¿Qué es una Central Eléctrica Virtual?

Definición

El mercado eléctrico cambia y las centrales eléctricas tienen que seguir esta tendencia: Los mercados energéticos mundiales se enfrentan a grandes cambios. Estamos pasando de un modelo con generación de electricidad centralizada en centrales eléctricas operadas por grandes empresas de servicios públicos a una mezcla de producción de energía descentralizada (y a menudo renovable) en pequeñas instalaciones. Esas plantas de pequeña escala suelen ser propiedad de pequeñas empresas u hogares, que se convierten en "prosumidores": consumidor y productor al mismo tiempo. Experimentamos un verdadero cambio de paradigma. La mayor penetración de generación con energías renovables desafía la forma convencional de operar nuestro sistema eléctrico. Hay que reinventar los modelos de negocio y rediseñar nuestras redes. La variabilidad de las fuentes renovables como el sol y el viento no necesariamente ponen en peligro el equilibrio del sistema, siempre que sean gestionadas adecuadamente. Y ahí es exactamente donde entra en juego una Central Eléctrica Virtual (VPP).

Los activos individuales que forman un enjambre de centrales eléctricas

Una sola unidad no puede hacer la transición de nuestro sistema de energía por sí sola. Pero uniendo fuerzas, los productores de energía renovable pueden hacer un gran cambio. A finales de los años 90, cuando los mercados de energía comenzaron a liberalizarse, nacieron los primeros conceptos de Centrales Eléctricas Virtuales, pero en su mayoría sólo en teoría. La tecnología informática y de redes de la época y las condiciones reglamentarias imperantes no eran todavía adecuadas para que los proyectos tomaran forma a la escala necesaria para el desarrollo sistémico y económico de una Central Eléctrica Virtual.

Sin embargo, en 2010 ocurrieron dos eventos que ayudaron a que las Centrales Eléctricas Virtuales se hicieran realidad. En primer lugar, la tecnología informática había mejorado sustancialmente, abriendo la puerta a un sistema de control de alto rendimiento fácilmente disponible que funcionaba en tiempo real. En segundo lugar, el gobierno alemán anunció la salida del país de la energía nuclear junto con nuevas estructuras para el mercado de la energía, y modificó la Ley de Energía Renovable. Estos cambios proporcionaron la base económica y jurídica para la transición energética de Alemania: Había llegado el momento de las Plantas de Energía Virtual.

El VPP en pocas palabras

En una Central Eléctrica Virtual, las unidades descentralizadas de una red eléctrica están vinculadas y funcionan mediante un único sistema de control centralizado. Esas unidades pueden ser productores de energía (por ejemplo, centrales eólicas, de biogás, solares, de cogeneración o hidroeléctricas), unidades de almacenamiento de energía, consumidores de energía o centrales de energía a X (como centrales de energía a calor y energía a gas). Cuando se integran en una Central Eléctrica Virtual, la energía generada y la flexibilidad de los activos agregados pueden ser comercializados colectivamente. De este modo, incluso las unidades pequeñas tienen acceso a los mercados lucrativos (como el mercado de reserva de equilibrio) a los que no podrían entrar individualmente. Cualquier unidad descentralizada que consuma, almacene o produzca electricidad puede formar parte de una Central Eléctrica Virtual.

Además de operar cada activo individual en la Central Eléctrica Virtual, el sistema de control central utiliza un algoritmo especial para ajustarse al equilibrio de los comandos referentes a los servicios de ajuste de los operadores del sistema de transmisión y a las condiciones de la red, tal como lo hace una central eléctrica convencional más grande. Además, la Central Eléctrica Virtual puede reaccionar rápida y eficientemente cuando se trata de comercializar la electricidad, ajustando así las operaciones de la planta de acuerdo con las señales de precios de los mercados de energía.

Las unidades descentralizadas crean inteligencia colectiva

Una central eléctrica virtual es un conjunto de varias instalaciones de pequeña y mediana escala, que consumen o producen electricidad. En general, las pequeñas centrales no pueden ofrecer servicios como reserva de equilibrio ni ofrecer su flexibilidad en las bolsas de energía individualmente, ya que su perfil de producción o consumo varía mucho, tienen una disponibilidad insuficiente debido a cortes imprevistos o simplemente no cumplen con el tamaño mínimo de la oferta de los mercados. Además, existen requisitos estrictos en cuanto a la disponibilidad y fiabilidad de la flexibilidad ofrecida en el mercado. Para superar estas barreras, la solución es simple: ¡trabajar juntos! La combinación de varios tipos de unidades de producción y consumo flexibles, controladas por un sistema inteligente central, es la idea central de una Central Eléctrica Virtual. De esta manera, una VPP puede ofrecer el mismo servicio y comercio en los mismos mercados que las grandes centrales eléctricas o los consumidores industriales.

Funcionalidad de una central eléctrica virtual en forma simplificada

Las centrales eléctricas virtuales pueden alcanzar una capacidad total igual a una o varias centrales nucleares, aunque debido a la volatilidad de las fuentes de energía renovable, su generación cambia constantemente. Si el viento no sopla o el sol no brilla, los activos solares y eólicos contribuyen menos a la Central Eléctrica Virtual. La combinación de una variedad de fuentes de energía en el portafolio del VPP es vital para prevenir un balance de energía desigual. Debido a la limitada capacidad de almacenamiento de la red, sólo se puede alimentar la red con la misma cantidad de energía que se está consumiendo (dentro de una cierta tolerancia). Los activos integrados en un VPP pueden ser los productores de energía, las unidades de almacenamiento de energía, los consumidores de energía y las plantas de energía a X, como la energía al gas para producir hidrogeno verde. Algunas de estas unidades son, por su flexibilidad, especialmente valiosas para la cartera de la VPP: Los activos flexibles pueden compensar las variaciones en la alimentación de energía causadas por la falta de viento o un conjunto de nubes - tanto en direcciones negativas como positivas.

Las VPPs traen flexibilidad a los mercados de energía

La flexibilidad, es decir, la capacidad rápida y versátil de equilibrar la red, es una de las mayores fortalezas de las Centrales Eléctricas Virtuales y su diferencia más notable en comparación con las centrales eléctricas convencionales. Las VPP pueden utilizar la potencia agregada para reaccionar a los cambios del precio de la electricidad en los mercados, adaptándose rápidamente al suministro de energía existente en la red, y así ejecutar las transacciones. Después de todo, el precio de la electricidad cambia constantemente, hasta 96 veces al día en el mercado intradiario de energía. Una diferencia de precio de dos o incluso tres dígitos por megavatio hora no es sorprendente.

El precio de la electricidad no siempre es el mismo

Las grandes centrales eléctricas con una potencia constante de varios cientos de megavatios alcanzan sus limitaciones técnicas con relativa rapidez. Puedes imaginarte una central eléctrica de lignito como un portaaviones: Necesita una cierta distancia hasta que los frenos se activen completamente, lo que significa que se necesita bastante tiempo hasta que las turbinas de la planta se desaceleren lo suficiente como para acomodar un aumento de la alimentación de energía eólica durante una tormenta. Sin embargo, la energía eólica se retiraría de la red para evitar que ésta se sobrecargara.

Una Central Eléctrica Virtual, por contra, simplemente reduciría la producción de las centrales hidroeléctricas y de biogás conectadas para reaccionar a un excedente de energía eólica. Y si hay muy poca energía en la red, el sistema de control puede aumentar la producción de energía hidroeléctrica o de plantas de biogás. Así, la VPP equilibra rápidamente la fluctuación de la producción de energía en tiempo real sin forzar la red eléctrica. Para enviar los comandos que reducen o incrementan las cantidades de alimentación, el sistema de control utiliza una API o unidades de control remoto instaladas en cada activo.

Interfaz y conexión de red en una Central Eléctrica Virtual

La Central Eléctrica Virtual utiliza una conexión de datos segura y directa para transmitir comandos y datos entre el sistema de control de diseño redundante y de alta seguridad y los activos individuales. Aunque estas conexiones directas utilizan la infraestructura de comunicación pública, existen protocolos que separan la información relativa al VPP del flujo de datos general. Palabras de moda como "el internet de las cosas", "industria 4.0" y "M2M" pueden venir a la mente, pero en realidad se refiere a una conexión de datos móvil y cableada especialmente segura y protegida.

La conexión bidireccional entre la Central Eléctrica Virtual y cada activo no sólo facilita la ejecución de los comandos, sino que también permite un intercambio permanente y en tiempo real de datos sobre la capacidad de los activos en red y, por tanto, de la VPP en su conjunto. Los datos incluyen la capacidad de generación de los activos solares y eólicos, los datos de consumo y los indicadores de capacidad de almacenamiento, y por lo tanto son vitales para una previsión precisa para la planificación operativa de los activos de energía flexible y el comercio de energía. Los datos se procesan y evalúan automáticamente en su mayor parte dentro del software del VPP, que también asume muchas de las tareas asociadas con el inicio y la ejecución de operaciones en los mercados de energía.

Los servicios de ajuste subministrados por las Centrales Eléctricas Virtuales

Los productores de energía renovable como el biogás, las unidades de cogeneración (CHP), la hidroeléctrica y los generadores de energía de emergencia son flexibles y por lo tanto tienen una ventaja adicional: No sólo pueden reducir o detener la producción de energía cuando hay un excedente en la red (es decir, una reserva de balance negativo), sino que también pueden suministrar energía adicional a la red cuando hay un déficit de electricidad (es decir, una reserva de balance positivo).

Para proporcionar servicios de ajuste, un activo debe tener una capacidad de al menos un megavatio. Para alcanzar este umbral se pueden unir varios activos en una Central Eléctrica Virtual. Así pues, el conjunto de activos responde a la demanda referente a los servicios de ajuste por parte del Operador del Sistema de Transmisión de forma colectiva, compartiendo los beneficios entre todos los operadores de activos. Los consumidores de energía pueden además proporcionar una reserva de equilibrio negativo: Por ejemplo, una planta industrial que forma parte de una VPP puede recibir el comando de aumentar la producción y, por lo tanto, eliminar el exceso de energía de la red.

Consumidores de energía en las centrales eléctricas virtuales

Los consumidores de energía industriales y comerciales pueden beneficiarse de las señales de precios procedentes de los mercados de energía gracias a los datos recogidos en la Central Eléctrica Virtual. Pueden limitar su consumo de energía a los momentos en que la electricidad está disponible en el mercado y, por lo tanto, es más barata. En general, las empresas pueden reducir sus costos de energía hasta en un tercio.

Esta optimización del consumo puede ser totalmente automatizada por la Central Eléctrica Virtual, si se desea. El sistema de control del VPP envía entonces comandos a la sala de control de máquinas de la compañía, cumpliendo con las restricciones individuales de cada activo, por supuesto, e interviniendo sólo lo estrictamente necesario. Sin embargo, para ello se requiere un medidor de potencia con medición del consumo, y sólo están disponibles para los consumidores con un consumo de potencia previsto que supere los 100.000 kWh anuales.

La esperanza de los Medidores Inteligentes en el horizonte

Los hogares de Alemania y otros países están lejos de alcanzar este nivel de consumo de energía. Por lo tanto, su integración en las Centrales Eléctricas Virtuales tendrá que esperar hasta que los medidores inteligentes sean una parte estándar de cada hogar. Se espera que los medidores inteligentes pronto sustituyan a los antiguos medidores trifásicos de la década de 1920, aproximadamente cien años después de que se introdujeran. Cuando el uso de aparatos como hornos, calentadores, refrigeradores, lavadoras y calentadores de agua caliente se puede optimizar de manera inteligente para alinearse con los bajos precios de la electricidad, el consumo de energía puede ser más rentable también en el hogar.

Digitalización del sector de la energía por medio de centrales eléctricas virtuales

El sector de la energía no es una excepción cuando se trata del hecho de que el futuro es digital. El suministro de electricidad está - como muchas áreas de nuestra sociedad - experimentando un cambio fundamental, no sólo a escala nacional, sino también a escala mundial. Por fin estamos dejando atrás las grandes centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles para pasar a unidades más pequeñas y descentralizadas que se conectan entre sí gracias a las oportunidades de la digitalización, y que están en constante expansión.

Al igual que los servicios de coche compartido sin flota de automóviles y las plataformas de reserva de hoteles que no poseen hoteles, las centrales eléctricas virtuales son agentes de un cambio democrático en el suministro de energía: La responsabilidad se devuelve a la sociedad. Los operadores de la VPP no son dueños de las plantas de energía; sólo optimizan la forma en que se utiliza cada activo vinculado - todavía propiedad de un tercero. De este modo, las mayores centrales eléctricas virtuales de hoy en día ya han superado con creces la capacidad agregada de las mayores centrales nucleares y, en el proceso, producen energía verde para el clima a partir de los activos conectados en red y abordan los desafíos que los mercados de la energía tendrán que afrontar en breve.

Estos desafíos incluyen el creciente número de vehículos eléctricos en el sector del transporte y el número de centros de redes y centros de computación en respuesta a la digitalización, que está creciendo exponencialmente - y todos ellos requieren enormes cantidades de electricidad. Con fuentes de energía convencionales y/o una sola fuente de energía, estas demandas no pueden ser satisfechas de acuerdo con los objetivos de protección del clima. El enfoque híbrido y descentralizado de una Central Eléctrica Virtual, que utiliza una amplia gama de tecnología y fuentes de energía, es una herramienta vital que conformará el panorama energético del futuro.

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