Introducción a las centrales eléctricas virtuales (VPP): Agrupación de recursos distribuidos y su venta como una central eléctrica.

Por sí sola, unos pocos kW de energía solar en un tejado o una batería doméstica no representan una "central eléctrica" para un operador de red. Sin embargo, al agrupar miles o decenas de miles de ellas y controlarlas simultáneamente mediante comunicación y software, la producción combinada puede rivalizar con la de una sola central térmica. Esta es la idea básica de una VPP (Central Eléctrica Virtual). Una VPP no es una nueva forma de generar energía, sino una plataforma de información que integra los recursos distribuidos existentes en una unidad comercializable. La base de comunicación y medición para agrupar recursos distribuidos se trató en la Introducción a la Red Inteligente. Este artículo se centra en la estructura empresarial construida sobre esa base, junto con el diseño institucional de Japón y ejemplos reales.

Resumen en 30 segundos

• Una central eléctrica virtual (VPP, por sus siglas en inglés) es un mecanismo que agrupa recursos distribuidos con características muy diferentes —paneles solares en tejados, baterías domésticas, vehículos eléctricos (VE) y respuesta a la demanda (RD) en fábricas— mediante comunicación y software, tratándolos como una única central eléctrica controlable.

• En Japón, el sistema se basa en una estructura de dos niveles: "agregadores de recursos", que contratan directamente con los consumidores y controlan sus recursos, y "coordinadores de agregación", que agrupan la producción ofrecida por múltiples agregadores de recursos y gestionan la compraventa al por mayor. En abril de 2022, se puso en marcha el sistema de proveedores mayoristas específicos, y ENERES se convirtió en el primer agregador certificado en Japón.

• Los recursos a los que se dirige una VPP difieren en velocidad de respuesta, duración y previsibilidad. Las baterías y los VE responden rápidamente; la energía solar es difícil de controlar en el sentido ascendente; y la RD proveniente de los sistemas de climatización (HVAC) y los equipos de producción de las fábricas es a gran escala, pero su flexibilidad es limitada. El principal campo de batalla para las centrales eléctricas virtuales (VPP) japonesas no es tanto el mercado mayorista de electricidad (JEPX) en sí, sino el mercado de balance, donde las empresas de transmisión y distribución adquieren energía de regulación. Este mercado ofrece varias categorías de productos, divididas por tiempo de respuesta y duración, y una VPP elige en qué producto participar en función de las características de sus recursos.

Como ejemplo práctico, durante la escasez de oferta y demanda de energía del verano de 2022, REXEV y ENERES implementaron la tecnología V2G (utilizando las baterías de vehículos eléctricos compartidos) para proporcionar energía de regulación. La tecnología VPP está en constante evolución, superando la fase de demostración, con un diseño institucional y una operación en el mundo real cada vez más integrados.

1. ¿Qué es una VPP? — El significado de "virtual"

El término "virtual" en VPP significa que no posee una central eléctrica física propia. Los paneles solares, las baterías domésticas, las baterías de los vehículos eléctricos y la capacidad de respuesta a la demanda de una fábrica son, físicamente, solo pequeños recursos ubicados en diferentes lugares. Al conectar estos recursos a través de una red, un software centralizado comprende el estado de cada uno (carga restante, previsión de generación, programa de funcionamiento, etc.) y envía comandos para aumentar o disminuir la producción en los momentos necesarios. Desde la perspectiva de un operador de red o del mercado eléctrico, este conjunto se comporta como si fuera una única central eléctrica.

Figura 1 — En una VPP, los agregadores de recursos contratan directamente con recursos distribuidos de diferentes características y los controlan. Un coordinador de agregación los agrupa para comerciar con el mercado de balance, el mercado mayorista de energía y las empresas de transmisión y distribución de energía; una estructura de dos niveles.

2. Sistema de agregación de Japón: una estructura de dos niveles

El sistema VPP de Japón se divide en dos roles: el agregador de recursos y el coordinador de agregación. Un agregador de recursos firma un contrato de servicio VPP directamente con un consumidor (un hogar o una fábrica) y controla sus paneles solares, baterías o equipos de respuesta a la demanda. Un coordinador de agregación agrupa la producción recolectada por múltiples agregadores de recursos y realiza el comercio directo de energía con las empresas de transmisión y distribución de energía o los proveedores minoristas de electricidad.

Esta estructura cuenta con el respaldo institucional del sistema de proveedores mayoristas (agregadores) especificados, que comenzó en abril de 2022. Este sistema le otorga una base legal. En el ámbito de la agrupación de recursos distribuidos y la venta mayorista de energía, al estilo de una empresa de generación, ENERES se convirtió en el primer agregador certificado de Japón bajo este sistema. Incluso antes de su institucionalización, el proyecto de demostración VPP del METI (llevado a cabo entre los años fiscales 2016 y 2020) ya había validado la división de funciones entre agregadores de recursos y coordinadores de agregación, además de estandarizar las interfaces de comunicación entre ellos.

3. Tipos y características de los recursos que agrupa una VPP

Los recursos que agrupa una VPP no son uniformes. La velocidad de respuesta, la duración y la previsibilidad de la producción varían considerablemente según el recurso, por lo que los agregadores diseñan las características de la potencia reguladora que pueden proporcionar en función de cómo Combinan recursos.

Dado que la energía solar no puede aumentar la producción sin luz solar, no es una opción adecuada. Recurso de respuesta a la demanda ascendente. Las baterías y los vehículos eléctricos, por otro lado, pueden utilizarse tanto para la carga como para la descarga, lo que los convierte en una fuente probable de regulación de energía para una central eléctrica virtual (VPP). La tecnología V2G (Vehículo a Red) con vehículos eléctricos consiste en utilizar la batería a bordo no solo como fuente de energía para el transporte, sino también como fuente de regulación de energía durante las horas en que el vehículo no está en uso.

4. Arquitectura de control: Repaso de las capas de comunicación

Para que una VPP pueda controlar eficazmente un gran número de recursos pequeños, las capas de comunicación descritas en la Introducción a la Red Inteligente constituyen su base. ECHONET Lite se utiliza a menudo para el control de dispositivos domésticos, y OpenADR para la automatización de las señales de respuesta a la demanda entre empresas. En el sistema en la nube del agregador, se agrega el estado de los recursos individuales (estado de carga, horario de funcionamiento, previsión de generación), y se reciben y asignan las órdenes del mercado a cada recurso. La precisión y la velocidad de este algoritmo de asignación son fundamentales. determinar la calidad de la potencia de regulación que puede proporcionar una central eléctrica virtual (VPP).

5. Estructura del mercado japonés: el mercado de balance y JEPX

Los principales canales donde una VPP obtiene ingresos se dividen en dos grandes categorías: el mercado mayorista de energía (JEPX), donde se compra y vende electricidad, y el mercado de balance, donde las empresas de transmisión y distribución adquieren potencia de regulación para mantener la frecuencia y el equilibrio entre la oferta y la demanda.

El mercado de balance se ha abierto por etapas desde el año fiscal 2021, comercializando productos que van desde la potencia de regulación primaria hasta la terciaria ②, categorizados por tiempo de respuesta y duración (los fundamentos físicos detallados de esta clasificación se tratan en la Introducción a la inercia de la red y la regulación de frecuencia). Las baterías y los vehículos eléctricos de respuesta rápida se adaptan a las categorías de productos con un tiempo de respuesta corto, mientras que la gestión de la demanda en fábrica, de respuesta relativamente más lenta, se adapta a las categorías con mayor margen de tiempo de respuesta. Una VPP decide en qué categoría de producto participar evaluando las características de respuesta de los recursos que utiliza. paquetes.

Más allá de eso, la "acumulación de ingresos" —la superposición de múltiples fuentes de ingresos, como la venta de electricidad en el mercado mayorista, el suministro de energía de regulación en el mercado de balance y la reducción de los costos del consumidor mediante la gestión de picos de demanda— es lo que determina la viabilidad comercial de una central eléctrica virtual (VPP). Incluso un recurso que no puede recuperar su inversión a través de un solo mercado puede resultar rentable al combinar múltiples usos.

6. Un ejemplo real: de la demostración a la implementación práctica de V2G

El sector de las VPP en Japón, a través del proyecto de demostración de VPP del METI (Ministerio de Economía, Comercio e Industria de Japón) entre los años fiscales 2016 y 2020, ha contado con la participación de varias empresas como agregadores y coordinadores de agregación de recursos, validando los estándares de comunicación y las reglas operativas. KDDI y ENERES han impulsado una iniciativa de VPP utilizando 5G y MEC (computación de borde de acceso múltiple), un ejemplo conocido de cómo se busca mejorar la latencia y la confiabilidad del control de las VPP desde la infraestructura de comunicaciones.

Como caso concreto que ha alcanzado la aplicación práctica, durante las condiciones especialmente ajustadas de oferta y demanda de energía. En el verano de 2022, REXEV y ENERES pusieron en práctica un sistema que descarga las baterías de los vehículos eléctricos utilizados en un servicio de coche compartido en la zona de Odawara/Hakone mediante tecnología V2G durante las horas en que los vehículos no están en uso, ofreciendo la energía generada como fuente de regulación para la región de Kanto. Se trata de un intento de obtener dos tipos de valor —el uso como medio de transporte y el suministro de energía de regulación a la red— de la misma batería del vehículo, presentándose como un ejemplo de la fase de aplicación práctica de la tecnología V2G.

7. Relación de las centrales eléctricas virtuales con las baterías y la red inteligente

Una central eléctrica virtual no sustituye la tecnología de una batería a escala de red (química de las celdas, sistema de gestión de baterías, eficiencia de ciclo completo, etc.). Más bien, es una «capa comercial» que agrupa las baterías individuales descritas en la Guía básica de baterías de potencia en una unidad comercializable. Asimismo, una central eléctrica virtual es un mecanismo institucional y operativo construido sobre la base de la tecnología V2G. La infraestructura de hardware, como los contadores inteligentes y los protocolos de comunicación, es esencial, y no puede funcionar sin la infraestructura de medición y comunicación descrita en la Guía básica de la red inteligente. Es práctico entender las centrales eléctricas virtuales (VPP), las baterías y la red inteligente no como tecnologías que compiten entre sí, sino como diferentes capas superpuestas.

8. Desafíos actuales y enfoque de la investigación

• Latencia y fiabilidad de la comunicación: se necesita un mecanismo para enviar comandos simultáneamente a un gran número de recursos y confirmar la respuesta dentro de un plazo determinado. El uso de 5G y MEC es una solución a este desafío.

• Precisión de la línea base: medir el efecto de la respuesta a la demanda (DR) requiere evaluarlo en comparación con la diferencia respecto al "consumo estimado si no se hubiera controlado" (la línea base), y la precisión de esta estimación determina directamente la credibilidad del mercado.

• Ciberseguridad: con un gran número de dispositivos domésticos y vehículos eléctricos (VE) conectados a la red, gestionar la superficie de ataque se vuelve crucial.

• Diversificación de recursos: se está explorando la incorporación de nuevos tipos de recursos, como como calentadores de agua con bomba de calor, bombas de calor industriales y ajuste de carga en centros de datos.

• Estandarización: la creación de interfaces estándar para controlar dispositivos de diferentes fabricantes y la adopción de estándares de comunicación generales influyen en la facilidad con la que los agregadores pueden ingresar al mercado.

Resumen: Una VPP no es una "central eléctrica", sino una "capa de agregación"

Una VPP no es una tecnología de nueva generación, sino un mecanismo que agrupa recursos distribuidos existentes, como energía solar, baterías, vehículos eléctricos y gestión de la demanda, en una sola unidad comercializable mediante comunicación y software. Japón ha desarrollado un sistema de dos niveles, compuesto por agregadores de recursos y coordinadores de agregación, y gracias al mercado de equilibrio que proporciona un espacio concreto para el comercio, la transición de la demostración a la implementación práctica ya está en marcha.

Al evaluar una iniciativa de VPP, conviene verificar lo siguiente:

1. ¿Qué recursos (solar, baterías, vehículos eléctricos, gestión de la demanda) se agrupan y con qué velocidad y duración de respuesta?

2. ¿Se trata de un agregador de recursos o un coordinador de agregación? ¿Cómo se dividen las funciones? ¿Estructurado?

3. ¿Qué combinación de fuentes de ingresos —mercado mayorista, mercado de equilibrio, reducción de costos— se está utilizando y cómo?

4. ¿Cómo se garantiza la fiabilidad de la medición de referencia o de la comunicación?

Teniendo en cuenta estos cuatro puntos, podrá interpretar un anuncio de VPP como una estructura concreta: cómo se agrupan los recursos distribuidos y dónde se comercializan.

Referencias

• Agencia de Recursos Naturales y Energía — ¿Qué son VPP y DR?
• Agencia de Recursos Naturales y Energía — Glosario de términos de VPP/DR
• Agencia de Recursos Naturales y Energía — Utilización de VPP/DR
• ENERES Co., Ltd. — Utilización de energía de vehículos eléctricos en condiciones de alta demanda de suministro eléctrico
• REXEV Co., Ltd. — Utilización de energía de vehículos eléctricos en condiciones de alta demanda de suministro eléctrico
• KDDI — Cómo ENERES y KDDI visualizan una sociedad descarbonizada mediante la central eléctrica virtual (VPP)
• Electric Power Reserve Exchange (EPRX) — ¿Qué es el mercado de balanceo?
• Organización para la Coordinación Interregional de Operadores de Transmisión, Japón (OCCTO)