IoT en respuesta de demanda: señales, control y verificación

La respuesta de demanda (DR) es un cambio planificado en el consumo eléctrico de una instalación cuando lo solicita la red o el mercado. La instalación reduce, desplaza o aumenta su carga durante un periodo determinado. El programa paga por la flexibilidad que pone a disposición y por el cambio que demuestra su contador.

En la UE, el artículo 17 de la Directiva 2019/944 exige que los Estados miembros permitan a los clientes finales participar en todos los mercados eléctricos junto a los productores, sin discriminación, directamente o mediante un agregador. Después, los operadores nacionales definen los productos. Esta guía utiliza ejemplos de Gran Bretaña e Irlanda. Un agregador que reúne muchas instalaciones como un solo recurso opera una central eléctrica virtual.

Tipos de respuesta de demanda

El tipo de programa determina la rapidez de respuesta exigida y cómo se mide.

La guía de respuesta dinámica de frecuencia explica los servicios británicos, y la guía de FCAS cubre Australia. El resto de esta guía trata los eventos de energía y capacidad, por los que comienzan muchas instalaciones.

Ciclo de respuesta de demanda

Un evento activado tiene cinco pasos:

1. La instalación o su agregador declara cuánta carga puede cambiar y durante cuánto tiempo.
2. El operador del sistema o el agregador inicia el evento.
3. El control local modifica las cargas seleccionadas dentro de sus límites seguros.
4. La medición registra el consumo antes, durante y después del evento.
5. El programa compara el consumo medido con una línea base y paga por la diferencia.

Un programa basado en precios no tiene activación ni declaración de disponibilidad. La instalación reacciona a la tarifa y la factura es la liquidación.

La declaración de disponibilidad depende de los datos de la instalación. Si declara 100 kW pero las cargas flexibles ya estaban apagadas, no puede entregarlos. Base cada declaración en la carga actual de cada circuito flexible, no en su potencia nominal de placa.

Recibir la instrucción

Las instrucciones llegan de tres formas. La más sencilla es una señal por contacto libre de potencial o relé desde un controlador instalado por el agregador, todavía habitual en instalaciones comerciales e industriales. La segunda es la API propia del agregador, normalmente MQTT sobre TLS o HTTPS. La tercera es un estándar abierto. OpenADR 2.0b se publicó como IEC 62746-10-1 y utiliza mensajes XML. OpenADR 3, lanzado en noviembre de 2023, es una API REST con mensajes JSON.

Sea cual sea la interfaz, el equipo de la instalación debe:

• autenticar al remitente y rechazar instrucciones tardías o repetidas;
• acusar recibo de la instrucción con una marca temporal;
• registrar cada instrucción, acuse de recibo y acción sobre la carga.

Decida qué ocurre al perderse la conexión antes del primer evento. Una instrucción con hora de fin o duración propias permite al controlador completar el evento sin enlace y devolver las cargas a tiempo. Sin hora de fin, debe elegir entre dos fallos. Si mantiene apagadas las cargas, una cámara frigorífica puede rebasar su límite. Si las devuelve de inmediato, la instalación entrega menos de lo comprometido y el programa reduce el pago. Si el enlace falla antes de un evento, la decisión es más sencilla: declare la instalación no disponible.

Cambiar la carga de forma segura

Una carga adecuada contiene alguna forma de almacenamiento: una cámara frigorífica conserva el frío, un depósito de agua caliente conserva el calor, una batería almacena energía y un embalse almacena agua. La flexibilidad disponible depende de ese almacenamiento y de la condición de parada.

Por ejemplo, una prueba con los compresores apagados muestra que una sonda en la zona de producto se calienta a 1,5 K/h desde una consigna de −22 °C. El límite del producto es −18 °C y la instalación reserva 1 K de margen. La cámara puede permanecer apagada durante (4 K − 1 K) ÷ 1,5 K/h = 2 horas. Las sondas de aire se calientan mucho antes que el producto, por lo que el límite debe basarse en una sonda de la zona de producto. La guía de respuesta de demanda para refrigeración muestra los puntos de medida.

Hay dos límites que suelen sorprender a las instalaciones. Según IEC 61851-1, los cargadores de vehículos eléctricos no pueden reducir la corriente por debajo de 6 A por fase; un cargador trifásico a 230 V no puede funcionar por debajo de unos 4,1 kW y, para bajar más, debe pausar. Una batería que descarga más que la carga local exporta la diferencia. Si la conexión tiene un límite de exportación, como muchas conexiones G99, la batería debe reducir su descarga conforme baja la carga de la instalación durante el evento.

Los límites locales siempre prevalecen sobre una instrucción remota. Cuando una condición de parada termina el evento, el controlador devuelve esa carga, registra con hora la retirada y la informa al agregador. Después del evento, libere las cargas de forma escalonada. Si todos los compresores arrancan en el mismo minuto, la instalación crea un nuevo pico y un cargo por capacidad o demanda puede costar más de lo cobrado por el evento. La calculadora de capacidad de carga de vehículos eléctricos muestra la capacidad restante para cargadores en el punto de conexión.

Medir la respuesta

La medición debe registrar el consumo de la instalación con la resolución y precisión exigidas por el programa. Anote la identidad del contador, las relaciones de los transformadores de corriente (TC), su orientación, la fuente de reloj y cada hueco en los datos.

La energía por intervalo se convierte en demanda media. Una lectura de 7 kWh en 15 minutos equivale a una demanda media de 28 kW:

Hay tres fallos de medición habituales que no se ven en una sola lectura:

• Desfase del reloj. Un contador con 2 minutos de retraso coloca 2 minutos de carga previa al evento dentro del primer intervalo. Con una reducción de 110 kW, eso desplaza unos 3,7 kWh, o el 13 % de la reducción de ese intervalo de 15 minutos. Sincronice cada contador y controlador mediante NTP o GNSS y registre el desfase.
• Relación de TC. Un contador configurado a 400/5 con un TC de 500/5 lee el 80 % de la carga real. El error escala por igual los días de línea base y el día del evento, por lo que los datos parecen coherentes y se paga a la instalación solo el 80 % de su reducción. Compare el total de submedición con el contador fiscal para detectarlo.
• Sentido de los TC. Un TC invertido en una carga trifásica equilibrada da una lectura de un tercio de la potencia real. Con una carga desequilibrada puede dar valores negativos en algunos intervalos.

No siempre se exige submedir las cargas flexibles para liquidar. Sin embargo, permite saber qué carga entregó la respuesta y cuál terminó antes; así mejora la siguiente declaración de disponibilidad.

Calcular la línea base y la respuesta entregada

La línea base es el consumo que habría tenido la instalación sin el evento. El programa define el método, que a su vez determina el pago.

El Demand Flexibility Service británico utiliza por defecto el método P376. Para un día laborable, la línea base de cada media hora es la media de esa misma media hora en los 10 días laborables admisibles más recientes de los 60 días anteriores. Para un fin de semana o festivo, toma los 4 días admisibles más recientes y promedia los 2 valores centrales. No son admisibles los días con un evento DFS, un evento del mercado de capacidad o un evento de flexibilidad del distribuidor convocado con 48 horas o menos de antelación. No puede usarse un punto de medida con menos de 5 días laborables admisibles. La guía de agosto de 2026 añade una línea base opcional propuesta por la propia instalación para centros industriales y comerciales.

Un ajuste el mismo día escala la línea base histórica al consumo de la instalación justo antes del evento. Corrige el efecto del tiempo meteorológico y de la ocupación, pero puede manipularse. En el invierno de 2022/23, la línea base doméstica del DFS incluía un ajuste dentro del día basado en el consumo entre 4 y 1 horas antes del evento. Una instalación que aumentara su carga en esa ventana elevaba su línea base y después cobraba por reducir la carga añadida. NESO eliminó ese ajuste para el invierno de 2023/24. Si un programa mantiene un ajuste, compruebe su límite y que la ventana de ajuste termine antes de que la instalación reciba el aviso del evento.

Los servicios de frecuencia dinámica no usan una línea base histórica. La respuesta esperada se calcula a partir de la frecuencia medida y la curva de respuesta contratada, y se compara con la potencia medida en cada intervalo.

La respuesta entregada es la línea base menos el consumo medido, intervalo por intervalo. En el ejemplo siguiente, una cámara frigorífica comprometió 100 kW durante una hora y entregó entre 95 y 110 kW en cada intervalo de 15 minutos. En los dos intervalos posteriores, los compresores recuperaron la temperatura y la instalación consumió 85 kW y 45 kW por encima de su línea base:

El evento redujo 106,3 kWh y el rebote recuperó 32,5 kWh. La mayoría de los programas de energía pagan solo por los intervalos del evento. El rebote sigue siendo un coste si fija la demanda máxima del mes. La guía de líneas base compara los métodos y los datos necesarios, y la guía de reducción de picos trata ese mismo rebote ante picos tarifarios.

Es habitual entregar solo una parte del evento. Si el límite del producto lo termina tras 30 minutos, los dos últimos intervalos muestran muy poca reducción y la entrega media baja a cerca del 55 %. El DFS no aplica penalización entre el 50 % y el 120 % del volumen aceptado. Reduce el pago entre el 25 % y el 50 %, y no paga nada por debajo del 25 %. Una instalación que declara su duración real gana más que otra que declara el mejor caso posible.

Lista de puesta en servicio

Los servicios de frecuencia como Dynamic Containment exigen una prueba de rendimiento antes de que una unidad participe, y los programas de energía pueden convocar eventos de prueba. Compruebe lo siguiente antes de la primera prueba o evento real:

Cómo ayuda EpiSensor a la respuesta de demanda

EpiSensor proporciona la medición y el control local en la instalación. Los monitores eléctricos ZEM miden el punto de conexión y los circuitos flexibles. Cada ZEM se calibra con sus sensores de corriente antes del envío, por lo que la clase 0.5S describe el contador y sus TC juntos. El controlador de respuesta de demanda ZDR mide con la misma clase y responde a una subfrecuencia en 100 ms. ZDR-20 y ZDR-21 conmutan una carga mediante relé, mientras que ZDR-22 envía una consigna a una batería o un SAI por Modbus. ZDR-21 y ZDR-22 añaden hora GPS y registros de eventos de 20 ms.

La Gateway ejecuta Edge en la instalación. Edge almacena las lecturas localmente y las reenvía por MQTTS o HTTPS cuando hay enlace. Las automatizaciones de Edge hacen cumplir las condiciones de parada locales, como un límite de temperatura del producto. Una automatización temporizada guarda su acción de finalización antes de empezar, para que las cargas vuelvan a tiempo tras una pérdida del enlace o un reinicio. El agregador envía órdenes a través de la API autenticada de comandos de Edge o de un tema MQTTS acordado. El modelo de comandos se pacta en cada proyecto. El servidor Modbus TCP de Edge puede entregar lecturas a un controlador de la instalación, pero no acepta órdenes de control.

La página de respuesta de demanda y centrales virtuales muestra la arquitectura completa. En Alemania, las bombas de calor, cargadores de pared y baterías controlables también están sujetos al artículo 14a de la EnWG, con sus propias reglas de control.