The coordination between TSO and DSO in the context of energy transition - A review

Este artículo revisa los esquemas de coordinación entre operadores de sistemas de transmisión y distribución para integrar recursos energéticos distribuidos y gestionar la flexibilidad durante la transición energética, analizando sus clasificaciones, desafíos y eficacia para mantener el equilibrio del sistema y evitar congestiones.

Lo esencial

Imagina que el sistema eléctrico de un país es como una gigantesca red de carreteras y autopistas que alimenta nuestras casas y ciudades.

Para entender este artículo, primero debemos conocer a los dos "policías de tráfico" principales:

1. El TSO (Operador del Sistema de Transmisión): Es el encargado de las autopistas principales (alta tensión). Su trabajo es asegurar que la electricidad viaje largas distancias sin caerse y que el equilibrio entre lo que se produce y lo que se consume se mantenga en todo el país.
2. El DSO (Operador del Sistema de Distribución): Es el encargado de las calles locales y avenidas (baja y media tensión). Su trabajo es asegurar que la electricidad llegue a tu casa, a la tienda de la esquina y a las fábricas del barrio sin que se produzcan atascos (congestión) en las calles pequeñas.

El Problema: El Tráfico Caótico de las Energías Renovables

Antes, la electricidad venía de grandes fábricas (centrales) que estaban en las autopistas. Todo era predecible. Pero ahora, gracias a la transición energética, tenemos millones de pequeños generadores: paneles solares en los tejados, pequeños molinos de viento en granjas y baterías en garajes. Todos estos están conectados a las calles locales (la red del DSO).

Esto es como si de repente, en lugar de solo camiones grandes en la autopista, tuvieras miles de bicicletas, patinetes y coches pequeños entrando y saliendo de las calles residenciales.

• El desafío: A veces, hay tanta gente produciendo energía en un barrio que las calles locales se saturan (congestión). Otras veces, el país necesita energía urgente para mantener el equilibrio, pero el TSO no sabe cómo pedir ayuda a esos miles de pequeños generadores sin causar un caos en las calles locales.

La Solución: ¡Que los Policías Hablen entre Sí!

El artículo explica que el TSO y el DSO necesitan coordinarse urgentemente. Antes, trabajaban en silos separados (como dos policías que no se hablan por radio). Ahora, deben coordinarse para usar la "flexibilidad" de estos pequeños generadores.

¿Qué es la "flexibilidad"?
Imagina que la flexibilidad es como un amortiguador o un resorte.

• Si hay demasiada energía en el barrio, el DSO puede pedir a los paneles solares que "bajen un poco la producción" (como apretar un freno).
• Si falta energía en el país, el TSO puede pedir a las baterías que "suelten energía" (como acelerar).

El problema es que si el TSO pide acelerar a todos los coches de un barrio al mismo tiempo, podría romper el asfalto de las calles locales (congestión). Por eso, necesitan un plan conjunto.

Las Estrategias de Coordinación (Los Métodos de Juego)

El artículo revisa varias formas en que estos dos operadores podrían trabajar juntos, como diferentes reglas para un partido de fútbol:

1. El Método Centralizado (El Árbitro Único): El TSO toma el control total y le dice a todos los generadores (grandes y pequeños) qué hacer.
   • Pros: Es simple de gestionar desde arriba.
   • Contras: El TSO no conoce bien las calles locales. Podría pedir algo que rompa una tubería en un barrio porque no tiene los planos de esa calle. Además, es computacionalmente muy pesado (como intentar controlar cada coche del país desde una sola torre).
2. El Método Descentralizado (Cada uno en su barrio): El DSO gestiona a sus vecinos y el TSO a sus autopistas. Solo se comunican si hay un problema grave.
   • Pros: El DSO conoce su territorio mejor.
   • Contras: Pueden surgir conflictos. El TSO podría necesitar energía de un barrio, pero el DSO la está usando para evitar un atasco local.
3. El Mercado Común (El Gran Mercado de Trueque): Esta es la idea más prometedora. Se crea un mercado donde el TSO, el DSO y los dueños de los paneles solares (o sus intermediarios) pueden negociar.
   • Cómo funciona: Imagina una subasta. El TSO y el DSO ponen sus necesidades en una mesa. Los generadores ofrecen su energía o su capacidad de reducir consumo. El sistema elige la opción más barata y segura para todo el sistema, asegurándose de que al pedir energía a un barrio, no se rompa la calle de ese barrio.

El Ejemplo Práctico: El Caso de los Países Bajos

El artículo propone un modelo híbrido para los Países Bajos, que funciona como un proceso de "inspección previa":

1. Pre-calificación (El examen de conducir): Antes de que un generador (como un parque solar) pueda vender energía al TSO, el DSO debe revisar si su conexión a la red local es segura. Es como si el DSO diera el "sello de aprobación" para que ese coche pueda entrar a la autopista.
2. La Oferta (La subasta): Cuando el TSO necesita energía, hace una oferta. Pero antes de aceptarla, consulta al DSO: "¿Si activamos estos 20 MW en este barrio, se romperá la calle?".
3. El Ajuste (El semáforo inteligente): Si el DSO dice "Sí, hay riesgo de atasco", ajusta el límite (por ejemplo, de 20 MW a 15 MW) y se lo dice al TSO. Así, el TSO solo activa lo que es seguro.

¿Qué pasa si no hay coordinación?
Imagina que el TSO pide energía a un barrio y el DSO, al mismo tiempo, pide a ese mismo barrio que reduzca consumo para evitar un atasco. ¡Es como pedirle a un conductor que acelere y frene al mismo tiempo! Esto causa inestabilidad y desperdicio de dinero.

Conclusión: El Futuro es la Colaboración

El mensaje final del artículo es claro: Para lograr un mundo sin carbono (sin combustibles fósiles), no basta con poner más paneles solares. Necesitamos que los "policías de tráfico" (TSO y DSO) dejen de trabajar solos y empiecen a colaborar.

• Deben compartir datos en tiempo real.
• Deben crear mercados donde todos (grandes y pequeños) puedan competir de forma justa.
• El DSO debe tener un papel más activo, no solo como un "tuberista" local, sino como un gestor clave de la energía.

En resumen, la transición energética es como pasar de conducir un solo camión gigante a gestionar un tráfico masivo de millones de vehículos pequeños. Solo con una coordinación perfecta entre los diferentes niveles de la red, lograremos que todos lleguen a su destino sin accidentes y sin atascos.

Resumen técnico

Resumen Técnico: Coordinación entre Operadores del Sistema de Transmisión (TSO) y Distribución (DSO) en la Transición Energética

1. El Problema

La transición energética global hacia fuentes renovables ha incrementado masivamente la penetración de Recursos de Energía Distribuida (DERs) en las redes de distribución. Sin embargo, los Operadores del Sistema de Transmisión (TSO) y los Operadores del Sistema de Distribución (DSO) gestionan sus redes de forma aislada, lo que genera desafíos críticos:

• Gestión de la Flexibilidad: Existe una necesidad urgente de utilizar la flexibilidad de los DERs para mantener el equilibrio del sistema y gestionar la congestión, pero la falta de coordinación impide un uso óptimo de estos recursos.
• Riesgos de Operación: La activación no coordinada de servicios de flexibilidad puede provocar congestiones en la red de distribución o desequilibrios en la red de transmisión, comprometiendo la seguridad del sistema.
• Barreras Técnicas y de Mercado: La infraestructura de comunicación (TIC) es insuficiente, los pequeños clientes no pueden participar directamente en el mercado y los DSOs carecen de mecanismos para acceder a la flexibilidad dentro de sus redes locales.
• Falta de Estándares: Existe una carencia de soluciones de comunicación estandarizadas y enfoques universales para la gestión de redes que integren eficazmente las responsabilidades de TSO y DSO.

2. Metodología

El estudio emplea una metodología de revisión sistemática de la literatura combinada con un análisis comparativo y la propuesta de un modelo de caso práctico:

• Revisión Bibliográfica: Se analizaron artículos de revistas internacionales (ScienceDirect, IEEE Xplore), informes de organizaciones (ENTSO-E, IRENA, MIT) y proyectos piloto europeos (SmartNet, CoordiNet, INTERRFACE, GOPACS).
• Clasificación de Esquemas: Se identificaron y categorizaron los esquemas de coordinación (CS) existentes basándose en el diseño del mercado, los procedimientos operativos y el intercambio de datos (modelos centralizados vs. descentralizados).
• Análisis Comparativo: Se evaluaron las ventajas, desventajas y el rol del DSO en seis esquemas principales de coordinación.
• Propuesta de Caso de Estudio: Se desarrolló un diagrama de secuencia y un escenario hipotético para el mercado de balance en Países Bajos, proponiendo un modelo híbrido de gestión TSO-DSO para el mercado de balance (aFRR y mFRR).

3. Contribuciones Clave

El artículo aporta los siguientes elementos técnicos y conceptuales:

• Taxonomía de Esquemas de Coordinación: Se presenta una clasificación detallada de seis modelos, incluyendo:
  1. Modelo gestionado por TSO (Centralizado).
  2. Modelo gestionado por DSO (Mercado Local).
  3. Modelo de responsabilidad compartida (Mercado Fragmentado).
  4. Modelo híbrido TSO-DSO (Mercado Multinivel).
  5. Mercado común TSO-DSO.
  6. Mercado de flexibilidad integrado.
• Análisis de Intercambio de Datos: Se define la necesidad crítica de intercambiar no solo datos de flujo de potencia y pronósticos, sino también información de precios, programación y activación de servicios para evitar interferencias entre la gestión de congestión y el balanceo.
• Propuesta de Modelo Híbrido para Países Bajos: Se introduce un esquema donde el TSO y los DSO colaboran en la precalificación de activos y en la validación de ofertas antes de la activación. Esto incluye un flujo donde el DSO verifica las restricciones de su red antes de que el TSO acepte una oferta en la lista de mérito (Merit Order List).
• Identificación de Brechas: Se destaca que, aunque la mayoría de la investigación se centra en modelos descentralizados (>90%), la falta de pilotos físicos reales y la lentitud en la respuesta a comandos en tiempo real son obstáculos significativos.

4. Resultados y Hallazgos

• Eficacia de los Modelos Descentralizados: La literatura y los pilotos (como en Dinamarca y Suecia) indican que los modelos descentralizados o híbridos son más viables que los centralizados, ya que reducen la carga computacional del TSO y respetan las restricciones locales de la red de distribución.
• Beneficios de la Coordinación:
  • Reducción de Costos: La coordinación permite optimizar los costos operativos totales y diferir inversiones en refuerzos de red.
  • Seguridad del Sistema: La validación conjunta de ofertas evita que la activación de flexibilidad por parte del TSO cause congestión en la red de distribución (ej. activaciones en direcciones opuestas).
  • Acceso a Recursos: Permite a los TSOs acceder a la flexibilidad de los DERs sin violar las restricciones de la red de distribución.
• Limitaciones Detectadas:
  • Los modelos centralizados enfrentan desafíos computacionales masivos y requieren infraestructura de comunicación compleja.
  • Los modelos fragmentados pueden limitar el acceso del TSO a los recursos de los DERs.
  • Existe una brecha entre la simulación teórica y la implementación física real, donde la latencia en la comunicación sigue siendo un problema.
• Caso de Estudio (Países Bajos): La simulación muestra que, sin coordinación, la activación de una oferta de 20 MW podría causar congestión. Con el esquema propuesto (validación de límites por parte del DSO antes de la oferta), la congestión se evita y el TSO puede utilizar la flexibilidad de manera segura hasta un límite actualizado (ej. 15 MW).

5. Significado e Impacto

Este trabajo es fundamental para la evolución de los sistemas eléctricos hacia la descarbonización:

• Marco para la Transición: Proporciona una hoja de ruta para que los operadores de red (TSO/DSO) transformen los desafíos de la integración de renovables en oportunidades de mercado.
• Diseño de Mercados: Sugiere que la creación de un mercado común de flexibilidad, donde TSO, DSO y terceros (agregadores) interactúen bajo reglas claras, es la vía más prometedora para maximizar el bienestar social y minimizar costos.
• Rol Activo del DSO: Refuerza la necesidad de que los DSOs asuman un rol más proactivo en la gestión de su red local y en la validación técnica de activos, pasando de ser meros gestores de distribución a actores clave en el mercado de balance.
• Seguridad y Estándares: Subraya la urgencia de desarrollar estándares internacionales de seguridad de datos y protocolos de comunicación comunes para facilitar el intercambio de información en tiempo real y near-real-time.

En conclusión, el artículo demuestra que la coordinación efectiva entre TSO y DSO no es opcional, sino un requisito técnico indispensable para garantizar la seguridad, fiabilidad y eficiencia económica de las redes eléctricas del futuro.