Estimación de la expansión de la generación distribuida en España

Abstract

Este proyecto estudia la posible expansión de la generación distribuida (de ahora en adelante GD) en España. Se realiza un estudio del entorno de la distribución de energía analizando la situación actual en España y las opciones de desarrollo de las técnicas fotovoltaicas como medio de GD. Son varias las ventajas que tiene la GD como su flexibilidad, bajas emisiones de CO2 , reducción de la dependencia de energías que se abastacen de combustibles fósiles..etc, aunque el origen de este trabajo radica en la necesidad de encontrar una alternativa a los crecientes precios de las tarifas eléctricas en España durante estos últimos años. En muchos países europeos (Alemania, Francia, Italia…etc.) el autoconsumo es ya una realidad que emplean miles de consumidores, a diferencia de España, donde el crecimiento está condicionado por el conocido como peaje de respaldo creado por el Gobierno. Este peaje afecta a aquellos usuarios que inyecten en la red los excesos de energía eléctrica generados por sus paneles solares. En efecto, el perfil de generación solar horario no está postivamente correlado con la demanda por lo que se producen excesos de energía en horas de bajo consumo. Existen dos alternativas para no inyectar energía a la red, por un lado se puede instalar la potencia fotovoltaica justa para que no haya excedentes, o por otro lado se puede almacenar parte de la energía sobrante en baterías, lo que conllevaría una mayor coste, al tener que invertir también en tecnologías de almacenamiento. El análisis que se realiza en este proyecto contempla tres opciones: no invertir nada, invertir en potencia fotovoltaica justa (de manera que no se produzcan excesos) o invertir en energía fotovoltaica y también en baterías. El estudio se desagrega por comunidades autónomas y sectores (industrial, servicios y doméstico) y sus tarifas de acceso asociadas, que en este modelo se han simplificado en tarifa 2, tarifa 3 y tarifa 6 (sin tener en cuenta subtarifas). Mediante el optimizador Cplex del programa GAMS se obtiene una solución para optimizar la gestión de la demanda energética según los diferentes escenarios analizados, que son en concreto tres: coste de la gestión de la demanda energética sin inversión en GD, costes de la gestión de la demanda con posible inversión en potencia fotovoltaica y costes de la gestión de la demanda energética con posibilidad de invertir en energía fotovoltaica y baterías al mismo tiempo. Cada uno de estos casos se subdividen en tres nuevos escenarios en los que se analizan los resultados según tres casos de evolución del precio de la energía eléctrica: creciente, constante y decreciente. Por último se analiza la sensibilidad de los resultados frente a variaciones en la radiación solar sobre cada comunidad autónoma para ver como varia la inversión en GD. Metodología En primer lugar se escribe el código del problema para el programa GAMS y se comprueba su funcionamiento a través de los datos de entrada, que en este caso son: consumos desglosados por comunidades autónomas, sectores y tarifas, perfiles de consumo horarios, irradiancia solar y los precios de: la energía, los peajes de acceso y de las inversiones. Se tiene en cuenta que la vida útil de los paneles es 20 años y la de las baterías 5. Una vez desarrollado el código, el optimizador Cplex de GAMS resuelve el problema fijando como función objetivo minimizar los costes de la gestión de la demanda energética. Finalmente se analizan los resultados obtenidos.Conclusiones A la vista de los resultados, y considerando que es un modelo que se basa únicamente en costes (no atiende a otros factores como el comportamiento de los usuarios hacia estas inversiones, la disponibilidad de los terrenos para instalar paneles…etc.) se concluye que ya suba, baje o se mantenga constante el precio de la energía (para valores constantes de consumo y precio de las inversiones) es ventajoso instalar GD de tipo fotovoltaico (que es el único considerado en este estudio), sobre todo en las comunidades autónomas cuyos parámetros de consumo y radiancia son más altos, como son Cataluña, Andalucía, Madrid y Valencia. Para otras comunidades autónomas en donde la radiación del sol es más baja como País Vasco, Asturias, Galicia o Cantabria, solo sale rentable invertir en el caso de que el precio de la energía suba con el paso de los años. La inversión en baterías por su parte solo es rentable en los lugares donde la producción de energía fotovoltaica es alta, como Andalucía o Extremadura. Sin embargo analizando los resultados se obtienen unas capacidades de baterías de un valor muy pequeño, por lo que se descarta que la inversión en baterías crezca notablemente.

The following project is aimed to the study of the expansion estimation of the distributed generation (from now on DG) in Spain. A study of the atmosphere of the energy distribution is made by analysing the current situation in Spain, together with the developing options of the photovoltaic (from now on PV) techniques as a resource of DG. The DG has plenty of advantages like its flexibility, low CO2 emissions, reduction of the dependence of the energy based on fossil fuels..etc., however this essay emerges with the necessity to find some alternatives to the actual electric tariffs which are raising during the past years in Spain. Among some countries in Europe (such as Germany, Italy or France) the on-farm consumption is already succeeding and it´s actually a real option for thousands of consumers, contrary to the situation in Spain, where the development is conditioned by the so-called “peaje de respaldo” created by the Government. This tax is addressed to the prosumers (those who practice the on-farm consumption) whose panels produce excesses of energy and they need to pour them to the grid. Indeed, the solar generating profile is not positively correlated with the demand so that the energy excesses are mainly produced in the hours where de consumption is low. There exist two alternatives to avoid injecting energy to the grid, from one hand the PV power installed is exact so that there are no excess of energy, or on the other hand some of this surplus can be stock up in batteries although this would mean more costs because of the investment in these storage technologies. The following analysis considers three options: make no investment, investment in PV panels without excesses or to invest in both PV panels and batteries.The study is disaggregated in autonomic regions and sectors (industrial, services and domestic) and their associated access tariffs, which in this model are simplified in tariff 2, tariff 3 and tariff 6 (without considering the subtariffs). Using the Cplex optimizator GAMS provides a solution by optimize the management of the energy demand according to the different scenarios treated, which are three, costs of the whole process of energy demand without investments in DG, costs of the demand with the possibility of installing PV solar panels, and the third case includes the possibility of investing in PV solar and batteries simultaneously. Finally the results of the sensibility caused by variations in the solar radiation in each autonomic region are graded to see how the investment in DG changes. Methodology First of all the code to solve the problem in GAMS is written and it is verified with the inputs, which are: consumption broken down into counties, sectors and tariffs, consumption profiles for each hour, radiation and the prices of the energy, the access tariffs and the investments. It has to be taken into account that the lifespan for the panels is 20 years while the lifespan for the batteries is 5. Once the code is already developed, the Cplex GAMS optimizator solves the problem with the goal of minimizing the whole costs to supply the energy demand. At last, the results are analysed and discussed. Conclusions In view of the results, and considering that the model just focuses on costs (it does not evaluates other factors like the behaviour of the consumers, the available room for the panels…etc.), it can be concluded that no matter how the prices of the energy progresses (increases, decreases or remains constant) that it will be interesting to invest money in DG and in particular in PV power, especially in those counties in which both consumption and solar radiation are high, just as Cataluña, Andalucía, Madrid and Valencia. It is not the case of País Vasco, Asturias, Galicia or Cantabria where the solar radiation is pretty poor and it´s just profitable to invest when the energy prices are increasing over the years. For instance, the investment in batteries would be just profitable where the PV generation is high, like in Andalucía or Extremadura, although having a look at the results the capacities obtained are very low, fact that makes pretty unlikely that the investment in batteries grows outstandingly