Gestión de la demanda de energía.

Gestión de la demanda de energía, también conocida como gestión del lado de la demanda (DSM) o respuesta del lado de la demanda (DSR), es la modificación de la demanda de energía de los consumidores a través de diversos métodos, como incentivos financieros y cambios de comportamiento a través de la educación.

Por lo general, el objetivo de la gestión del lado de la demanda es alentar al consumidor a usar menos energía durante las horas pico, o trasladar el tiempo de uso de energía a horas de menor actividad, como la noche y los fines de semana. La gestión de los picos de demanda no necesariamente reduce el consumo total de energía, pero se podría esperar que reduzca la necesidad de inversiones en redes y/o plantas de energía para satisfacer los picos de demanda. Un ejemplo es el uso de unidades de almacenamiento de energía para almacenar energía durante las horas de menor actividad y descargarla durante las horas de mayor actividad.

Una aplicación más reciente para el DSM es ayudar a los operadores de red a equilibrar la generación variable de unidades eólicas y solares, especialmente cuando el momento y la magnitud de la demanda de energía no coinciden con la generación renovable. Los generadores puestos en línea durante períodos de demanda máxima son a menudo unidades de combustibles fósiles. Minimizar su uso reduce las emisiones de dióxido de carbono y otros contaminantes.

El término DSM fue acuñado después de la crisis energética de 1973 y la crisis energética de 1979. Los gobiernos de muchos países exigieron 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 Estados Unidos, 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 los años 1980. Hoy en día, las tecnologías DSM se vuelven cada vez más factibles debido a la integración de las tecnologías de la información y las comunicaciones y el sistema eléctrico, nuevos términos como gestión integrada del lado de la demanda (IDSM) o red inteligente.

Operación

La industria eléctrica estadounidense originalmente dependía en gran medida de las importaciones de energía extranjera, ya sea en forma de electricidad consumible o combustibles fósiles que luego se utilizaron para producir electricidad. Durante las crisis energéticas de la década de 1970, el gobierno federal aprobó la Ley de Políticas Reguladoras de la Utilidad Pública (PURPA), con la esperanza de reducir la dependencia del petróleo extranjero y promover la eficiencia energética y fuentes de energía alternativas. Este acto obligó a los servicios públicos a obtener la energía más barata posible de los productores de energía independientes, que a su vez promovió las energías renovables y alentó a la utilidad a reducir la cantidad de energía que necesitan, lo que llevó adelante agendas para la eficiencia energética y la gestión de la demanda.

El uso de electricidad puede variar drásticamente en marcos cortos y medianos, dependiendo de los patrones climáticos actuales. Generalmente el sistema de electricidad mayorista se ajusta a la demanda cambiante mediante el envío de generación adicional o menor. Sin embargo, durante los períodos máximos, la generación adicional suele ser suministrada por fuentes menos eficientes ("peaking"). Desafortunadamente, el costo financiero y ambiental instantáneo de utilizar estas fuentes de "reducción" no se refleja necesariamente en el sistema de precios al por menor. Además, la capacidad o disposición de los consumidores de electricidad para ajustarse a las señales de precios alterando la demanda (elástica de la demanda) puede ser baja, especialmente con plazos cortos. En muchos mercados, los consumidores (en particular los clientes minoristas) no se enfrentan a precios en tiempo real, sino tasas de pago basadas en costos anuales promedio u otros precios construidos.

Las actividades de gestión de la demanda de energía intentan acercar la demanda y la oferta de electricidad a un óptimo percibido, y ayudar a que los usuarios finales de la electricidad puedan reducir 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 sistemas de uso final para cubrir carga dependiendo de las condiciones del sistema. Esto permite un ajuste muy preciso de la demanda para asegurar que coincida con la oferta en todo momento, reduce los gastos de capital para la utilidad. Las condiciones críticas del sistema pueden ser tiempos máximos, o en áreas con niveles de energía renovable variable, durante los tiempos en que la demanda debe ajustarse hacia arriba para evitar la sobregeneración o la baja para ayudar con las necesidades de rampa.

En general, los ajustes a la demanda pueden ocurrir de varias maneras: a través de respuestas a las señales de precios, como las tarifas diferenciales permanentes para horarios nocturnos y diarios o ocasionales días de uso muy caros, los cambios conductuales logrados a través de redes de área doméstica, controles automatizados como con acondicionadores de aire controlados remotamente, o con ajustes de carga permanentes con electrodomésticos eficientes en energía.

Fundaciones lógicas

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

La demanda de energía cambia ampliamente entre lugares con diversos transportes de población, tamaños de familia, aspectos destacados de ingeniería, capacidades y marcos sociales. Se acepta ampliamente la modificación de los niveles de oferta de control territorial que coincidan con la solicitud territorial. Reducir la demanda de energía es contrario a lo que han estado haciendo tanto los proveedores de energía como los gobiernos durante la mayor parte de la historia industrial moderna. Mientras que los precios reales de diversas formas de energía han ido disminuyendo durante la mayor parte de la era industrial, debido a las economías de escala y la tecnología, la expectativa para el futuro es lo contrario. Anteriormente, no era descabellado promover el uso de energía, ya que en el futuro se podían anticipar fuentes de energía más copiosas y más baratas o el proveedor había instalado un exceso de capacidad que sería más rentable con un mayor consumo.

En las economías de planificación centralizada, subsidiar la energía era una de las principales herramientas de desarrollo económico. Los subsidios a la industria del suministro de energía siguen siendo comunes en algunos países.

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

Tipos

• Eficiencia energética: Usando menos poder para realizar las mismas tareas. Esto implica una reducción permanente de la demanda utilizando electrodomésticos de carga más eficientes como calentadores de agua, refrigeradores o lavadoras.
• 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 máxima para aplazar el alto costo de construir capacidad de generación. Sin embargo, ahora se están buscando programas de respuesta a la demanda para ayudar a cambiar la forma de carga neta también, cargar menos la generación solar y eólica, para ayudar con la integración de la energía renovable variable. La respuesta a la demanda incluye todas las modificaciones intencionales a los patrones de consumo de electricidad de los clientes finales que están destinados a alterar el tiempo, el nivel de demanda instantánea, o el consumo total de electricidad. La respuesta a la demanda se refiere a una amplia gama de acciones que se pueden tomar en el lado cliente del medidor de electricidad en respuesta a condiciones particulares dentro del sistema de electricidad (como la congestión de red de período pico o precios altos), incluyendo el IDSM mencionado anteriormente.
• Demanda dinámica: Avance o retraso de los ciclos operativos en unos segundos para aumentar el factor de diversidad del conjunto de cargas. El concepto es que al monitorizar el factor de potencia de la red eléctrica, así como sus propios parámetros de control, las cargas individuales e intermitentes se activarían o apagarían en momentos óptimos para equilibrar la carga general del sistema con la generación, reduciendo los desajustes de potencia críticos. Dado que este conmutador solo avanzaría o retrasaría el ciclo operativo del dispositivo en unos segundos, sería poco recomendable para el usuario final. En los Estados Unidos, en 1982, se expidió una patente (ahora solas) para esta idea al ingeniero de sistemas eléctricos Fred Schweppe. Este tipo de control dinámico de la demanda se utiliza con frecuencia para los acondicionadores de aire. Un ejemplo de esto es a través del programa SmartAC en California.
• Recursos energéticos distribuidos: La generación distribuida, también la energía distribuida, la generación in situ (OSG) o la energía de distrito/descentralizada es la generación eléctrica y el almacenamiento realizado por una variedad de pequeños dispositivos conectados a la red denominados recursos energéticos distribuidos (DER). Las centrales eléctricas convencionales, como las centrales de carbón, gas y centrales nucleares, así como las represas hidroeléctricas y las centrales de energía solar 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 encuentran cerca de la carga que sirven, aunque tienen capacidades de sólo 10 megavatios (MW) o menos. Estos sistemas pueden abarcar múltiples componentes de generación y almacenamiento; en este caso se denominan sistemas de energía híbrida. Los sistemas DER suelen utilizar fuentes de energía renovables, incluyendo pequeños hidroeléctricos, biomasa, biogás, energía solar, energía eólica y 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 se puede clasificar como un sistema DER, y a menudo se llama un sistema de almacenamiento de energía distribuido (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 del lado de la demanda se puede clasificar en cuatro categorías: escala nacional, escala de servicios públicos, escala comunitaria y escala de hogares individuales.

Escala nacional

La mejora de la eficiencia energética es una de las estrategias de gestión del lado de la demanda más importantes. Las mejoras de eficiencia pueden implementarse a nivel nacional a través de legislación y normas en materia de vivienda, construcción, electrodomésticos, transporte, máquinas, etc.

Báscula de servicios públicos

Durante las horas de máxima demanda, las empresas de servicios públicos pueden controlar los calentadores de agua de almacenamiento, las bombas de piscina y los aires acondicionados en grandes áreas para reducir la demanda máxima, p. Australia y Suiza. Una de las tecnologías más comunes es el control de ondas: una señal de alta frecuencia (por ejemplo, 1000 Hz) se superpone a la electricidad normal (50 o 60 Hz) para encender o apagar los dispositivos. En economías más basadas en servicios, como Australia, la demanda máxima de la red eléctrica suele ocurrir entre las últimas horas de la tarde y las primeras horas de la noche (de 4:00 p. m. a 8:00 p. m.). La demanda residencial y comercial es la parte más importante de estos tipos de demanda máxima. Por lo tanto, tiene mucho sentido que las empresas de servicios públicos (distribuidores de redes eléctricas) gestionen calentadores de agua residenciales, bombas de piscina y aires acondicionados.

Escala comunitaria

Otros nombres pueden ser vecindario, distrito o distrito. Los sistemas de calefacción central comunitarios existen desde hace muchas décadas en regiones de inviernos fríos. De manera similar, es necesario gestionar los picos de demanda en las regiones con picos de verano, p. Texas y Florida en Estados Unidos, Queensland y Nueva Gales del Sur en Australia. La gestión del lado de la demanda se puede implementar a escala comunitaria para reducir la demanda máxima de calefacción o refrigeración. Otro aspecto es lograr una construcción o comunidad de energía neta cero.

La gestión de la energía, los picos de demanda 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 o almacenamiento energético, más flexibilidad y diversidad en la generación y consumo de energía en diferentes veces, p.e. Uso de energía fotovoltaica para compensar el consumo diurno o para almacenamiento de energía.

Báscula doméstica

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

Ejemplos

Queensland, Australia

Las empresas de servicios públicos del estado de Queensland, Australia, tienen dispositivos instalados en ciertos electrodomésticos, como aires acondicionados o medidores domésticos, para controlar calentadores de agua, bombas de piscina, etc. Estos dispositivos permitirían a las empresas de energía ciclar de forma remota el uso de estos artículos durante las horas pico. Su plan también incluye mejorar la eficiencia de los artículos que utilizan energía y dar incentivos financieros a los consumidores que usan electricidad durante las horas de menor actividad, cuando a las empresas de energía les resulta menos costoso producirla.

Otro ejemplo es que con la gestión del lado de la demanda, los hogares del sudeste de Queensland pueden utilizar la electricidad del sistema fotovoltaico de los tejados para calentar agua.

Toronto, Canadá

En 2008, Toronto Hydro, el monopolio distribuidor de energía de Ontario, tenía más de 40.000 personas inscritas para tener dispositivos remotos conectados a acondicionadores de aire que las empresas de energía utilizan para compensar los picos de demanda. La portavoz Tanya Bruckmueller afirma que este programa puede reducir la demanda en 40 megavatios en situaciones de emergencia.

Indiana, EE. UU.

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

Brasil

La gestión del lado de la demanda puede aplicarse a sistemas eléctricos basados en centrales térmicas o a sistemas donde la energía renovable, como la hidroelectricidad, es predominante pero con una 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 del pico de demanda. . La generación máxima se obtiene mediante el uso de centrales eléctricas de combustibles fósiles. En 2008, los consumidores brasileños pagaron más de mil millones de dólares por generación termoeléctrica complementaria no programada previamente.

En Brasil, el consumidor paga toda la inversión para proporcionar energía, incluso si una planta permanece inactiva. En la mayoría de las centrales térmicas que utilizan combustibles fósiles, los consumidores pagan por los "combustibles" y otros costos de operación sólo cuando estas plantas generan energía. La energía, por unidad generada, es más cara procedente de centrales térmicas que de hidroeléctricas. Sólo unas pocas centrales termoeléctricas brasileñas utilizan gas natural, por lo que contaminan mucho más que las centrales 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 del lado de la demanda. La consecuencia de esta ineficiencia es un aumento de las tarifas energéticas que se traslada a los consumidores.

Además, debido a que la energía eléctrica se genera y consume casi instantáneamente, todas las instalaciones, como líneas de transmisión y redes de distribución, están construidas para los picos de consumo. Durante los períodos de menor actividad no se utiliza su capacidad total.

La reducción del consumo pico puede beneficiar la eficiencia de los sistemas eléctricos, como el sistema brasileño, de varias maneras: como diferir nuevas inversiones en redes de distribución y transmisión, y reducir la necesidad de operación de energía térmica complementaria durante los períodos pico, que puede disminuir tanto el pago por la inversión en nuevas centrales eléctricas para abastecer sólo durante el período pico como el impacto ambiental asociado a la emisión de gases de efecto invernadero.

Problemas

Algunas personas argumentan que la gestión del lado de la demanda ha sido ineficaz porque a menudo ha resultado en mayores costos de servicios públicos para los consumidores y menos ganancias para los servicios públicos.

Uno de los principales objetivos de la gestión del lado de la demanda es poder cobrar al consumidor en función del precio real de los servicios públicos en ese momento. Si a los consumidores se les pudiera cobrar menos por usar electricidad durante las horas de menor actividad y más durante las horas pico, entonces la oferta y la demanda alentarían teóricamente al consumidor a usar menos electricidad durante las horas pico, logrando así el objetivo principal de la gestión del lado de la demanda.