Pathways to Commercial Liftoff: Virtual Power Plants 

Pathways to Commercial Liftoff: Virtual Power Plants

Las plantas de energía virtual (VPPs) son agregaciones de recursos energéticos distribuidos (DERs), como paneles solares en techos con baterías, vehículos eléctricos, termostatos inteligentes y cargas flexibles comerciales e industriales, que pueden equilibrar la demanda y el suministro de electricidad, proporcionando servicios a la red similares a las plantas de energía tradicionales. Con la creciente demanda de electricidad y el retiro de activos fósiles, el despliegue de 80-160 GW de VPPs para 2030 podría apoyar la rápida electrificación y reducir los costos de la red en comparación con la construcción de nuevas plantas pico. Actualmente, existen 30-60 GW de capacidad de VPP, principalmente en programas de respuesta a la demanda. Sin embargo, las VPPs tienen el potencial para aplicaciones más amplias como el arbitraje energético y los servicios auxiliares. Lograr el despegue de las VPPs para 2030 requiere expandir la adopción de DERs con beneficios equitativos, simplificar la inscripción, aumentar la estandarización, integrar las VPPs en la planificación y los incentivos de las empresas de servicios públicos, y permitir la participación en los mercados mayoristas. Abordar estos desafíos mediante acciones coordinadas de los interesados podría desbloquear el potencial de las VPPs para proporcionar flexibilidad a la red de manera rentable y apoyar un sistema eléctrico limpio, confiable y asequible. Del mismo modo, las VPPs son una solución rentable y flexible para satisfacer la demanda máxima de energía, mejorar la confiabilidad y la resiliencia de la red, apoyar los esfuerzos de descarbonización y aliviar las restricciones de la infraestructura de transmisión y distribución. Las VPPs agregan DERs como termostatos inteligentes, cargadores de vehículos eléctricos y baterías detrás del medidor para proporcionar servicios a la red. En comparación con las plantas pico tradicionales y las baterías a escala de utilidad, las VPPs ofrecen menores costos netos y reducen los costos de transmisión y distribución al disminuir la demanda máxima. Estudios en varios estados han demostrado el potencial de las VPPs para reducir significativamente los costos de inversión en la red y proporcionar ahorros a los clientes. Además, las VPPs pueden aumentar la resiliencia a través de su huella geográficamente diversa, múltiples activos de almacenamiento y la capacidad de crear microrredes, y pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y la contaminación del aire al cambiar la demanda a fuentes más limpias y reducir el recorte de la generación renovable.

Las VPPs representan una innovadora solución en el mercado eléctrico de los EE.UU. al coordinar DERs, como paneles solares, baterías y termostatos inteligentes, para proporcionar servicios a la red. En mercados de electricidad reestructurados, las VPPs pueden participar tanto en mercados mayoristas operados por los Operadores del Sistema Independiente (ISOs) o los Operadores de Transmisión Regional (RTOs), como en mercados minoristas mediante contratos bilaterales con las empresas de servicios públicos. La Orden 2222 de la FERC exige que los ISOs y RTOs permitan la participación de VPPs en los mercados mayoristas, lo que facilita su integración y promueve la adopción de DERs eficientes en términos energéticos. Modelos de participación de mercado muestran que en 2023, aproximadamente el 60% de los ingresos de las empresas de VPP provinieron de empresas de servicios públicos con inversores, el 15% de los mercados mayoristas y el 25% de cooperativas y agregadores comunitarios. Políticas y mecanismos regulatorios favorables en estados como California, Texas y Nueva York, permiten que las VPPs vendan servicios a empresas de servicios públicos o participen en mercados mayoristas.Las plantas de energía virtuales no solo se limitan a reducir la demanda máxima, sino que también pueden disminuir la demanda energética base mediante la eficiencia energética y recursos de demanda flexible que optimizan el uso de energías renovables. Las VPPs tienen la capacidad de gestionar un 10-20% de la demanda máxima para 2030, evitando gastos anuales de más de 10 mil millones de dólares en nuevas infraestructuras eléctricas y plantas de energía, y redirigiendo esos fondos hacia los propietarios y operadores de DERs. No obstante, para que las VPPs despeguen, es necesario avanzar en cinco aspectos clave: expandir la adopción equitativa de DERs, simplificar el proceso de inscripción, incrementar la estandarización en las operaciones, integrar las VPPs en la planificación y los incentivos de las empresas de servicios públicos, y facilitar su participación en mercados mayoristas conforme a la Orden 2222 de la FERC. Las inversiones esperadas en DERs entre 2025 y 2030 ascienden a aproximadamente 290-505 mil millones de dólares anuales en vehículos eléctricos y 50-105 mil millones en otros DERs, subrayando la importancia de apoyar financieramente a las comunidades desfavorecidas para capturar todo el valor de las VPPs. Las VPPs pueden impulsar la justicia energética y ambiental, aumentando la asequibilidad y la fiabilidad del servicio eléctrico, y reduciendo las emisiones de las plantas pico ubicadas cerca de estas comunidades, siempre considerando las limitaciones de infraestructura de la red desde el inicio del desarrollo del proyecto para asegurar una implementación equitativa.

En otro sentido, la adopción y expansión de las VPPs, enfrenta diferentes desafíos que requieren soluciones y acciones coordinadas por múltiples actores, incluyendo empresas de servicios públicos, reguladores, legisladores, y fabricantes de recursos energéticos distribuidos (DER). Uno de los aspectos fundamentales es promover una distribución equitativa de los beneficios de las VPP, tales como ahorros en costos de red, creación de empleo, mejora de la resiliencia y fiabilidad, y mejoras en la calidad del aire, con un enfoque particular en comunidades desfavorecidas. Para lograr esto, es esencial simplificar el proceso de inscripción en las VPP mediante la educación del consumidor, habilitando inscripciones automáticas en el momento de compra de DER con opciones de exclusión, y estableciendo estándares o requisitos para que los fabricantes de DER incluyan características de conectividad de red y APIs de código abierto. Asimismo, aumentar la estandarización en las operaciones de las VPP es decisivo para abordar las preocupaciones de las empresas de servicios públicos sobre la previsibilidad y la medición del desempeño, lo que puede lograrse mediante la estandarización de las operaciones del sistema de distribución, incluyendo la gobernanza, la medición y comunicación de datos, la interconexión y certificación de DER, y los protocolos de ciberseguridad, reduciendo así los costos de transacción y los tiempos de configuración de las VPP en diferentes geografías. Adicionalmente, la integración de las VPP en los mercados minoristas y mayoristas de electricidad enfrenta retos significativos, como la percepción de imprevisibilidad debido a los métodos variables de pronóstico y medición de desempeño, la falta de estándares consistentes para las tecnologías subyacentes y las prácticas inadecuadas de ciberseguridad. Las soluciones propuestas incluyen el desarrollo de herramientas de modelado y pronóstico de desempeño de DER y VPP de código abierto con conjuntos de datos estandarizados, el establecimiento de acuerdos de servicio estándar para VPP con garantías de desempeño, la alineación de estándares de fiabilidad del sistema de distribución y códigos de red, la reducción de los estándares de interconexión de DER y tecnología/datos, y la diseminación de medidas básicas de ciberseguridad para VPP a nivel de distribución. La coordinación y estandarización entre reguladores, empresas de servicios públicos, operadores de red y líderes de la industria de VPP es esencial para superar estos desafíos y facilitar la integración de las VPP, contribuyendo así a un sistema energético más robusto y equitativo.

 

Por otra parte, las VPPs representan una herramienta clave para optimizar y gestionar los DERs en el sector eléctrico. Estas plantas tienen la capacidad de ofrecer una amplia gama de servicios a la red al aglutinar DERs como generación distribuida, almacenamiento de energía y cargas flexibles. Al agregar estos recursos, las VPP pueden proporcionar diversos servicios a la red eléctrica, incluyendo suministro de energía, soporte de potencia reactiva y voltaje, respuesta de frecuencia, reservas operativas, capacidad de arranque en negro y resiliencia. Los DER dentro de una VPP pueden participar en servicios del sistema de potencia a gran escala, como energía, reservas reguladoras, respuesta de frecuencia (inercial, primaria, secundaria, terciaria), reservas operativas (giratorias, no giratorias, terciarias), soporte de potencia reactiva y voltaje, rampas, desbalance de energía, arranque en negro y capacidad de transmisión. A nivel de distribución, pueden ofrecer control de voltaje-potencia reactiva, calidad de la energía, resiliencia y suministro de energía. Detrás del medidor, los DER pueden brindar servicios de suministro de energía, control de voltaje-potencia reactiva, calidad de la energía y resiliencia. Los flujos de ingresos para los propietarios y operadores de VPP provienen de proporcionar estos servicios a la red, mientras que los costos incluyen la adquisición/instalación de activos DER, operaciones y mantenimiento, adquisición y gestión de clientes, y un factor de sobre- inscripción para compensar los DER no disponibles durante el despacho. Asimismo, las VPPs que controlan recursos energéticos distribuidos como termostatos inteligentes, vehículos eléctricos y calentadores de agua, pueden generar ingresos significativos a través de la venta de energía y capacidad, así como de servicios auxiliares, costos de infraestructura diferidos y costos evitados de carbono. Por ejemplo, una VPP hipotética con 100,000 termostatos inteligentes podría incurrir en costos iniciales de integración de sistemas, costos anuales de software y administración, y costos de adquisición e incentivos para los clientes, totalizando aproximadamente $9.4 millones anuales. Los ingresos potenciales podrían oscilar entre $8.4 y $10.4 millones anuales, con un valor adicional proveniente de servicios auxiliares y ahorro de costos de infraestructura y energía. A nivel nacional, se estima que la demanda flexible rentable podría alcanzar los 180 GW para 2030, proporcionando ahorros anuales en la red de casi $13 mil millones. Estos ahorros derivarían principalmente de la generación evitada, los costos de capacidad de transmisión y distribución, los ahorros en costos de energía y los servicios auxiliares. Herramientas de modelado desarrolladas por laboratorios nacionales como NREL y Lawrence Berkeley National Laboratory son esenciales para apoyar la implementación de VPP, facilitando la planificación de inversiones en DER, la gestión en tiempo real de operaciones de DER y el análisis de los impactos de DER en la red de distribución. En resumen, las VPP no solo mejoran la confiabilidad y resiliencia de la red, sino que también optimizan la operación y despliegue de DER, apoyando la transición hacia un sistema eléctrico más sostenible, resiliente y eficiente.

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