[EN] The electric power industry is being shaken by a new idea that is taking shape: smart grids. Three aspects are considered keys to reach smart grids: a) The structure of the network must meet the smart grid concept, i.e. it must be resistant to failures, e.g. causing the automatic separation of any broken element without affecting the operation of the other components; it must be flexible to allow the connection or disconnection of loads and distributed generators, it must maintain efficient operation under various load conditions, and so on. b) The network should open the possibilities of participation of large and small generators as well as users, enabling new business opportunities and active participation, so that "intelligent" generation or consumption may benefit. c) All participants must have easy access to the information needed to choose the best operating strategy in each case. In regard to the first condition (a) there are significant challenges to solve: network automation, optimal design, development of new protection and control equipment, etc. It will be necessary to develop equipment adapted to new problems and new needs that will be generated in these networks. Those items of equipment should be standardised, it will be necessary to define tests to take into account issues that currently are not usually needed, such as the presence of disturbances in voltage, or others. In this sense, marginally though, the research team in which the author works has collaborated with a laboratory for electrical testing, the Flex Power Grid Lab Research Infrastructure DNV KEMA in the Netherlands, in the definition and implementation of some tests, as described in Chapter 3. Smart grids. In the second aspect (b), deep social changes are needed and, above all, regulation changes are crucial. In any case, the first step is to know how the consumption of loads is, how can demand be modified, how can small generation (mainly renewable) and energy storage influence generation, and so on. Having accurate models that provide this information is a key factor for network agents to establish their best strategies. This dissertation discusses many aspects of energy demand and the problem of controlling several resources and agents in the system operation is addressed and Chapter 3. Smart grids shows the management and control software (in which the author has collaborated during the design and development stages) of a small smart grid that exists in LabDER laboratory at UPV, where various resources are integrated according to the needs of demand, energy prices, and so on. In the third condition (c) there are also major challenges to be solved, such as mass information management and the increasing volume of data traffic that it can involve. This dissertation proposes several algorithms to facilitate treatment of the available data to optimise the management of the resources in a smart grid or to make decisions about the participation in demand response programs, as shown in Chapter 8. Energy Management Systems for Smart Customers. / [ES] La industria eléctrica de potencia está siendo sacudida por una idea que va tomando forma: las smart grids. Tres aspectos pueden considerarse claves para llegar a las smart grids: a) La estructura de la red debe responder al concepto de red inteligente, es decir, ser resistente a fallos, por ejemplo provocando la separación automática de cualquier elemento averiado sin afectar al funcionamiento del resto de la red; ser flexible para permitir la conexión o desconexión de cargas y generadores distribuidos, mantener un funcionamiento eficiente bajo diversos estados de carga, etc. b) La red debe abrir las posibilidades de participación de grandes y pequeños generadores así como de los usuarios, permitiendo nuevas posibilidades de negocio y de participación activa, de manera que la generación o el consumo "inteligentes" se vean beneficiados. c) Todos los participantes deben tener acceso fácil a la información necesaria para poder elegir la mejor estrategia de funcionamiento en cada caso. En lo que respecta a la primera condición (a) hay importantes retos por resolver: automatización de la red, diseño óptimo, desarrollo de nuevas protecciones y equipos de control, etc. Será necesario desarrollar equipos adaptados a los nuevos problemas y nuevas necesidades que se generarán en estas redes. Esos equipos deberán ser normalizados, para lo cual será necesario definir ensayos que tengan en cuenta aspectos que actualmente no suelen ser necesarios, como la presencia de perturbaciones en la tensión, u otros. En este sentido, aunque de forma marginal, se ha colaborado con un laboratorio para ensayos eléctricos, la Flex Power Grid Lab Research Infrastructure del DNV KEMA en los Países Bajos, en la definición y realización de algunos ensayos, como se indica en el Capítulo 3. Smart grids. En el aspecto segundo (b), son necesarios profundos cambios sociales y, sobre todo, legislativos. En cualquier caso, el primer paso consiste en saber cómo es el consumo de los receptores, de qué manera puede variarse la demanda, qué influencia puede tener la pequeña generación (renovable principalmente) y el almacenamiento de energía, etc. Disponer de modelos precisos que proporcionen esta información es clave para que los actores de la red puedan establecer sus mejores estrategias. En la tesis se analizan muchos aspectos relacionados con la demanda de energía y se aborda el problema del control de la participación de diversos recursos y diversos agentes en el funcionamiento del sistema y en el Capítulo 3. Smart grids se muestra el software de gestión y control (en cuyo diseño y desarrollo se ha colaborado) de una pequeña smart grid que existe en el laboratorio LabDER de la UPV, donde se integran diversos recursos en función de las necesidades de la demanda, los precios de la energía, etc. En la tercera condición (c) hay, también, grandes retos por resolver, como la gestión masiva de información y el incremento en el volumen de tránsito de datos que puede representar. En la tesis se proponen diferentes algoritmos para facilitar el tratamiento de los datos disponibles a la hora de optimizar la gestión de los recursos de una smart grid o tomar decisiones de cara a participar en programas de respuesta de la demanda, tal como puede verse en el Capítulo 8. Sistemas de Gestión Energética para Smart Customers. / [CAT] La indústria elèctrica de potència està sent sacsada per una idea que va prenent forma: les smart grids. Tres aspectes poden considerar-se claus per a arribar a les smart grids: a) L'estructura de la xarxa ha de respondre al concepte de xarxa intel·ligent, és a dir, ser resistent a fallades, per exemple amb la separació automàtica de qualsevol element avariat sense afectar el funcionament de la resta de la xarxa; ser flexible per a permetre la connexió o desconnexió de càrregues i generadors distribuïts; mantindre un funcionament eficient davall diversos estats de càrrega, etc. b) La xarxa ha d'obrir les possibilitats de participació de grans i xicotets generadors així com dels usuaris. Així, ha de permetre noves possibilitats de negoci i de participació activa, de manera que la generació o el consum "intel·ligents" es vegen beneficiats. c) Tots els participants han de tindre accés fàcil a la informació necessària per a poder triar la millor estratègia de funcionament en cada cas. Pel que fa a la primera condició (a) hi ha importants reptes per resoldre: automatització de la xarxa, disseny òptim, desenrotllament de noves proteccions i equips de control, etc. Serà necessari desenrotllar equips adaptats als nous problemes i noves necessitats que es generaran en aquestes xarxes. Aqueixos equips hauran de ser normalitzats, per a la qual cosa serà necessari definir assajos que tinguen en compte aspectes que actualment no solen ser necessaris, com la presència de pertorbacions en la tensió, o altres. En aquest sentit, encara que de forma marginal, s'ha col·laborat amb un laboratori per a assajos elèctrics, la Flex Power Grid Lab Research Infrastructure del DNV KEMA en els Països Baixos, en la definició i realització d'alguns assajos, com s'indica en el Capítol 3. Smart grids. En l'aspecte segon (b), són necessaris profunds canvis socials i, sobretot, legislatius. En qualsevol cas, el primer pas consisteix a saber com és el consum dels receptors, de quina manera pot variar-se la demanda, quina influència pot tindre la xicoteta generació (renovable principalment) i l'emmagatzemament d'energia, etc. Disposar de models precisos que proporcionen aquesta informació és clau perquè els actors de la xarxa puguen establir les seues millors estratègies. En la tesi s'analitzen molts aspectes relacionats amb la demanda d'energia i s'aborda el problema del control de la participació de diversos recursos i diversos agents en el funcionament del sistema i en el Capítol 3. Smart grids es mostra el programari de gestió i control (en el disseny i desenrotllament del qual s'ha col·laborat) d'una xicoteta smart grid que existeix en el laboratori LabDER de la UPV, on s'integren diversos recursos en funció de les necessitats de la demanda, els preus de l'energia, etc. En la tercera condició (c) hi ha, també, grans reptes per resoldre, com ara la gestió massiva d'informació i l'increment en el volum de trànsit de dades que pot representar. En la tesi es proposen diferents algoritmes per a facilitar el tractament de les dades disponibles a l'hora d'optimitzar la gestió dels recursos d'una smart grid o prendre decisions de cara a participar en programes de resposta de la demanda, tal com pot veure's en el Capítol 8. Sistemes de Gestió Energètica per a Smart Customers. / Roldán Blay, C. (2016). Avances en Verificación y Medida de la Respuesta de la Demanda y Aplicación a su integración en Smart Grids [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/61302 / TESIS

En el marco de un mercado de la electricidad con precios cada vez más altos y donde la participación de fuentes renovables de generación está jugando un papel cada vez más importante, esta tesis supone un enfoque innovador hacia la participación de recursos de demanda en mercados de operación, prestando una atención especial a segmentos industriales como el sector alimentario con un consumo energético intensivo. En primer lugar, esta tesis describe detalladamente la situación actual de los programas de respuesta de la demanda que existen en diferentes partes del mundo. Este estudio permite concluir que los consumidores no han sido tenidos en cuenta suficientemente en la fase de diseño de los programas existentes, lo que ha provocado la infrautilización de recursos de demanda que, actualmente, permanecen sin explorar. Por otro lado, los consumidores no son conscientes del valor que su flexibilidad podría tener para el sistema eléctrico en su conjunto, ignorando que puedan existir otros agentes dispuestos a pagarles a cambio de reducir sus cargas en períodos determinados. Como resultado, esta tesis desarrolla una nueva metodología para explorar y valorar nuevos mecanismos de respuesta de la demanda donde el punto de vista de consumidores, operadores de red y cualquier otro agente interesado pueda ser tenido en cuenta. Esta metodología, basada en la evaluación y análisis detallado de los procesos, proporciona a los consumidores las herramientas adecuadas para evaluar su capacidad para reaccionar al precio de la electricidad, lo que permitiría al regulador poner en valor el beneficio social de dicha flexibilidad si pudiera ser utilizada en mercados de operación, ayudándole a definir los programas necesarios para utilizar de forma adecuada el potencial identificado por los consumidores. La metodología desarrollada en esta tesis ha sido aplicada satisfactoriamente al sub-segmento de la industria cárnica, por lo que varias fábricas pertenecientes a este segmento han sido estudiadas en detalle. En concreto, la factibilidad de las acciones propuestas ha sido probada y validada satisfactoriamente en una fábrica dedicada a la producción de jamón curado en España, en la que se han evaluado diferentes estrategias de flexibilidad. Finalmente, se ha realizado una evaluación económica de la rentabilidad de la aplicación de las acciones de flexibilidad propuestas tanto para el consumidor como para el sistema eléctrico en su conjunto, donde se han considerado los precios reales de los mercados de operación en España, aun cuando los consumidores no puedan participar realmente en dichos mercados en la actualidad. / Alcázar Ortega, M. (2011). Evaluation and Assessment of New Demand Response Products based on the use of Flexibility in Industrial Processes: Application to the Food Industry [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/10078 / Palancia

Los diferentes procesos de liberalización de los sistemas eléctricos en el ámbito internacional coinciden en la búsqueda de la optimización y eficiencia operativa, sin embargo, en muchos casos estos objetivos no se han cumplido. Dos causas importantes de estas ineficiencias son la aplicación de inadecuados mecanismos de subasta en los mercados diarios de energía y la reducida participación de la demanda en los procesos definitorios de precios. El trabajo desarrollado en la presente tesis se centra en el diseño de dos nuevas metodologías de subasta iterativas, aplicables a los mercados diarios de energía, que posibiliten una participación activa de la demanda en los procesos de casación, con la intención clara de que su participación no se limite a una respuesta en función del precio de mercado, si no que por el contrario, el precio de mercado sea función directa de su participación. Estas nuevas metodologías buscan incrementar la eficiencia general del mercado diario, disminuir la volatilidad de sus precios y disuadir a los agentes generadores de ejercer poder de mercado; y por consiguiente mejorar la eficiencia del sistema en su conjunto. Las nuevas metodologías iterativas desarrolladas en esta tesis son: Mecanismo de Subasta Uniforme Iterativa Mecanismo basado en el principio del subastador Walrasiano, donde el Operador de Mercado define a través de un proceso iterativo el precio de la energía en el mercado para cada periodo horario. Este mecanismo estimula una mayor revelación de costos y valoraciones en los agentes que participan en el mercado, logrando así incrementar la eficiencia económica general del mercado, mitiga además el efecto del poder de mercado por parte de las compañías generadoras. La validación de este mecanismo de subasta se realizó mediante un experimento económico a fin de captar realidades cognitivas entre los jugadores humanos y la institución de mercado analizada. / Valencia Salazar, I. (2011). Diseño e implementación de una metodología de subasta iterativa aplicada a mercados eléctricos competitivos [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/13258 / Palancia

La necesidad de fomentar el desarrollo de energías renovables forma parte de una estrategia política y comunitaria que debe tener en cuenta las materias relacionadas con el medio ambiente, crecimiento, competitividad y empleo, competencia, investigación, desarrollo tecnológico y demostración, así como en el ámbito de la política agraria y de desarrollo rural. Es por ello que, en las últimas décadas, se empezó a dar un papel importante a estas energías como alternativa energética a las fuentes tradicionales, poniendo latente la necesidad de la búsqueda de nuevas herramientas y técnicas que puedan dar respuesta a conceptos tan importantes como la planificación energética de un territorio. De este modo, se comenzó un proceso de integración de las energías renovables mediante diversas actuaciones políticas a nivel mundial (Protocolo de Kyoto), siendo necesario además llevar a cabo iniciativas energéticas locales. En este contexto, la utilización de la biomasa con fines energéticos ofrece múltiples ventajas con respecto a las fuentes de energía convencionales, así como en relación con otras fuentes de energía renovables, en particular unos costes relativamente bajos, una menor dependencia de las alteraciones climáticas a corto plazo, el fomento de las estructuras económicas regionales y la creación de fuentes de ingresos alternativas. Entre los principales beneficios destacaríamos reducir la dependencia de los combustibles fósiles, disminuir las emisiones de gases de efecto invernadero y estimular la actividad económica en zonas rurales (Comisión de las Comunidades Europeas 2005). En este trabajo se presentan diferentes metodologías y estrategias para impulsar el desarrollo del aprovechamiento de la biomasa procedente de residuos agrícolas y forestales, incluyendo los distintos y numerosos elementos implicados en la utilización de la biomasa como fuente energética: recursos disponibles y tipología, logística para su recogida y distribución, restricciones medioambientales y sociales, transporte, almacenamiento, costes, pre-tratamientos, demanda potencial, etc. / Perpiñá Castillo, C. (2012). Metodologías para la ubicación de plantas de biomasa mediante modelos de localización basados en programación lineal y evaluación multicriterio en el entorno de los Sistemas de Información Geográfica [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/14721 / Palancia

El desarrollo de esta tesis ha partido del estudio del esquema convencional de planificación de soluciones energéticas, encontrándose que corresponde a un esquema centralizado que ignora las necesidades energéticas de las zonas rurales, ya que su ejercicio no presta atención a los factores socio-económicos y medioambientales de las regiones. Lo que impacta negativamente cualquier proyecto de suministro energético y se aleja de el óptimo aprovechamiento de los recursos en la zona. Para dar respuesta a las necesidades del contexto actual en este tipo de zonas, se ha procedido a definir una metodología general que considera detalladamente los criterios, procedimientos y estategias necesarias para la planificación y operación óptima de los recursos energéticos en una zona aislada. Dada las características de las zonas aisladas, se recurrió al concepto de Microred, incluye generación, demanda y almacenamiento, gestionadas de manera avanzada. Se realizó una revisión de herramientas de soporte a la decisión en planificación energética aislada, existentes, dentro de las que se, seleccionó el software HOMER cuya lógica de simulación limita la complejidad, lo que permite un cálculo más ágil y práctico, haciéndolo uno de los más flexibles en cuanto a los sistemas que permite simular y optimizar. Se elaboró un procedimiento para explotar de manera eficiente la microred, que consiste en forzar las estrategias de control y operación a responder a la demanda, y adicionalmente identificar la demanda flexible para gestionarla, de manera complemente la operación eficiente del sistema. La metodología fue implementada en zonas que presentó la oportunidad de hacer un uso no convencional de la biomasa, mediante la utilización de la madera residual depositada por la desembocadura de un río en las costas, al realizar su encuentro con el mar. El estudio involucró la cuantificación, caracterización y cálculo del potencial energético de la biomasa, demostrando que este tipo de aplicación nove / Muñoz Maldonado, YA. (2012). Optimización de recursos energéticos en zonas aisladas mediante estrategias de suministro y consumo [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16010 / Palancia

En este trabajo de tesis doctoral, se realiza un estudio comparativo teórico y experimental entre dos tipos de tecnologías de gasificación de biomasa, determinando su viabilidad técnica, económica y ambiental para la producción de energía eléctrica en aplicaciones de baja potencia (inferiores a 100 kW). Los tipos de tecnologías seleccionadas están entre los de mayor interés en el campo de la gasificación de biomasa: lecho fijo downdraft y lecho fluido burbujeante. La mayoría de los resultados presentados en este trabajo, comparando las dos tecnologías, fueron obtenidos de manera experimental. Aunque más costosos, los experimentos proporcionan datos de diseño más fiables que los que se pueden obtener a través de la modelización o simulación, esto sin tener en cuenta que las reacciones que se llevan a cabo en el reactor son complejas y difíciles de modelar, sobretodo en la fase de conversión de sólido a gas, además, la mayoría de los modelos se enfocan en la producción y composición del gas sin tener en cuenta tanto la generación de alquitranes y residuos sólidos como su separación del gas, tan esenciales como el propio proceso de generación del gas. Todos estos hechos han obligado a centrar el estudio comparativo en la verificación experimental del comportamiento de ambos tipos de gasificadores, para lo cual se diseñó, construyó y puso en operación un prototipo con una potencia eléctrica del orden de 10 kW para cada una de las dos configuraciones a estudiar. También se aborda en el presente trabajo el problema de limpieza del gas y la separación de los residuos, especialmente alquitranes, generados en el proceso de gasificación. Para cada uno de los dos tipos de tecnologías estudiadas se ha definido y probado un tipo de sistema de limpieza de gases diferente, utilizando en ambos casos lavadores húmedos de gases y filtrado por medio de astillas, aunque con modos de operación diferentes. El estudio experimental permitió determinar la configuración óptima con la cual se obtiene un gas adecuado para ser quemado en un motor de combustión interna, éste es uno de los problemas más importantes a considerar en una planta de gasificación, debido al coste y el consumo de energía adicional que conllevan estos sistemas. En el aspecto de viabilidad económica se determinó, a partir de los gastos de construcción de los prototipos, que las plantas de generación de energía mediante la gasificación de biomasa con potencias inferiores a 50 kW no son económicamente rentables en España, salvo en condiciones muy restrictivas de bajo coste de la biomasa (inferior a 0,03 ¿/kg) y/o elevada subvención que permitiese un precio de venta superior a 0,2 ¿/kWh. Descartando la conexión a red de una planta de gasificación de baja potencia, se consideró su utilización en zonas no interconectadas, comparando los costes de generación de energía en dicha planta con los de las plantas que operan con gas natural o gasoil, se ha determinado que es más rentable la planta de gasificación, por lo tanto sería una alternativa para la generación de energía eléctrica en zonas rurales donde es costoso llevarla utilizando los métodos convencionales. / Vargas Salgado, CA. (2012). Estudio comparativo de la utilización de las tecnologías de gasificación Downdraft y lecho fluidizado burbujeante para la generación de energía eléctrica en aplicaciones de baja potencia [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16379 / Palancia

Introducción y objetivos: El estudio de las alteraciones de precios por fuera del equilibrio competitivo ha llevado a concluir que los mercados eléctricos actuales poseen fallos e imperfecciones originada spor diferentes causas que, teóricamente, podrían ser controladas mediante la participación activa de la demanda. El principal objetivo de esta tesis es demostrar experimentalmente, que la participación activa de la demanda eleva el autocontrol de los mercados mayoristas de electricidad y contribuye a mitigar las imperfecciones de los mercados, a la vez que abre nuevas posibilidades de gestión tecnológica-económica viable. La tesis introduce una novedosa metodología de evaluación de los mercados eléctricos reales, mediante la aplicación de la economía experimental, a través del desarrollo de modelos de conocimiento que se convierten en prototipo de prueba experimental del mercado eléctrico real en foco. Estos prototipos posibilitan, además de la evaluación histórica y detección de los fallos e imperfecciones de estos mercados; la predicción del comportamiento ante alternativas de introducción de la participación activa de la demanda en mercados concretos, lo cual es desarrollado mediante el diseño y ejecución de experimentos económicos. Esta metodología fue aplicada al estudio de la participación activa de la demanda en el Mercado de Producción de Energía Español, encontrando que la introducción en el mercado de agregadores independientes de la demanda con cargas interrumplibles en tiempo real, logra mitigar el poder de mercado de empresas holding integradas verticalmente (Generadores-distribuidoras) y con alta concentración de mercado, a la vez que se validó la utilización del prototipo de experimentación al corroborar la reproducción experimental de las condiciones de escasez-abundancia del mercado en evaluación. Estructura de la Tesis: Esta tesis está organizada de la siguiente manera, inicialmente se exponen las bases conceptuales y estado del arte de: a) los / Ramírez Escobar, CA. (2012). LOS PRECIOS DEL MERCADO MAYORISTA DE ELECTRICIDAD COMO EXPRESIÓN DE LA PARTICIPACIÓN ACTIVA DE LA DEMANDA: APLICACIÓN DE LA ECONOMÍA EXPERIMENTAL [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/16806 / Palancia

La biomasa leñosa como recurso material o bioenergético varía principalmente según especie, condiciones ambientales que influyen en su producción y dispersión en el territorio. La estimación de la disponibilidad y aptitud de este recurso es hoy en día crucial para el desarrollo sostenible del sector agroforestal y, en concreto, de la cadena de valor monte-industria-consumo. Debido a la dispersión de esta fuente de materia prima en el territorio y a los altos costes logísticos que ello implica, el desarrollo de sistemas de valor en base a la biomasa de origen forestal y/o agrícola pasa por el desarrollo de sistemas de gestión y valorización integral de estos recursos a nivel local, bien para aprovechamiento como materia prima para la industria del tablero o como fuente de bioenergía. Tomando en cuenta esta situación de partida, esta tesis tiene como principal objetivo desarrollar un análisis de valorización integral de la biomasa leñosa en condiciones mediterráneas a lo largo del gradiente altitudinal en el ejemplo territorial de la Comunidad Valenciana (España), integrando una especie forestal representativa (Quercus ilex L.), un cultivo energético de futuro (Paulownia spp.) y los tres cultivos leñosos agrícolas más importantes a nivel regional (Citrus sinensis, Olea europaea y Prunus amygdalus). Para alcanzar este objetivo, el trabajo de investigación se centra en la caracterización de las propiedades morfológicas, físicas, químicas y energéticas de la biomasa leñosa procedente del aprovechamiento de estas especies. En base a un muestreo representativo los resultados a obtener sirven para poder determinar de forma cuantitativa y cualitativa las aptitudes y limitaciones que estos tipos de biomasa presentan en el sector energético como biocombustible sólidos y en el sector de la industria del tablero como materia prima para tableros de partículas. / Fernández Puratich, HW. (2013). VALORIZACIÓN INTEGRAL DE LA BIOMASA LEÑOSA AGROFORESTAL A LO LARGO DEL GRADIENTE ALTITUDINAL EN CONDICIONES MEDITERRÁNEAS [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/19133 / TESIS

[ES] La demanda de energía en todo el planeta continúa incrementándose de manera acele-rada. Por otro lado, la electrificación de diferentes sectores ha hecho que la demanda de electricidad crezca a una tasa aún mayor. Las redes eléctricas han evolucionado tecnológicamente en muchos aspectos, uno de ellos se refiere a la disponibilidad de datos de la demanda en diferentes puntos y niveles de la red, como en redes de trans-misión, redes de distribución y en los grandes y pequeños consumidores. Estos datos suministrados por las nuevas redes eléctricas inteligentes constituyen información de partida esencial para la gestión y planificación de los sistemas eléctricos. Los datos proporcionados por los medidores inteligentes de las redes eléctricas no tienen ninguna utilidad si no se analizan adecuadamente. A más del procesamiento adecuado de esos datos, se requieren herramientas que permitan obtener información útil. Los sistemas de gestión de la demanda de energía asociados al reconocimiento de patrones actualmente se han estudiado de manera escasa. En esta área de estudio se han identificado algunas limitaciones. Por ejemplo, la caracterización de la demanda de electricidad mediante el reconocimiento de patrones no se ha utilizado para la identifi-cación y valoración de cambios en el consumo de energía y los sistemas de monitori-zación no identifican posibles causas de las anomalías detectadas en la demanda de energía eléctrica. La predicción de la demanda es también una herramienta eficaz en la gestión de los sistemas de suministro eléctrico. Actualmente, herramientas tales como las redes neu-ronales y el aprendizaje profundo son las preferidas para realizar esta labor. Sin em-bargo presentan algunos inconvenientes, tales como, la dificultad para cuantificar la incertidumbre, requieren un gasto computacional elevado y esfuerzo considerable para establecer la estructura de la red neuronal que proporcione resultados adecuados. Con base en las limitaciones detectadas, en esta tesis se propone una nueva metodolo-gía estadística para caracterizar el comportamiento de la demanda de energía de los consumidores y otros puntos de la red eléctrica mediante la identificación y obtención de patrones. La utilización de estos patrones permite valorar e identificar cambios en perfiles de carga de electricidad. Además, la valoración de los cambios en la demanda eléctrica permite asociar estos valores a posibles eventos en una instalación. Esta me-todología puede ser empleada para detectar anomalías y catalogar perfiles de carga de acuerdo al cambio que han tenido con respecto a su comportamiento habitual, lo que permite identificar modos de trabajo de los sistemas eléctricos. En cuanto a la predic-ción de la demanda, se propone una metodología de simple aplicación para afrontar las limitaciones detectadas en las herramientas derivadas de la inteligencia artificial, de tal manera que sea posible acotar la incertidumbre de las predicciones realizadas. Esta información resulta útil en la gestión, ya que es posible generar alarmas, reducir costos en el mantenimiento y aplicar medidas adecuadas de eficiencia energética. Por otro lado, se propone un método para tratar los datos proporcionados por los medidores inteligentes, de tal manera que se ajusten a una distribución de probabilidad conocida, facilitando su interpretación y validando el análisis estadístico. Para ello, se ha rela-cionado a la potencia eléctrica activa absorbida por un consumidor o un sistema en general con la teoría existente de las series temporales de datos. Finalmente, se evalúa la aplicación del método y la metodología propuesta en diversos casos de estudio reales en diferentes puntos y niveles de la red eléctrica, identificando los beneficios que pueden obtenerse en la gestión de cada uno de ellos. / [EN] The energy demand is increasing considerably every year worldwide. Moreover, the electrification of different sectors has caused the growth of electricity demand at an even higher rate. Thus, the electricity grids have technologically evolved in several aspects, one of them is the availability of demand data at different points and levels of the grid, such as in transmission and distribution systems, and large and small con-sumers. The data provided by the new smart grids are essential baseline information for the management and planning of electricity systems. The data provided by smart meters on electricity grids is worthless if it is not properly analysed. In addition to the appropriate processing of such data, tools are needed to obtain useful information. The energy demand management systems associated with pattern recognition have been scarcely studied at present. Some limitations have been identified in this area of study. For example, the characterization of electricity demand through pattern recognition has not been used to identify and evaluate changes in en-ergy consumption, whereas monitoring systems do not identify the possible causes of the anomalies detected in electricity demand. Demand forecasting is an effective tool in the management of electricity supply sys-tems. Currently, tools such as neural networks and deep learning are preferred for this purpose. However, they present remarkable drawbacks, such as the difficulty in quan-tifying uncertainties, the requirement of huge computational resources, and considera-ble effort to establish the structure of the neural network to provide adequate results. Based on the limitations detected, this thesis proposes a new statistical methodology to characterize the behaviour of the energy demand of consumers and other points of the electricity grid by identifying and obtaining patterns. The use of these patterns allows the assessment and identification of changes in electricity load profiles. Besides, the evaluation of changes in electricity demand allows these values to be associated with possible events in an installation. This methodology can be used to detect anomalies and to catalogue load profiles according to the changes they have had from their usual behaviour, which allows the identification of working modes of electrical systems. Concerning the prediction of demand, a simple application methodology is proposed to overcome the limitations detected in the instruments derived from artificial intelli-gence, which allows quantifying the uncertainty of the performed predictions. This information is useful for management since it is possible to generate alarms, reduce maintenance costs, and apply appropriate energy efficiency measures. On the other hand, a method is proposed for processing the data provided by the intelligent meters in order to adjust them to a known probability distribution, facilitating their interpre-tation and validating the statistical analysis. For this purpose, it has been related to the active electrical power absorbed by a consumer or a system in general with the exist-ing theory of time-series data. Finally, the application of the proposed methodologies is evaluated in several real case studies at different points and levels of the electricity grid, identifying the benefits that can be obtained in the management of each of these systems. / [CA] La demanda d'energia a tot el planeta continua incrementant-se de manera accelerada. D'altra banda, l'electrificació de diferents sectors ha fet que la demanda d'electricitat creixi a una taxa encara més gran. Les xarxes elèctriques han evolucionat tecnològica-ment en molts aspectes, un d'ells es refereix a la disponibilitat de dades de la demanda en diferents punts i nivells de la xarxa, com en les de transmissió, de distribució i en els grans i petits consumidors. Aquestes dades subministrades per les noves xarxes elèctriques intel¿ligents constitueixen informació de partida essencial per a la gestió i planificació dels sistemes elèctrics. Les dades proporcionades pels mesuradors intel¿ligents de les xarxes elèctriques no tenen cap utilitat si no s'analitzen adequadament. A més del processament adequat d'aquestes dades, es requereixen eines que permetin obtenir informació útil. Els siste-mes de gestió de la demanda d'energia associats al reconeixement de patrons actual-ment s'han estudiat de manera escassa. En aquesta àrea d'estudi s'han identificat algunes limitacions. Per exemple, la caracterització de la demanda d'electricitat mitjançant el reconeixement de patrons no s'ha utilitzat per a la identificació i valoració de canvis en el consum d'energia i els sistemes de monitorització no identifiquen possibles causes de les anomalies detectades en la demanda d'energia elèctrica. La predicció de la demanda és també una eina eficaç en la gestió dels sistemes de sub-ministrament elèctric. Actualment, eines com ara les xarxes neuronals i l'aprenentatge profund són les preferides per a realitzar aquesta tasca. Però presenten alguns inconve-nients, com ara, la dificultat per quantificar la incertesa, requereixen una despesa computacional elevada i un esforç considerable per a establir l'estructura de la xarxa neuronal que proporcioni resultats adequats. Amb base en les limitacions detectades, en aquesta tesi es proposa una nova metodolo-gia estadística per caracteritzar el comportament de la demanda d'energia dels consu-midors i altres punts de la xarxa elèctrica mitjançant la identificació i obtenció de patrons. La utilització d'aquests patrons permet valorar i identificar canvis en perfils de càrrega d'electricitat. A més, la valoració dels canvis en la demanda elèctrica permet associar aquests valors a possibles esdeveniments en una instal¿lació. Aquesta metodo-logia pot ser emprada per detectar anomalies i catalogar perfils de càrrega d'acord al canvi que han tingut pel que fa al seu comportament habitual, el que permet identifi-car maneres de utilització dels sistemes elèctrics. En quant a la predicció de la deman-da, es proposa una metodologia de simple aplicació per afrontar les limitacions detec-tades en les eines derivades de la intel¿ligència artificial, de tal manera que sigui pos-sible delimitar la incertesa de les prediccions realitzades. Aquesta informació és útil en la gestió, ja que és possible generar alarmes, reduir costos en el manteniment i aplicar mesures adequades d'eficiència energètica. D'altra banda, es proposa un mètode per a tractar les dades proporcionades pels mesuradors intel¿ligents, de tal manera que s'ajus-tin a una distribució de probabilitat coneguda, facilitant la seva interpretació i validant l'anàlisi estadístic. Per a la qual cosa, s'ha relacionat a la potència elèctrica activa ab-sorbida per un consumidor o un sistema en general amb la teoria existent de les sèries temporals de dades. Finalment, s'avalua l'aplicació del mètode i la metodologia proposada en diversos casos d'estudi reals en diferents punts i nivells de la xarxa elèctrica, identificant els beneficis que es poden obtenir a la gestió de cada un d'ells. / Serrano Guerrero, JX. (2020). Caracterización de la demanda de energía mediante patrones estocásticos en las Redes Eléctricas Inteligentes [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/153810 / TESIS

Energy systems are evolving into structures in which the role of the consumer is more and more significant. Consumers are no longer the passive entities that in the past had to be supplied in an unidirectional way (from the network to the customer), but can also supply power to the grid through renewable resources, storage capacity through the batteries of their electric vehicles or operating services through the use of their flexibility. However, when discussing on smart grids, electricity supply and consump-tion are the only considered side on many occasions, neglecting other dimensions such as natural gas, sanitary hot water or transport. In this context, this dissertation represents a novel approach to the role of consumers in the natural gas sector. While it is true that electricity consumers have been involved for years in different operation services related to the use of their flexibility (especial-ly in countries such as the United States and more recently in the European Union), the use of demand response resources in the gas sector has been so far non-existent. However, the success of demand response initiatives in electricity systems and their similarity to the gas sector, where their regulatory and technological development has been carried out in parallel in recent years, allows us to expect similar successful re-sults when implementing equivalent programs to gas networks. This dissertation highlights the huge potential that remains unexplored on the demand side of natural gas, which could be used by gas network operators for the solution of technical constraints, balance services or optimization of programming of under-ground storage. This potential is especially interesting at the moment, when the mas-sive installation of smart gas meters has started in some European countries, an infra-structure that would facilitate the use of demand response resources for the better op-eration of gas networks. The dissertation presents, firstly, an exhaustive analysis of the demand response pro-grams currently used in electrical systems around the world, identifying those services that could be equally applicable to the gas sector. The traditional structure based on which gas systems have been developed in different countries is analyzed below. In order to make better use of resources and to optimize its operation, an architecture based on the concept of smart grid is then proposed, identifying the agents that would participate in this structure and emphasizing the role that consumers would play, not only as energy demanders, but also as providers of network services. This active role of demand requires the use of adequate measurement, control and communication technologies, aspect that is also properly analyzed. Based on the results of the analysis mentioned above, this thesis proposes a new meth-odology for the development and evaluation of demand response mechanisms that allow a greater participation of gas consumers in the provision of operating services to the manager of the network, increasing the joint efficiency of the system and reducing the costs associated with such services. The proposed methodology has been successfully applied to the gas network in Italy, where the analyzed operation services have been evaluated in a town of 16,000 inhab-itants located in the central north-Italian area. In that town, consumers have been grouped by end-use, sector and size, which evidences the need to enhance the role of the aggregator for the proper use of the potential of smaller consumers, whether they receive a gas supply directly or through a distributed heat network. The results presented in this dissertation should encourage regulators to empower the use of the consumers' flexibility in order to increase the efficiency of the natural gas system, as it reduces operating costs while favoring the participation of customers in a more dynamic energy structure. / Los sistemas energéticos están evolucionando hacia estructuras en las que el papel desempeñado por el consumidor es cada vez más importante. Hoy en día, los consumidores ya no son los entes pasivos de antaño a los que había que suministrar energía de forma unidireccional (de la red al cliente), sino que también pueden suministrar energía a la red a través de recursos renovables, capacidad de almacenamiento mediante las baterías de sus vehículos eléctricos o servicios de operación a través de la utilización de su flexibilidad. Sin embargo, al hablar de redes inteligentes, en muchas ocasiones se sobreentiende únicamente lo relativo al suministro y consumo de electricidad, obviando otras dimensiones como pueden ser el gas natural, el agua caliente sanitaria o el transporte. En este marco, esta tesis supone un enfoque novedoso en lo que se refiere al papel de los consumidores en el sector del gas natural. Si bien es cierto que los consumidores de electricidad han participado desde hace años en diferentes servicios relacionados con el uso de su flexibilidad, la utilización de la respuesta de la demanda en el sector gasista ha sido hasta ahora inexistente. Sin embargo, el éxito de iniciativas de respuesta de la demanda en los sistemas eléctricos y su similitud con el sector gasista, cuyo desarrollo normativo y tecnológico se ha realizado en paralelo en los últimos años, permite esperar resultados igualmente exitosos al aplicar programas equivalentes a las redes de gas. Esta tesis pone de manifiesto el enorme potencial que permanece inexplorado en el lado de la demanda de gas natural, el cual podría ser utilizado para la solución de restricciones técnicas, servicios de balance u optimización de la programación de los almacenamientos subterráneos. Este potencial resulta especialmente interesante en estos momentos, cuando en algunos países europeos se ha comenzado la instalación masiva de contadores inteligentes de gas. La tesis presenta un análisis exhaustivo de los programas de respuesta de la demanda utilizados en la actualidad en sistemas eléctricos alrededor del mundo, identificándose aquellos servicios que podrían ser aplicables al sector gasista. A continuación se analiza la estructura tradicional en base a la que los sistemas gasistas se han desarrollado en diversos países, proponiéndose a continuación una arquitectura basada en el concepto de red inteligente, donde se identifican los agentes que participarían en esta estructura y se enfatiza el rol que los consumidores desempeñarían no sólo como demandantes de energía, sino también como proveedores de servicios de red. Este papel activo de la demanda necesita de la utilización de tecnologías de medición, control y comunicación adecuadas, aspecto que también se analiza en detalle. En base a los resultados del análisis mencionado, esta tesis propone una nueva metodología para el desarrollo y evaluación de mecanismos de respuesta de la demanda que permitan una mayor participación de los consumidores de gas en la provisión de servicios de operación al gestor de la red, aumentando la eficiencia conjunta del sistema y reduciendo los costes asociados a dichos servicios. La metodología propuesta ha sido aplicada con éxito a la red gasista de Italia, donde los servicios de operación analizados han sido evaluados en una ciudad de 16.000 habitantes, donde los consumidores han sido agrupados por uso final, sector y tamaño. Esto ha puesto de manifiesto la necesidad de potenciar el papel del agregador para valorizar el potencial de los consumidores más pequeños, tanto si reciben un suministro de gas directo o a través de una red de calor distribuido. Los resultados expuestos en esta tesis deberían impulsar a los reguladores a incentivar la utilización de la flexibilidad de los consumidores a fin de incrementar la eficiencia del sistema de gas natural, ya que reduce los costes de operación al tiempo que favorece la particip / Els sistemes energètics estan evolucionant cap a estructures en què el paper exercit pel consumidor és cada vegada més important. Avui dia, els consumidors ja no són els ens passius d'antany als quals calia subministrar energia de forma unidireccional (de la xarxa al client), sinó que també poden subministrar energia a la xarxa a través de recursos renovables, capacitat d'emmagatzematge mitjançant les bateries dels seus vehicles elèctrics o serveis d'operació a través de la utilització de la seva flexibilitat. No obstant això, en parlar de xarxes intel·ligents, en moltes ocasions se sobreentén únicament quant al subministrament i consum d'electricitat, obviant altres dimensions com poden ser el gas natural, l'aigua calenta sanitària o el transport. En aquest marc, aquesta tesi suposa un enfocament nou pel que fa al paper dels consumidors en el sector del gas natural. Si bé és cert que els consumidors d'electricitat han participat des de fa anys en diferents serveis d'operació relacionats amb l'ús de la seva flexibilitat, la utilització de la resposta de la demanda en el sector gasista ha estat fins ara inexistent. No obstant això, l'èxit d'iniciatives de resposta de la demanda en els sistemes elèctrics i la seva similitud amb el sector gasista, el desenvolupament normatiu i tecnològic s'ha realitzat en paral·lel en els últims anys, permet esperar resultats igualment reeixits en aplicar programes equivalents a les xarxes de gas. Aquesta tesi posa de manifest l'enorme potencial que roman inexplorat en el costat de la demanda de gas natural, el qual podria ser utilitzat per a la solució de restriccions tècniques, serveis de balanç o optimització de la programació dels emmagatzematges subterranis. Aquest potencial és especialment interessant en aquests moments, quan en alguns països europeus s'ha començat la instal·lació massiva de comptadors intel·ligents de gas. La tesi presenta una anàlisi exhaustiva dels programes de resposta de la demanda utilitzats en l'actualitat en sistemes elèctrics voltant del món, identificant-se aquells serveis que podrien ser aplicables al sector gasista. A continuació s'analitza l'estructura tradicional sobre la base de la qual els sistemes gasistes s'han desenvolupat en diversos països, proposant-se a continuació una arquitectura basada en el concepte de xarxa intel·ligent, on s'identifiquen els agents que participarien en aquesta estructura i s'emfatitza el paper que els consumidors exercirien no només com a demandants d'energia, sinó també com a proveïdors de serveis de xarxa. Aquest paper actiu de la demanda necessita de la utilització de tecnologies de mesurament, control i comunicació adequades, aspecte que també s'analitza en detall. En base als resultats de l'anàlisi esmentat, aquesta tesi proposa una nova metodologia per al desenvolupament i avaluació de mecanismes de resposta de la demanda que permetin una major participació dels consumidors de gas a la provisió de serveis d'operació al gestor de la xarxa, augmentant l'eficiència conjunta del sistema i reduint els costos associats a aquests serveis. La metodologia proposada ha estat aplicada amb èxit a la xarxa gasista d'Itàlia, on els serveis d'operació analitzats han estat avaluats en una ciutat de 16.000 habitants, on els consumidors han estat agrupats per ús final, sector i grandària. Això ha posat de manifest la necessitat de potenciar el paper de l'agregador per valoritzar el potencial dels consumidors més petits, tant si reben un subministrament de gas directe o mitjançant una xarxa de calor distribuïda. Els resultats exposats en aquesta tesi haurien d'impulsar els reguladors a incentivar la utilització de la flexibilitat dels consumidors a fi d'incrementar l'eficiència del sistema de gas natural, ja que redueix els costos d'operació i alhora afavoreix la participació dels clients en una estructura més dinàmica. / Montuori, L. (2017). Application of demand response strategies for the management of natural gas systems under the smart grid configuration: development of a methodology for technical, economic and environmental evaluation [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/90407 / TESIS