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Gestión de la demanda energética

La gestión de la demanda de energía , también conocida como gestión de la demanda ( DSM ) o respuesta de la demanda ( DSR ), [1] es la modificación de la demanda de energía de l...

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La gestión de la demanda de energía , también conocida como gestión de la demanda ( DSM ) o respuesta de la demanda ( DSR ), [1] es la modificación de la demanda de energía de los consumidores a través de diversos métodos, como incentivos financieros [2] y cambios de comportamiento a través de la educación.

Por lo general, el objetivo de la gestión de la demanda es alentar al consumidor a usar menos energía durante las horas pico o a trasladar el tiempo de uso de energía a horas de menor demanda, como la noche y los fines de semana. [3] La gestión de la demanda máxima no necesariamente reduce el consumo total de energía , pero podría esperarse que reduzca la necesidad de inversiones en redes y/o plantas de energía para satisfacer las demandas máximas. Un ejemplo es el uso de unidades de almacenamiento de energía para almacenar energía durante las horas de menor demanda y descargarla durante las horas pico. [4]

Una aplicación más reciente del DSM es ayudar a los operadores de la red a equilibrar la generación variable de las unidades eólicas y solares, en particular cuando el momento y la magnitud de la demanda de energía no coinciden con la generación renovable. Los generadores que se ponen en funcionamiento durante los períodos de máxima demanda suelen ser unidades de combustibles fósiles. Al minimizar su uso se reducen las emisiones de dióxido de carbono y otros contaminantes. [5] [6]

El término DSM fue acuñado después de la crisis energética de 1973 y la crisis energética de 1979. [7] Los gobiernos de muchos países ordenaron la ejecución de varios programas para la gestión de la demanda. Un ejemplo temprano es la Ley de Política Nacional de Conservación de Energía de 1978 en los EE. UU. , precedida por acciones similares en California y Wisconsin . La gestión del lado de la demanda fue introducida públicamente por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI) en la década de 1980. [8] Hoy en día, las tecnologías DSM se vuelven cada vez más factibles debido a la integración de la tecnología de la información y las comunicaciones y el sistema eléctrico, nuevos términos como gestión integrada de la demanda (IDSM) o red inteligente . [9] [10]

Operación

En sus orígenes, la industria eléctrica estadounidense dependía en gran medida de las importaciones de energía extranjera, ya fuera en forma de electricidad consumible o de combustibles fósiles que luego se utilizaban para producir electricidad. Durante la crisis energética de los años 1970, el gobierno federal aprobó la Ley de Políticas Regulatorias de Servicios Públicos (PURPA, por sus siglas en inglés) , con la esperanza de reducir la dependencia del petróleo extranjero y promover la eficiencia energética y las fuentes de energía alternativas. Esta ley obligaba a las empresas de servicios públicos a obtener la energía más barata posible de productores de energía independientes, lo que a su vez promovía las energías renovables y alentaba a las empresas de servicios públicos a reducir la cantidad de energía que necesitaban, impulsando así agendas de eficiencia energética y gestión de la demanda. [11]

El uso de la electricidad puede variar drásticamente en períodos de tiempo cortos y medianos, dependiendo de los patrones climáticos actuales. Generalmente, el sistema mayorista de electricidad se ajusta a la demanda cambiante despachando generación adicional o menor. Sin embargo, durante los períodos pico, la generación adicional generalmente es suministrada por fuentes menos eficientes ("pico"). Desafortunadamente, el costo financiero y ambiental instantáneo de usar estas fuentes "pico" no se refleja necesariamente en el sistema de precios minoristas. Además, la capacidad o la voluntad de los consumidores de electricidad para ajustarse a las señales de precios alterando la demanda ( elasticidad de la demanda ) puede ser baja, particularmente en períodos de tiempo cortos. En muchos mercados, los consumidores (particularmente los clientes minoristas) no enfrentan precios en tiempo real en absoluto, sino que pagan tarifas basadas en costos anuales promedio u otros precios construidos. [ cita requerida ]

Las actividades de gestión de la demanda de energía intentan acercar la demanda y la oferta de electricidad a un nivel óptimo percibido y ayudan a que los usuarios finales de electricidad se beneficien de la reducción de su demanda. En el sistema moderno, el enfoque integrado de la gestión de la demanda es cada vez más común. IDSM envía automáticamente señales a los sistemas de uso final para reducir la carga en función de las condiciones del sistema. Esto permite un ajuste muy preciso de la demanda para garantizar que coincida con la oferta en todo momento y reduce los gastos de capital para la empresa de servicios públicos. Las condiciones críticas del sistema podrían ser las horas punta o, en áreas con niveles variables de energía renovable , durante los momentos en que la demanda debe ajustarse al alza para evitar la generación excesiva o a la baja para ayudar a satisfacer las necesidades de aumento gradual. [ cita requerida ]

En general, los ajustes a la demanda pueden ocurrir de diversas maneras: a través de respuestas a señales de precios, como tarifas diferenciales permanentes para los horarios de la tarde y del día o días ocasionales de uso altamente costoso, cambios de comportamiento logrados a través de redes de área doméstica , controles automatizados como con aires acondicionados controlados a distancia, o con ajustes de carga permanentes con electrodomésticos energéticamente eficientes. [ cita requerida ]

Fundamentos lógicos

La demanda de cualquier producto puede verse modificada por las acciones de los agentes del mercado y del gobierno ( regulación e impuestos). La gestión de la demanda de energía implica acciones que influyen en la demanda de energía. La gestión de la demanda de energía se adoptó originalmente en el sector de la electricidad, pero hoy en día se aplica ampliamente también a los servicios públicos, incluidos el agua y el gas. [ cita requerida ]

Reducir la demanda de energía es contrario a lo que tanto los proveedores de energía como los gobiernos han estado haciendo durante la mayor parte de la historia industrial moderna. Mientras que los precios reales de diversas formas de energía han estado disminuyendo durante la mayor parte de la era industrial, debido a las economías de escala y la tecnología, la expectativa para el futuro es la opuesta. Anteriormente, no era ilógico promover el uso de energía ya que se podía anticipar que en el futuro habría fuentes de energía más abundantes y más baratas o el proveedor había instalado un exceso de capacidad que se volvería más rentable con un mayor consumo. [ cita requerida ]

En las economías de planificación centralizada, la subvención de la energía era una de las principales herramientas de desarrollo económico. Los subsidios a la industria de suministro de energía todavía son comunes en algunos países. [ cita requerida ]

Contrariamente a la situación histórica, se espera que los precios y la disponibilidad de energía se deterioren. Los gobiernos y otros actores públicos, si no los propios proveedores de energía, tienden a emplear medidas de demanda energética que aumentarán la eficiencia del consumo de energía. [ cita requerida ]

Tipos

  • Eficiencia energética : Utilizar menos energía para realizar las mismas tareas. Esto implica una reducción permanente de la demanda mediante el uso de electrodomésticos más eficientes que consumen mucha energía, como calentadores de agua, refrigeradores o lavadoras. [12] [ verificación fallida ]
  • Respuesta a la demanda : Cualquier método reactivo o preventivo para reducir, aplanar o cambiar la demanda. Históricamente, los programas de respuesta a la demanda se han centrado en la reducción de picos para diferir el alto costo de construir capacidad de generación. Sin embargo, ahora se busca que los programas de respuesta a la demanda también ayuden a cambiar la forma de la carga neta, carga menos generación solar y eólica, para ayudar con la integración de energía renovable variable . [13] La respuesta a la demanda incluye todas las modificaciones intencionales a los patrones de consumo de electricidad de los clientes finales que tienen como objetivo alterar el momento, el nivel de demanda instantánea o el consumo total de electricidad. [14] La respuesta a la demanda se refiere a una amplia gama de acciones que se pueden tomar en el lado del cliente del medidor de electricidad en respuesta a condiciones particulares dentro del sistema eléctrico (como congestión de la red en períodos pico o precios altos), incluido el IDSM antes mencionado. [15]
  • Demanda dinámica : adelantar o retrasar los ciclos de funcionamiento de los electrodomésticos unos segundos para aumentar el factor de diversidad del conjunto de cargas. El concepto es que al monitorear el factor de potencia de la red eléctrica, así como sus propios parámetros de control, las cargas individuales e intermitentes se encenderían o apagarían en momentos óptimos para equilibrar la carga general del sistema con la generación, reduciendo los desajustes críticos de potencia. Como este cambio solo adelantaría o retrasaría el ciclo de funcionamiento del electrodoméstico unos segundos, sería imperceptible para el usuario final. En los Estados Unidos, en 1982, se le otorgó una patente (ahora caducada) para esta idea al ingeniero de sistemas de energía Fred Schweppe. [16] Este tipo de control de demanda dinámica se usa con frecuencia para los acondicionadores de aire. Un ejemplo de esto es a través del programa SmartAC en California. [17]
  • Recursos energéticos distribuidos : [ cita requerida ] La generación distribuida, también energía distribuida, generación en el sitio (OSG) o energía descentralizada/distrital es la generación y el almacenamiento eléctrico realizado por una variedad de dispositivos pequeños conectados a la red conocidos como recursos energéticos distribuidos (DER). Las centrales eléctricas convencionales, como las plantas de carbón, gas y energía nuclear, así como las represas hidroeléctricas y las centrales solares a gran escala, están centralizadas y a menudo requieren que la energía eléctrica se transmita a largas distancias. Por el contrario, los sistemas DER son tecnologías descentralizadas, modulares y más flexibles, que se ubican cerca de la carga que sirven, aunque tienen capacidades de solo 10 megavatios (MW) o menos. Estos sistemas pueden comprender múltiples componentes de generación y almacenamiento; en este caso se denominan sistemas de energía híbridos. Los sistemas DER generalmente utilizan fuentes de energía renovables, incluidas las pequeñas centrales hidroeléctricas, la biomasa, el biogás , la energía solar, la energía eólica y la energía geotérmica, y desempeñan cada vez más un papel importante para el sistema de distribución de energía eléctrica. Un dispositivo conectado a la red para el almacenamiento de electricidad también puede clasificarse como un sistema DER y a menudo se lo denomina sistema de almacenamiento de energía distribuida (DESS). Mediante una interfaz, los sistemas DER pueden gestionarse y coordinarse dentro de una red inteligente. La generación y el almacenamiento distribuidos permiten la recolección de energía de muchas fuentes y pueden reducir los impactos ambientales y mejorar la seguridad del suministro.

Escala

En términos generales, la gestión de la demanda puede clasificarse en cuatro categorías: escala nacional, escala de servicios públicos, escala comunitaria y escala de hogar individual.

Escala nacional

La mejora de la eficiencia energética es una de las estrategias de gestión de la demanda más importantes. [18] Las mejoras de eficiencia se pueden implementar a nivel nacional a través de legislación y normas en viviendas, edificios, electrodomésticos, transporte, máquinas, etc.

Escala de utilidad

Durante las horas punta de demanda, las empresas de servicios públicos pueden controlar calentadores de agua de almacenamiento, bombas de piscinas y aires acondicionados en grandes áreas para reducir la demanda máxima, por ejemplo, en Australia y Suiza. Una de las tecnologías comunes es el control de ondulación: se superpone una señal de alta frecuencia (por ejemplo, 1000 Hz) a la electricidad normal (50 o 60 Hz) para encender o apagar los dispositivos. [19] En economías más basadas en servicios, como Australia, la demanda máxima de la red eléctrica suele producirse a última hora de la tarde o a primera hora de la noche (de 16 a 20 horas). La demanda residencial y comercial es la parte más importante de este tipo de demanda máxima. [20] Por lo tanto, tiene mucho sentido que las empresas de servicios públicos (distribuidores de la red eléctrica) gestionen los calentadores de agua de almacenamiento, las bombas de piscinas y los aires acondicionados residenciales.

Escala comunitaria

Otros nombres pueden ser barrio, precinto o distrito. Los sistemas de calefacción central comunitaria existen desde hace muchas décadas en regiones con inviernos fríos. De manera similar, es necesario gestionar la demanda máxima en las regiones de máxima demanda en verano, por ejemplo, Texas y Florida en los EE. UU., Queensland y Nueva Gales del Sur en Australia. La gestión de la demanda se puede implementar a escala comunitaria para reducir la demanda máxima de calefacción o refrigeración. [21] [22] Otro aspecto es lograr un edificio o comunidad de energía neta cero . [23]

La gestión de la energía, la demanda máxima y las facturas a nivel comunitario puede ser más factible y viable debido al poder adquisitivo colectivo, el poder de negociación, más opciones en eficiencia energética o almacenamiento, [24] más flexibilidad y diversidad en la generación y consumo de energía en diferentes momentos, por ejemplo, utilizando energía fotovoltaica para compensar el consumo diurno o para el almacenamiento de energía.

Báscula doméstica

En algunas zonas de Australia, más del 30% (2016) de los hogares tienen sistemas fotovoltaicos en los tejados. Para ellos es útil utilizar la energía gratuita del sol para reducir la importación de energía de la red. Además, la gestión de la demanda puede ser útil cuando se considera un enfoque sistemático: el funcionamiento de los sistemas fotovoltaicos, el aire acondicionado, los sistemas de almacenamiento de energía en baterías, los calentadores de agua de almacenamiento, el rendimiento de los edificios y las medidas de eficiencia energética. [25]

Ejemplos

Queensland, Australia

Las empresas de servicios públicos del estado de Queensland (Australia) han instalado dispositivos en determinados electrodomésticos, como los aparatos de aire acondicionado o en los contadores domésticos, para controlar el calentador de agua, las bombas de piscina, etc. Estos dispositivos permitirían a las empresas energéticas activar de forma remota el uso de estos aparatos durante las horas punta. Su plan también incluye mejorar la eficiencia de los aparatos que utilizan energía y dar incentivos financieros a los consumidores que utilicen electricidad fuera de las horas punta, cuando a las empresas energéticas les resulta menos costoso producirla. [26]

Otro ejemplo es que con la gestión de la demanda, los hogares del sudeste de Queensland pueden utilizar la electricidad de un sistema fotovoltaico en el tejado para calentar agua. [27]

Toronto, Canadá

En 2008, Toronto Hydro, el monopolio de distribución de energía de Ontario, consiguió que más de 40.000 personas se inscribieran para tener dispositivos remotos conectados a los acondicionadores de aire que las compañías energéticas utilizan para compensar los picos de demanda. La portavoz Tanya Bruckmueller dice que este programa puede reducir la demanda en 40 megavatios durante situaciones de emergencia. [28]

Indiana, Estados Unidos

La operación Alcoa Warrick participa en MISO como un recurso calificado de respuesta a la demanda, lo que significa que proporciona respuesta a la demanda en términos de energía, reserva giratoria y servicio de regulación. [29] [30]

Brasil

La gestión de la demanda puede aplicarse a sistemas eléctricos basados ​​en centrales térmicas o a sistemas donde predomina la energía renovable , como la hidroelectricidad , pero con generación térmica complementaria , por ejemplo, en Brasil .

En el caso de Brasil, a pesar de que la generación de energía hidroeléctrica corresponde a más del 80% del total, para lograr un equilibrio práctico en el sistema de generación, la energía generada por las centrales hidroeléctricas abastece el consumo por debajo de la demanda pico . La generación pico se abastece mediante el uso de plantas generadoras de energía a combustibles fósiles. En 2008, los consumidores brasileños pagaron más de U$S 1.000 millones [31] por generación termoeléctrica complementaria no programada previamente.

En Brasil, el consumidor paga toda la inversión para generar energía, incluso si una planta permanece inactiva. En la mayoría de las plantas térmicas que utilizan combustibles fósiles, los consumidores pagan los "combustibles" y otros costos operativos sólo cuando estas plantas generan energía. La energía, por unidad generada, es más cara en las plantas térmicas que en las hidroeléctricas. Sólo unas pocas de las plantas termoeléctricas brasileñas utilizan gas natural , por lo que contaminan significativamente más que las plantas hidroeléctricas. La energía generada para satisfacer la demanda máxima tiene costos más altos (tanto de inversión como de operación) y la contaminación tiene un costo ambiental significativo y, potencialmente, una responsabilidad financiera y social por su uso. Por lo tanto, la expansión y el funcionamiento del sistema actual no son tan eficientes como podrían serlo utilizando la gestión de la demanda. La consecuencia de esta ineficiencia es un aumento en las tarifas de energía que se traslada a los consumidores. [ cita requerida ]

Además, como la energía eléctrica se genera y se consume casi instantáneamente, todas las instalaciones, como las líneas de transmisión y las redes de distribución, están construidas para el consumo máximo. Durante los períodos de menor demanda no se utiliza toda su capacidad. [ cita requerida ]

La reducción del consumo pico puede beneficiar la eficiencia de los sistemas eléctricos, como el brasileño, de diversas maneras: como aplazando nuevas inversiones en redes de distribución y transmisión, y reduciendo la necesidad de operación de energía térmica complementaria durante los períodos pico, lo que puede disminuir tanto el pago por la inversión en nuevas plantas de energía para abastecer sólo durante el período pico como el impacto ambiental asociado a la emisión de gases de efecto invernadero . [ cita requerida ]

Asuntos

Algunas personas sostienen que la gestión de la demanda ha sido ineficaz porque a menudo ha dado lugar a mayores costos de servicios públicos para los consumidores y menores ganancias para las empresas de servicios públicos. [32]

Uno de los principales objetivos de la gestión de la demanda es poder cobrar al consumidor en función del precio real de los servicios públicos en ese momento. Si se pudiera cobrar a los consumidores menos por el uso de la electricidad durante las horas de menor demanda y más durante las horas de mayor demanda, entonces la oferta y la demanda alentarían teóricamente al consumidor a utilizar menos electricidad durante las horas de mayor demanda, con lo que se lograría el objetivo principal de la gestión de la demanda. [ cita requerida ]

Véase también

Notas

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