos de optimización y de prototipación de módulos, el desarrollo de una herramienta que sea adaptable al futuro marco regulatorio que contemple coeficientes de reparto dinámico, y el estudio de cuatro pruebas piloto.

El primer eje se centra en los métodos de optimización y prototipación de módulos que componen la herramienta de gestión energética para comunidades energéticas inteligentes. Esta herramienta permite gestionar la comunidad no solo bajo el esquema regulatorio actual, sino también futuro. Para conseguirlo, el consorcio ha investigado y analizado las infraestructuras de medición que equipan las cuatro comunidades energéticas pilotos –tanto con medidores inteligentes como sistemas de monitorización IoT–, para tener una visualización y disponibilidad de los datos en tiempo real de la generación y los consumos. Una vez integrados los datos de los medidores y del sistema de monitorización en la plataforma, han sido procesados por los módulos de optimización y de facturación. Así, se optimizan los coeficientes de reparto y de gestión energética, y en base a los flujos energéticos y los acuerdos firmados, se calculan los costes y ahorros para cada miembro de la comunidad energética. Además, los algoritmos de optimización permiten incorporar las decisiones y acuerdos alcanzados en los procesos participativos de codiseño, de manera que la comunidad opera según establezcan sus usuarios. De forma complementaria, se ha desarrollado un módulo de identificación descentralizada, que asegure que se cumplen con los requisitos en materia de protección de datos, y sirva de base para el establecimiento de mercados locales en el futuro.

Paralelamente, el consorcio ha creado una herramienta flexible y adaptable al marco regulatorio venidero, gracias a la contemplación de coeficientes de reparto dinámico, y permitir así realizar actividades de agregación de la demanda y participar en mercados de flexibilidad. Para ello, se ha contemplado la agregación de autoconsumidores locales (productores-consumidores y consumidores netos) y la creación de un mercado eléctrico local, en los cuales los usuarios estén virtualmente conectados y puedan intercambiar electricidad entre ellos, optimizando tanto la producción de electricidad como la maximización del autoconsumo al interior de la comunidad y, por ende, reducir la factura eléctrica.

Finalmente, el último eje de trabajo se ha centrado en las cuatro comunidades piloto. Se han seleccionado cuatro comunidades energéticas en cuyo proceso de instalación han participado alguno de los socios, y se han tratado como casos de estudio dentro del proyecto. Sobre estas comunidades se ha verificado la implementación de las herramientas planteadas en el proyecto, y han ayudado a establecer lo que sería una comunidad referencia para la herramienta final, desde el punto de vista normativo, de configuración, de los activos y los datos disponibles. Además, se ha desarrollado un gemelo digital que permita emular el despliegue de las herramientas desarrolladas mediante software-in-the-loop, haciendo uso de la plataforma GridSingularity (plataforma de licencia abierta, que permite desarrollar el intercambio de energía para simular y operar intercambios peer-to-peer en comunidades energéticas).

Los pilotos

Tal y como se ha explicado, para probar y validar los desarrollos realizados en el proyecto, el consorcio basa su estudio en cuatro comunidades energéticas piloto: la comunidad energética vecinal ManzaEnergia (Manzanares el Real, Madrid), la comunidad energética en Luco de Jiloca (Teruel), el autoconsumo colectivo en Torrero (Zaragoza) y la comunidad de Monachil (Granada).

Comunidad energética vecinal ManzaEnergia (Manzanares el Real, Madrid)
Comunidad energética vecinal ManzaEnergia (Manzanares el Real, Madrid).
La comunidad ManzaEnergia, es una comunidad energética vecinal en la que participan tanto el Ayuntamiento como los residentes de la ciudad. Esta comunidad está alimentada por una planta fotovoltaica con almacenamiento en la cubierta de un polideportivo, con una potencia total de 100 kWp y una batería con una capacidad de 50 kWh. La energía producida se distribuye entre diversos equipamientos municipales y unas 15 viviendas del municipio, pudiéndose extender en el futuro a otras instalaciones fotovoltaicas, tanto municipales como privadas. De forma paralela a su constitución, se realizó un proceso participativo para construir el modelo social de la nueva comunidad, basado en una plataforma de cocreación y una herramienta de apoyo al diseño para la evaluación del potencial de la comunidad energética.
Comunidad energética en Luco de Jiloca (Teruel)
Comunidad energética en Luco de Jiloca (Teruel).
En su caso, la comunidad energética de Luco de Jiloca (Teruel), nace de un grupo que tenía interés en instalar paneles solares de manera individual y se propusieron crear conjuntamente la comunidad. Posteriormente, se abrió a otros habitantes, y se unió también el Ayuntamiento. Actualmente, se trata de un huerto solar comunitario de 60 kW, que permite el autoconsumo durante las horas de sol, destinado para veinte familias, edificios municipales y entidades privadas. Con la constitución en cooperativa, se pretende también poder articular la venta de los posibles excedentes de energía no consumida y conseguir así un retorno económico comunitario para otros proyectos que revitalicen el pueblo. Actualmente, la instalación se encuentra parada por trabas en el proceso de legalización.
Autoconsumo colectivo en Torrero (Zaragoza)
Autoconsumo colectivo en Torrero (Zaragoza).
El tercer piloto es una instalación de autoconsumo colectivo entre dos consumidores del barrio residencial de Torrero, en Zaragoza, que se benefician de una misma instalación fotovoltaica, en régimen de autoconsumo compartido. La instalación tiene una potencia nominal total de 60 kW y una potencia pico de 48,76kWp.
Finalmente, el cuarto piloto es la comunidad energética del Río Monachil (Granada). Esta comunidad partió de una iniciativa ciudadana y acabó involucrando finalmente al ayuntamiento de la localidad. Cuenta con un campo fotovoltaico distribuido sobre la cubierta del polideportivo municipal, con una potencia pico de 9,45 kWp en el campo solar y una potencia nominal en inversor de 10 kW. Actualmente la energía producida se distribuye entre el ayuntamiento y miembros de la comunidad energética, más una parte que se destina a combatir la pobreza energética. Se pretende ampliar en un futuro próximo la generación mediante del uso de otras cubiertas de edificaciones públicas.
Comunidad energética de Monachil (Granada)
Comunidad energética de Monachil (Granada).

Los resultados del proyecto

El proyecto CEUIS 2.0 finalizará su desarrollo en las próximas semanas y ha permitido el desarrollo de herramientas para la gestión de comunidades energéticas bajo la legislación actual, con la suficiente flexibilidad para adaptarse a futuros escenarios legislativos.

El núcleo principal de dichas herramientas son tres módulos. El primero de estos tres módulos es el de monitorización, mediante el cual se ha diseñado una arquitectura de adquisición de datos a tiempo real. El módulo de monitorización está instalado en la nube e integra los últimos avances en internet de las cosas aplicados a la medida de consumo y generación de energía. Su principal función es almacenar las medidas que se toman en tiempo real, aunque también es capaz de preguntarle a otros servidores, como Datadis, los valores de consumo de usuarios que no disponen de equipos de medida. El módulo también calcula la potencia consumida, fotovoltaica autoconsumida y exportada a red, datos que proporciona de forma instantánea a los clientes. Este módulo se usa como una referencia de todo lo que ocurre, desde el punto de vista energético, en la Comunidad. La conexión entre los dispositivos de medida y la monitorización se hace mediante MQTT, y la comunicación con los otros módulos de proyecto mediante Web Services (API RESTful).

Los datos de consumos y generaciones locales renovables, se transfieren al módulo de optimización, en el cual se utilizan algoritmos matemáticos para calcular los coeficientes de reparto horarios con el objetivo de maximizar el autoconsumo dentro de la comunidad energética. El módulo de optimización utiliza dos secciones diferenciadas programadas en Python. En primer lugar, los consumos de los diferentes CUPS son distribuidos en clústeres diarios, agrupando días con comportamientos similares. A continuación, estos días ‘tipo’, que contienen información de múltiples días de comportamiento similar, se pasan a la sección de optimización, donde se utilizan algoritmos que minimizan el excedente fotovoltaico de la comunidad. Esto permite simplificar el problema a la par que se reduce el ruido por variabilidad aleatoria de los consumos de un día a otro. Y, en tercer lugar, los flujos energéticos optimizados en el módulo anterior se analizan, comparan y consolidan en el módulo de facturación, traduciendo los flujos energéticos en económicos, tanto a nivel comunitario como a nivel individual para cada uno de los participantes.

Toda esa transferencia e interpretación de datos se realiza siguiendo métodos abiertos que mantengan la privacidad y propiedad de datos críticos de los diferentes usuarios comunitarios desarrollados mediante un cuarto módulo de identificación descentralizada y conocimiento del cliente.

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