Recursos energéticos distribuidos (DER)

Los recursos energéticos distribuidos (DER) son recursos energéticos de pequeña escala que suelen estar situados cerca del lugar donde se consume la electricidad. Pueden incluir sistemas que generan, almacenan o gestionan electricidad, como los paneles solares fotovoltaicos instalados en tejados, las baterías o los vehículos eléctricos. Muchos DER se encuentran en el lado del consumidor del contador eléctrico, lo que se conoce como recursos “detrás del contador” (behind-the-meter en inglés).

A diferencia de un sistema eléctrico centralizado tradicional, en el que grandes centrales generan electricidad que se transporta a los consumidores a largas distancias, los DER se encuentran más cerca de los hogares, las empresas y otros puntos de consumo. Este modelo distribuido puede reducir la distancia que debe recorrer la electricidad y permite a consumidores y empresas desempeñar un papel más activo en el sistema eléctrico.

El papel de los DER en la electrificación

Los DER son cada vez más importantes a medida que las redes eléctricas evolucionan para integrar una mayor cantidad de energías renovables, electrificación y flexibilidad de la demanda. Las tecnologías digitales y las redes inteligentes, o smart grids, permiten monitorizar y coordinar estos recursos, facilitando su integración en el sistema eléctrico.

Estos recursos también pueden contribuir a la descarbonización cuando utilizan fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica. Sin embargo, su impacto ambiental depende de la tecnología y de la fuente de energía utilizada: los DER basados en procesos de combustión, incluidos los que utilizan combustibles fósiles, pueden seguir generando emisiones de gases de efecto invernadero y otros contaminantes.

Diferencia entre Generación Distribuida (GD) y DER

Aunque los términos Generación Distribuida (GD) y recursos energéticos distribuidos (DER) pueden confundirse fácilmente, la GD es un tipo de DER. La principal diferencia es que la Generación Distribuida hace referencia específicamente a la generación de electricidad situada cerca del punto de consumo, mientras que los DER abarcan un conjunto más amplio de recursos.

Los paneles solares fotovoltaicos instalados en una vivienda o las pequeñas turbinas eólicas conectadas a una red eléctrica local son ejemplos de Generación Distribuida.

Los recursos energéticos distribuidos tienen un significado más amplio. Además de la generación distribuida, los DER incluyen el almacenamiento de energía, la flexibilidad de la demanda y otros recursos capaces de responder a las necesidades de la red eléctrica. Por tanto, una batería doméstica, un vehículo eléctrico con capacidad de Vehicle-to-Grid (V2G) o un sistema de calefacción controlable pueden considerarse DER, aunque no generen electricidad necesariamente.

Principales tipos y tecnologías de DER

Los recursos energéticos distribuidos abarcan una amplia variedad de tecnologías. Algunas generan electricidad, otras la almacenan y otras pueden ajustar su consumo o producción en función de las necesidades del sistema eléctrico.

Tecnologías de generación: solar fotovoltaica y eólica distribuida

Sistemas solares fotovoltaicos (FV)

Son uno de los tipos más extendidos de recursos energéticos distribuidos. Convierten directamente la luz solar en electricidad y pueden instalarse en tejados, edificios comerciales y otros emplazamientos próximos a los consumidores.

Energía eólica distribuida

Utiliza turbinas eólicas de menor tamaño situadas cerca del punto de consumo. Al igual que la solar fotovoltaica, estos sistemas pueden generar electricidad renovable de forma local y reducir la dependencia de la electricidad suministrada desde instalaciones de generación situadas a grandes distancias.

Dado que la generación solar y eólica depende de las condiciones meteorológicas, su producción puede variar con el tiempo. Integrarlas con sistemas de almacenamiento de energía, flexibilidad de la demanda y sistemas de control digital puede ayudar a gestionar esta variabilidad.

Sistemas de almacenamiento en baterías (BESS) y Vehículos Eléctricos (V2G)

Sistemas de almacenamiento en baterías (BESS)

Almacenan electricidad en momentos de alta producción o baja demanda para poder utilizarla posteriormente. A escala local, las baterías pueden almacenar electricidad generada a partir de fuentes renovables, proporcionar energía de respaldo y ayudar a gestionar los periodos de mayor demanda.

Vehículos eléctricos

También pueden convertirse en una fuente importante de flexibilidad. Mediante la tecnología Vehicle-to-Grid (V2G), los vehículos eléctricos compatibles pueden enviar electricidad desde sus baterías de vuelta a la red eléctrica cuando sea necesario. Aunque el despliegue de la tecnología V2G todavía está en desarrollo, los proyectos piloto y las aplicaciones comerciales están demostrando su potencial para aportar flexibilidad y facilitar la integración de las energías renovables.

Generación gestionable: pilas de combustible, cogeneración y microturbinas 

Algunas tecnologías de generación distribuida pueden controlarse en función de la demanda de electricidad y de las necesidades del sistema. Entre ellas se encuentran las pilas de combustible, los sistemas de cogeneración (CHP) y las microturbinas. Aunque estas tecnologías presentan características e impactos ambientales diferentes, su capacidad para ajustar su producción puede convertirlas en componentes valiosos de los sistemas DER cuando se requiere flexibilidad y suministro energético local.

Pilas de combustible

A diferencia de fuentes dependientes de las condiciones meteorológicas, como la solar y la eólica, las pilas de combustible pueden generar electricidad cuando se necesitan, siempre que se disponga de combustible, incluso cuando la generación solar o eólica no está disponible. Mediante un proceso electroquímico, convierten directamente la energía química de combustibles como el hidrógeno en electricidad al combinarlo con oxígeno. En el caso del hidrógeno, el proceso produce agua y calor como subproductos. Las pilas de combustible pueden alcanzar una alta eficiencia y generar menos contaminantes atmosféricos locales que la generación basada en procesos de combustión. Su impacto ambiental global depende del combustible utilizado. Cuando se utiliza hidrógeno, el proceso electroquímico produce electricidad, agua y calor, aunque las emisiones asociadas al hidrógeno dependen de cómo se haya producido.

Cogeneración (CHP)

Estos sistemas producen electricidad y calor útil a partir de una misma fuente de energía, mejorando la eficiencia global cuando existe una demanda adecuada de ambos. En un sistema de cogeneración típico, un motor de combustión acciona un generador para producir electricidad, mientras que un intercambiador de calor recupera el calor residual generado durante la producción de electricidad en lugar de dejar que se pierda. Este calor puede utilizarse para calefacción, agua caliente o procesos industriales.

Al producir electricidad y calor útil de forma simultánea, los sistemas de cogeneración pueden aprovechar de manera más eficiente la energía contenida en el combustible que aquellos sistemas que generan electricidad y calor por separado. 

Su eficiencia depende de la tecnología, el combustible y las condiciones de funcionamiento, así como de la capacidad para aprovechar eficazmente el calor disponible. Los sistemas de cogeneración pueden utilizar distintos combustibles, como gas natural, biogás u otros combustibles renovables o bajos en carbono. 

Algunos sistemas también pueden funcionar con hidrógeno, dependiendo de la tecnología y los equipos utilizados. A medida que avanza la transición energética, la posibilidad de utilizar combustibles con menores emisiones de carbono puede aumentar el potencial de la cogeneración en los sistemas energéticos descentralizados.

Microturbinas

Son turbinas de pequeña escala que pueden utilizarse para la generación distribuida de electricidad. Suelen funcionar con combustibles como gas natural, propano y biogás, y funcionan de forma similar a un motor a reacción, pero producen electricidad y calor en lugar de empuje. Su tamaño compacto y su elevada velocidad de rotación son algunas de sus ventajas. Además, pueden recuperar el calor para producir agua caliente o calefacción, lo que les permite alcanzar una alta eficiencia, especialmente cuando el calor residual se recupera para usos útiles. Tienen un número reducido de piezas móviles y un diseño compacto, y pueden presentar niveles bajos de vibración y ruido en comparación con los motores alternativos.

Gestión y agregación: Sistemas de gestión de recursos energéticos distribuidos (DERMS), Microrredes y Centrales Eléctricas Virtuales (VPP) 

El creciente número de recursos energéticos distribuidos hace que su gestión y coordinación eficaces sean cada vez más importantes. Las tecnologías digitales permiten conectar recursos individuales y coordinar su funcionamiento, de modo que puedan contribuir conjuntamente al sistema eléctrico. Tres conceptos son especialmente relevantes: los sistemas de gestión de recursos energéticos distribuidos (DERMS), las microrredes y las centrales eléctricas virtuales (VPP).

Sistemas de gestión de recursos energéticos distribuidos (DERMS) 

Los sistemas de gestión de recursos energéticos distribuidos (DERMS) son plataformas digitales que monitorizan y coordinan los recursos energéticos distribuidos conectados a una red eléctrica. 

Los DERMS pueden integrar información procedente de distintos recursos, como sistemas solares fotovoltaicos, baterías, vehículos eléctricos y cargas flexibles. Mediante el análisis de su disponibilidad y condiciones de funcionamiento, pueden ayudar a coordinar su operación de acuerdo con las necesidades de la red.

Para los operadores de redes eléctricas, los DERMS pueden facilitar la integración de un número creciente de DER y ayudar a gestionar aspectos como la congestión, la tensión y los cambios en los patrones de generación y consumo de electricidad.

Microrredes y su funcionamiento 

Una microrred es un sistema eléctrico local que integra generación, almacenamiento de energía, cargas y sistemas de control dentro de un área determinada. Puede funcionar conectada a la red eléctrica principal o, en determinadas circunstancias, como una interrupción del suministro en la red principal, desconectarse y funcionar de forma independiente.

Por ejemplo, una microrred puede combinar energía solar fotovoltaica, almacenamiento en baterías y cargas controlables para suministrar electricidad a un grupo de edificios. Su sistema de control coordina estos recursos para equilibrar la oferta y la demanda de electricidad a escala local.

Esta capacidad de funcionar en diferentes modos puede mejorar la resiliencia del suministro eléctrico y facilitar la integración de energías renovables a escala local, además de contribuir a una respuesta y recuperación más rápidas del sistema en caso de interrupciones del suministro provocadas por fenómenos meteorológicos extremos, como los huracanes.

Centrales eléctricas virtuales (VPP)

Una central eléctrica virtual (VPP) es un sistema digital que agrega múltiples DER y coordina su funcionamiento como si fueran un único recurso de mayor tamaño. Una VPP puede combinar cientos o miles de baterías, instalaciones solares, vehículos eléctricos y cargas flexibles situados en diferentes ubicaciones. El software coordina estos recursos para que sus capacidades combinadas puedan ponerse a disposición del sistema eléctrico. Al agregar numerosos recursos de pequeña escala, las VPP permiten que los DER participen de forma más eficaz en los mercados eléctricos y presten servicios como el equilibrio del sistema, la respuesta a la demanda y la flexibilidad de la red.

Beneficios de la implementación de los DER

El despliegue de recursos energéticos distribuidos puede aportar beneficios a las redes eléctricas, los consumidores y el medio ambiente. Los beneficios concretos dependen de las tecnologías utilizadas y de la eficacia con la que se integren y gestionen.

Resiliencia de la red y reducción de pérdidas energéticas

Generar y almacenar electricidad más cerca del lugar donde se consume puede reducir la necesidad de transportar electricidad a largas distancias. Esto puede ayudar a reducir las pérdidas asociadas al transporte y la distribución de electricidad.

Los DER también pueden contribuir a la resiliencia de la red. La generación y el almacenamiento locales pueden proporcionar fuentes adicionales de electricidad durante periodos de alta demanda o, cuando están diseñados y controlados adecuadamente, contribuir a mantener la continuidad del suministro durante determinadas interrupciones de la red.

Ahorro económico 

Los DER pueden generar beneficios económicos tanto para los consumidores como para el sistema eléctrico en general. La generación local de electricidad mediante instalaciones solares o turbinas eólicas puede reducir la cantidad de electricidad que algunos consumidores necesitan adquirir de la red, mientras que las baterías y la flexibilidad de la demanda pueden ayudar a gestionar cuándo se consume electricidad y evitar los periodos de mayor coste.

A escala del sistema, los DER pueden ayudar a optimizar el uso de las infraestructuras de red existentes y, en determinadas circunstancias, reducir o aplazar la necesidad de realizar costosas mejoras en la red, al gestionar los picos de demanda y aportar flexibilidad. También pueden reducir la necesidad de recurrir a algunas fuentes de generación más costosas durante los periodos de mayor demanda.

Descarbonización y sostenibilidad ambiental 

Los beneficios ambientales de los DER dependen de las tecnologías y fuentes de energía utilizadas. Su contribución a la descarbonización es mayor cuando la generación renovable, la electrificación, el almacenamiento y la flexibilidad de la demanda se integran de forma eficaz.

Por ejemplo, los DER pueden contribuir a la transición hacia un sistema eléctrico descarbonizado cuando incorporan energía solar fotovoltaica y eólica. Además, los paneles solares instalados en tejados pueden aprovechar el espacio de edificios ya existentes y reducir la necesidad de suelo adicional en comparación con algunos proyectos solares de gran escala.

La generación local mediante DER también puede reducir la cantidad de electricidad que debe suministrarse desde grandes centrales de generación centralizadas, incluidas las que utilizan carbón o gas natural, dependiendo del funcionamiento del sistema. La generación próxima al punto de consumo puede asimismo ayudar a reducir las pérdidas de electricidad asociadas al transporte a través de largas líneas de transmisión.

Los DER también permiten aprovechar energía que de otro modo podría desperdiciarse, como ocurre con los sistemas de cogeneración, que utilizan el calor generado durante la producción de electricidad para calefacción o para proporcionar agua caliente.

Flexibilidad de la demanda

Una de las principales ventajas de los DER es su capacidad para aportar flexibilidad de la demanda. Esto significa ajustar cuándo o cuánta electricidad se consume, almacena o suministra en respuesta a las condiciones del sistema, ayudando a equilibrar la oferta y la demanda y pudiendo reducir los costes energéticos para los consumidores.

Por ejemplo, un sistema inteligente puede retrasar la carga de un vehículo eléctrico hasta un periodo en el que la demanda de la red eléctrica sea menor, lo que puede permitir ahorrar dinero. Del mismo modo, una batería puede almacenar la electricidad generada mediante energía solar cuando ésta es abundante y liberarla cuando la demanda es mayor.

Al desplazar el consumo o coordinar la generación y el almacenamiento, los DER pueden ayudar a equilibrar la oferta y la demanda, gestionar los picos de consumo eléctrico y aprovechar mejor las infraestructuras de red existentes.