Operación sostenible de sistemas multienergía bajo estrategias cooperativas y no cooperativas

Por qué importa compartir energía limpia local

A medida que más hogares y negocios instalan paneles solares en tejados, baterías y pequeños aerogeneradores, nuestras redes eléctricas están cambiando silenciosamente. En lugar de un flujo unidireccional desde unas pocas grandes centrales, ahora miles de pequeñas «microredes» pueden generar, almacenar e intercambiar energía. Este estudio examina cómo esas microredes pueden trabajar con la compañía eléctrica local de formas más inteligentes y equitativas: reduciendo costes, desperdicio energético y manteniendo el suministro, especialmente cuando también necesitamos calefacción para los edificios.

De la electricidad unidireccional a un mercado vecinal bidireccional

Tradicionalmente, un único operador local—denominado operador del sistema de distribución, u OSD—compra electricidad en el mercado mayorista y la vende a los clientes. En el mundo que estudia este artículo, ese OSD sigue actuando como intermediario, pero ahora trata con microredes basadas en renovables en lugar de consumidores pasivos. Cada microred agrupa paneles solares, aerogeneradores, pequeños motores, pilas de combustible, baterías y equipos locales de calefacción que sirven a un conjunto de edificios. El OSD también puede producir calor y electricidad mediante unidades de cogeneración, calderas y almacenamiento térmico, y luego vender tanto energía eléctrica como térmica a las microredes. La cuestión central es: ¿cómo deben fijarse los precios y las transacciones energéticas para que la compañía gane dinero mientras las microredes mantienen sus costes bajos?

Permitir que las microredes negocien en conjunto

La mayoría de modelos previos asumen que cada microred negocia por separado con el OSD. Eso deja mucho poder en manos del OSD: fija precios distintos para cada microred y se centra principalmente en satisfacer la demanda eléctrica, dejando las necesidades de calefacción como una consideración secundaria. Este estudio invierte ese enfoque permitiendo que las microredes cooperen. Cuando las microredes forman una coalición, pueden comparar ofertas, comerciar energía entre ellas y presentarse unidas frente al OSD. Los autores construyen un modelo matemático «de dos niveles» en el que el OSD, en el nivel superior, elige cuánto comprar en el mercado mayorista y cómo fijar los precios para las microredes, mientras que las microredes, en el nivel inferior, deciden cómo usar sus generadores locales, unidades de almacenamiento y posibles reducciones de carga para minimizar el coste diario.

Añadir la calefacción al rompecabezas de la energía limpia

Lo que distingue al marco es que trata conjuntamente el calor y la electricidad. Los edificios no solo necesitan energía para iluminación y electrodomésticos; también requieren agua caliente y calefacción ambiental. Suministrar calor de manera eficiente puede, a su vez, cambiar la cantidad de electricidad necesaria de la red. El modelo permite que el OSD elija cuándo activar su caldera, cuándo operar unidades de cogeneración que producen tanto calor como electricidad, y cuándo cargar o descargar tanto el almacenamiento eléctrico como el térmico. Al coordinar estas decisiones con precios en tiempo real para las microredes, el sistema puede aprovechar mejor la energía renovable, evitar el uso innecesario de combustible y reducir el «energía no suministrada»: periodos en los que la demanda no puede satisfacerse por completo.

Qué ocurre cuando las microredes se unen

Los autores prueban su enfoque en una red de distribución de ejemplo con un OSD y cuatro microredes renovables, cada una con mezclas distintas de solar, eólica, pilas de combustible y microturbinas, además de sus propios patrones de demanda de energía y calor. Primero examinan un caso no cooperativo, donde las microredes solo pueden comprar al OSD. Luego permiten la cooperación, de modo que las microredes pueden comerciar entre sí y actuar como un único comprador más grande frente al OSD. Los resultados son llamativos: la cooperación reduce los costes operativos de las microredes en aproximadamente un 9 % y disminuye la energía no suministrada en más de un tercio. Para seguir siendo competitivo, el OSD se ve obligado a bajar los precios minoristas que cobra en comparación con el caso no cooperativo, especialmente durante las horas de mayor demanda en las que las microredes podrían, de otro modo, confiar más en sus propios recursos o en los de sus vecinos.

Mercados resilientes ante precios cambiantes

El estudio también explora cómo se comporta el sistema cuando los precios mayoristas de electricidad son inciertos. Utilizando una gama de escenarios de precios posibles y un planteamiento robusto de «peor caso», los autores muestran que la cooperación beneficia de forma consistente a las microredes, incluso cuando la energía de la red mayorista se encarece. En condiciones más adversas, el beneficio del OSD se reduce porque debe pagar más por la electricidad pero no puede elevar demasiado los precios minoristas sin perder clientes frente a la generación local y el comercio entre pares de las microredes. Esto sugiere que empoderar a las comunidades energéticas locales puede hacer que el sistema global sea más flexible y menos vulnerable a las sacudidas de precios.

Qué significa esto para los usuarios de energía cotidianos

Para el público general, la conclusión es directa: cuando los pequeños sistemas de energía limpia en los vecindarios pueden compartir energía y negociar en conjunto, todos salvo el vendedor monopólico tienden a salir beneficiados. Hogares y negocios pueden ver facturas más bajas y menos cortes; la compañía local sigue obteniendo ingresos pero debe ofrecer precios más razonables; y el sistema energético en su conjunto usa combustibles y equipos de forma más eficiente, incluida la calefacción. A medida que se instalen más paneles solares, baterías y controles inteligentes, modelos como el presentado en este artículo apuntan hacia un futuro en el que la cooperación local sea tan importante como el nuevo hardware para construir una red energética más limpia y fiable.

Cita: Karimi, H. Sustainable operation of multi-energy systems under cooperative and non-cooperative strategies. Sci Rep 16, 6177 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36536-9

Palabras clave: microredes, energía renovable, mercados energéticos, calefacción distrital, comercialización de energía entre pares