15.6 Discusión

Autosuficiencia El sistema energético propuesto para el concepto Smarthood es capaz de lograr una independencia casi total de la red mediante el uso de la flexibilidad proporcionada por los diversos componentes del sistema. El sistema aquapónico, especialmente, tiene una

Tabla 15.4 Demanda flexible del sistema aquapónico

tabla tead tr class=“encabezado» th Componente /th th Orden de magnitud /th th Flexibilidad /th /tr /thead tbody tr class=“impar» td rowspan=3 Bombas /td td 0.05—0.15 kWSube/Sub MSUP3/SUP /td td rowspan=3 No todas las bombas tienen que funcionar continuamente. Los procesos principales (control de oxígeno, control de amoníaco, control COSub2/sub, intercambio de tanques, control de sólidos suspendidos) deben funcionar continuamente. Los procesos más pequeños, como la dosificación del tampón de pH, las rutinas de lavado, los intercambios de agua o la oxigenación de respaldo, no tienen que funcionar continuamente /td /tr tr class=“incluso» td 1—3 KWSube/Sub /td /tr tr class=“incluso» td 8,76—28,26 MWSube/subaño /td /tr tr class=“impar» td rowspan=2 Iluminación /td td 80—150 W/mSUP2/SUP /td td rowspan=2 Las plantas necesitan ~4—6 h de oscuridad, el resto del día pueden ser iluminadas artificialmente. Esto deja aprox. 0 (verano) a 12 (invierno) horas de iluminación adicional flexible /td /tr tr class=“incluso» td Con un factor de capacidad de 10 a 20%, esto lleva a 28—105 MWSUBE/Sub/Año KWSUBE/SUB /td /tr tr class=“impar» td rowspan=2 Calefacción de espacios (suelo radiante) y calefacción de tanques de acuicultura /td td 444 KWSubth/Sub/MSUP2/SUP/año /td td rowspan=2 Debido a la alta masa térmica del piso de concreto y al gran volumen de agua en el tanque RAS, la carga de calor es extremadamente flexible /td /tr tr class=“impar» td 177,8 MWHsubth/sub/año /td /tr tr class=“incluso» td rowspan=2 Unidad de destilación /td td 50 KWsubth/Sub MWHSUBE/Sub/año /td td rowspan=2 La unidad de destilación funciona con agua caliente (70—90° C) y puede funcionar con un grado significativo de flexibilidad (MemSys 2017) /td /tr tr class=“impar» td 166,4 MWHsubth/sub/año /td /tr /tbody /tabla

efecto en la flexibilidad general del sistema. Con un 95,38% de autosuficiencia energética, este sistema funciona mejor que cualquier otro sistema económicamente viable evaluado en investigaciones anteriores (de Graaf 2018).

Arquitectura de control Facilitar una economía energética local descentralizada, como la propuesta en el concepto Smarthoods, requiere una plataforma que realice un seguimiento de todas las transacciones peer-to-peer que ocurren dentro del vecindario. La red peer-to-peer correspondiente se puede clasificar como un sistema multiagente (MAS), en el que múltiples nodos (por ejemplo, hogares o edificios de servicios públicos) funcionan como agentes independientes con su propio objetivo (por ejemplo, minimizar el coste o maximizar el ahorro de energía) y el correspondiente proceso de toma de decisiones. Este enfoque descentralizado y multiagente de toma de decisiones es necesario debido a la complejidad del sistema. Simplemente hay demasiada información y demasiadas variables para el cálculo de una arquitectura de control jerárquica, vertical y centralizada.

Blockchain Una arquitectura de control de sistema multi-agente basada en blockchain podría proporcionar potencialmente el marco necesario para acomodar una red peerto-peer descentralizada. Un gran número de nodos distribuidos garantizan la estabilidad y la seguridad de la red, y se puede utilizar una alternativa a la minería: acuñar. Con la acuñación, los tokens/monedas se generan en base a los datos proporcionados por un dispositivo del mundo real, como un medidor de energía inteligente. Siempre que se pueda confiar en estas fuentes de información, es decir, que estos dispositivos puedan estar a prueba de manipulaciones, se puede crear un libro mayor seguro e independiente en el que varias partes interesadas puedan intercambiar bienes (por ejemplo, electricidad) y servicios (por ejemplo, gestión de la demanda). Utilizando contratos inteligentes, servicios complejos como el comercio de flexibilidad pueden programarse en la arquitectura de control del sistema.

Internet of Things Los componentes constitutivos del sistema Smarthood, tales como bombas de calor, iluminación de invernadero o UASB, pueden controlarse mediante sensores y actuadores conectados a Internet, conocidos como Internet de las Cosas. Una red de sensores IoT permite la adquisición amplia de datos, que van desde la concentración de nutrientes de los tanques de peces hasta, por ejemplo, ciclos de carga de baterías, todo en función del tiempo. Estos datos pueden utilizarse para verificar el modelo numérico y optimizar el control dinámico del sistema.

_Inteligencia Artificial _ La optimización del control del sistema Smarthood se puede realizar mediante el análisis de los datos utilizando algoritmos de inteligencia artificial, como programación genética (algoritmos evolutivos) o aprendizaje de refuerzo automático. Con el aprendizaje de refuerzo automático, por ejemplo, un conjunto de acciones y su influencia en el entorno se pasan al algoritmo como argumentos de entrada, junto con el estado actual del sistema y una función objetivo/costo acumulativo. En cada hogar se puede implementar un proceso heurístico de toma de decisiones que mejore progresivamente y se adapte dinámicamente a las situaciones para encontrar un programa de toma de decisiones casi óptimo que gestione los flujos de energía dentro de la casa y del Smarthood. Cada casa puede ejecutar un algoritmo de este tipo, y como resultado, se puede crear una arquitectura de sistema de control multinodal, conocida como sistema multiagente (MAS), que es relativamente económica computacionalmente (en comparación con el control centralizado) —- y cercana a la óptima.

Barreras legales La naturaleza altamente innovadora de varios aspectos del concepto Smarthood, tales como la microred de poligeneración, el sistema aquapónico multi-bucle y los requisitos de planificación urbana poco convencionales, trae consigo un conjunto único de desafíos que hay que superar. Para muchos de estos desafíos, el marco normativo actual es insuficiente para dar cabida a los desarrollos propuestos en el concepto de Smarthoods.

Microgrids, por ejemplo, funciona mejor cuando hay un mercado local en el que varios prosumers (consumidores que producen energía simultáneamente) pueden participar en el comercio de energía peer-to-peer sin fricción en un mercado libre. Las fuerzas del mercado trabajarán entonces para crear un mercado local de energía en el que el precio de la energía fluctúe como resultado de la oferta y la demanda locales. En consecuencia, esta fluctuación de precios incentivará soluciones energéticas inteligentes como el almacenamiento de energía, la gestión de la demanda o la generación flexible de energía. En la mayoría de los países de la UE, un mercado local libre es actualmente imposible debido a las regulaciones; hay que pagar impuestos por cada kWh que pasa por el medidor de electricidad, el precio de la electricidad para los consumidores es fijo y no se permite a los prosumidores participar en el mercado energético sin la intervención de un tercero llamado aggregator. Con el aumento previsto en el desarrollo de proyectos de microredes, los reguladores tendrán que encontrar formas de facilitar los mercados energéticos locales a fin de aprovechar todo el potencial de las microredes altamente integradas (véase el ejemplo 15.2).

Ejemplo 15.2

Un avance reciente dentro del marco regulador en los Países Bajos es la introducción de la experimenteerregeling, una ley experimental que permite a un pequeño número de proyectos cuidadosamente seleccionados (como de Ceuvel, ejemplo Z.1) permitir que las cooperativas de energía se conviertan en su propio operador de red de distribución, como si estuvieran detrás de una conexión de un metro. Esta ley es indicativa de que los organismos reguladores neerlandeses tienen conciencia de las barreras jurídicas mencionadas anteriormente y, por lo tanto, muy probablemente conduzca a que la actual legislación sobre electricidad se revise en un futuro próximo para adaptarse mejor a la evolución de las microredes.

También existen algunos obstáculos legales en la mayoría de los países de la UE con respecto a la reutilización del agua negra tratada para la producción de peces y plantas, ya que hay que garantizar la eliminación total de los agentes patógenos humanos. Puede encontrarse más información sobre el marco jurídico de la acuapónica en Cap. 20.