Analysis of impacts of different energy sharing communities

Abstract

En un contexto de precios de la electricidad por las nubes, agravado por acontecimientos mundiales como la crisis de Ucrania, los sectores de la energía, el petróleo y los salarios se enfrentan a retos sin precedentes. Esto ha provocado un importante impacto económico, sobre todo en los precios del gas y la electricidad, debido a la fuerte dependencia europea del gas ruso. Para hacer frente a estos retos y reducir la dependencia energética, se ha vuelto crucial la aplicación de medidas como las comunidades energéticas. Estas comunidades fomentan la adopción de energías renovables, la participación ciudadana y la sostenibilidad medioambiental. Al promover la producción y el consumo locales de energía, las comunidades energéticas mitigan las pérdidas en la red, mejoran la eficiencia y contribuyen a mitigar el cambio climático. Este estudio evalúa tres modelos distintos de uso compartido de la energía adaptados a las comunidades energéticas. El Modelo 1, denominado Modelo de Minimización de la Interacción con la Red, facilita las transacciones directas entre generadores y consumidores, con el objetivo de eliminar intermediarios y fomentar la participación activa en los mercados energéticos; el Modelo 2, conocido como Modelo de Minimización de Costes, se centra en minimizar los costes totales de energía dentro de comunidades geográficamente próximas y el Modelo 3, el Modelo de Minimización de Costes Independientes, pretende minimizar los costes totales de energía sin permitir el intercambio de energía entre hogares dentro de las comunidades. La metodología de la tesis consiste en realizar un proceso de optimización en dos etapas: la optimización centralizada inicial determina el despacho de energía con decisiones de mercado horarias, seguido de un análisis de flujo de potencia que evalúa el impacto en la red. Los resultados obtenidos muestran cómo el Modelo 1 demostró su viabilidad económica al lograr un enfoque equilibrado entre ingresos y costes. Aunque no es el más rentable, su énfasis en la autosuficiencia energética y la reducción de las emisiones de CO2 lo convierten en una opción sostenible a largo plazo. El modelo 2 resultó ser la opción más rentable de los tres modelos. Minimizaba eficazmente los costes y maximizaba los ingresos mediante una asignación eficiente de la energía generada localmente. Sin embargo, su estrategia de dar prioridad a la generación de energía rentable provocó importantes cargas en la red y fluctuaciones de tensión, lo que requirió una gestión cuidadosa y, potencialmente, refuerzos de la red para hacer frente a las demandas operativas. Por otro lado, el Modelo 3, mostró la rentabilidad más baja debido a las limitaciones en la optimización de la eficiencia energética y los ingresos. A pesar de estas limitaciones, el modelo 3 sigue siendo una opción viable y podría mejorarse mediante ajustes en las políticas de intercambio de energía o en las estrategias de ingresos. Ante la escalada de los precios de la electricidad, agravada por los acontecimientos mundiales, el estudio destaca el papel fundamental de las comunidades energéticas para mitigar el impacto económico y reducir la dependencia de fuentes de energía externas.

In the context of skyrocketing electricity prices, aggravated by global events such as the Ukraine crisis, the energy, oil and wage sectors are facing unprecedented challenges. This has led to a significant economic impact, particularly on gas and electricity prices, due to Europe's heavy dependence on Russian gas. To address these challenges and reduce energy dependence, the implementation of measures such as energy communities has become crucial. These communities encourage the adoption of renewable energy, citizen participation and environmental sustainability. By promoting local energy production and consumption, energy communities mitigate grid losses, improve efficiency and contribute to climate change mitigation. This study evaluates three distinct energy sharing models tailored for energy communities. Model 1, termed the Grid Interaction Minimization Model, facilitates direct transactions between generators and consumers, aiming to eliminate intermediaries and foster active participation in energy markets; Model 2, known as the Cost Minimization Model, focuses on minimizing total energy costs within geographically close communities and Model 3, the Independent Cost Minimization Model, aims to minimize total energy costs without allowing energy exchange between households within communities. The thesis methodology involves performing a two-stage optimization process: initial centralized optimization determines energy dispatch with hourly market decisions, followed by a power flow analysis assessing grid impacts. The results obtained show how Model 1 demonstrated economic viability by achieving a balanced approach between revenues and costs. Although not the most profitable, its emphasis on energy self-sufficiency and reduced CO2 emissions makes it a sustainable choice in the long term. Model 2 emerged as the most cost-effective option among the three models. It effectively minimized costs and maximized revenues through efficient allocation of locally generated energy. However, its strategy of prioritizing cost-effective power generation led to significant grid loads and voltage fluctuations, needing careful management and potentially grid reinforcements to handle operational demands. On the other hand, Model 3, showed the lowest cost-effectiveness due to limitations in optimizing energy efficiency and revenue. Despite these constraints, Model 3 remains a viable option and could be enhanced through adjustments in energy exchange policies or revenue strategies. With electricity prices escalating, aggravated by global events, the study highlights the critical role of energy communities in mitigating the economic impact and reducing dependence on external energy sources.