MÁSTER UNIVERSITARIO EN
INVESTIGACIÓN EN EFICIENCIA ENERGÉTICA Y SOSTENIBILIDAD
TRABAJO FIN DE MÁSTER
COMPETITIVIDAD DE RENOVABLES Y
ALMACENAMIENTO DESCENTRALIZADO EN EL
MIX ENERGÉTICO: PROSPECTIVA A 2050
Es udian e Vicen e Ga cía, I án
Di ec o Campos Celado , Ál a o
Depa amen o Ingenie ía Ene gé ica
Cu so académico 2021-22
Bilbao, 26 de junio de 2022
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ÍNDICE
RESUMEN ................................................................................................................................................ 4!
1!INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................... 5!
2!ESTADO DEL ARTE ........................................................................................................................... 6!
2.1!ESCALAS DE IMPLANTACIÓN DEL ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO .................................... 6!
2.2!TECNOLOGÍAS PARA EL ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO ................................................... 7!
2.2.1!Ba e ías .............................................................................................................................. 8!
2.2.2!Supe conduc o es ............................................................................................................ 10!
2.2.3!Volan es de ine cia .......................................................................................................... 10!
2.2.4!Pilas de combus ible ........................................................................................................ 10!
2.2.5!Almacenamien o é mico sensible .................................................................................. 11!
2.3!TECNOLOGÍAS PARA LA GENERACIÓN DISTRIBUIDA ........................................................... 12!
2.4!MARCO LEGAL. ESTRATEGIA DE ALMACENAMIENTO .......................................................... 12!
2.5!CONCLUSIONES .................................................................................................................... 14!
3!OBJETIVOS ..................................................................................................................................... 15!
4!METODOLOGÍA .............................................................................................................................. 16!
4.1!ALMACENAMIENTO ELÉCTRICO ........................................................................................... 16!
4.1.1!Desplazamien o de demanda median e ba e ías ............................................................ 16!
4.1.2!Sis ema de ba e ías con p oducción o o ol aica ............................................................ 20!
4.2!ALMACENAMIENTO TÉRMICO ............................................................................................. 21!
4.2.1!Gene ación y almacenamien o cen alizados. Disc iminación ho a ia ........................... 21!
4.2.2!Red de baja empe a u a ................................................................................................. 23!
5!CASO DE ESTUDIO ......................................................................................................................... 24!
Almacenamien o eléc ico ........................................................................................................ 25!
Almacenamien o é mico .......................................................................................................... 27!
Escena ios de e olución de p ecios ........................................................................................... 29!
Escena ios del abajo ............................................................................................................... 30!
6!RESULTADOS ................................................................................................................................. 31!
6.1!ALMACENAMIENTO ELÉCTRICO ........................................................................................... 31!
6.1.1!Desplazamien o de demanda median e ba e ías ............................................................ 31!
6.1.2!Sis ema de ba e ías con p oducción o o ol aica ............................................................ 33!
6.1.3!Reducción á ea es udio ................................................................................................... 35!
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6.1.4!Escena ios de e olución de p ecios ................................................................................. 38!
Reducción de p ecios. “Cu a de pa o” ..................................................................................... 38!
Inc emen o del p ecio de la elec icidad has a 2050 ................................................................ 40!
6.2!ALMACENAMIENTO TÉRMICO ............................................................................................. 42!
6.2.1!Gene ación y almacenamien o cen alizados. Disc iminación ho a ia ........................... 42!
6.2.2!Red de baja empe a u a ................................................................................................. 43!
6.2.3!P oyección de p ecios a u u o ........................................................................................ 44!
Reducción de p ecios. “Cu a de pa o” ..................................................................................... 44!
Inc emen o del p ecio de la elec icidad has a 2050 ................................................................ 44!
7!CONCLUSIONES ............................................................................................................................. 45!
8!BIBLIOGRAFÍA ................................................................................................................................ 46!
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RESUMEN
Median e es e abajo se ha p e endido ealiza un análisis del almacenamien o descen alizado
basándose en los bene icios que puede p oduci sob e el usua io inal. Pa a ello se ealiza á una
e isión bibliog á ica que con empla á las di e en es al e na i as de gene ación y almacenamien o
dis ibuidos.
Se p esen a además la me odología empleada pa a ealiza los análisis de iabilidad ecno económica
de sis emas de almacenamien o de ene gía eniendo en cuen a di e en es escena ios, an o p esen es
como u u os. Asimismo, ambién se ha enido en cuen a la gene ación dis ibuida, basada en ene gías
eno ables, y cómo es a puede aumen a su po encial al se combinada con un sis ema de
almacenamien o. Se ha es udiado el almacenamien o de ene gía de dos mane as, an o desde el pun o
de is a é mico como el eléc ico, comp obando la al a elación que iene su iabilidad con los p ecios
ho a ios de la elec icidad consumida.
De es a mane a se ha p opues o un caso de es udio sob e el que ealiza los cálculos y ob ene
conclusiones, buscando el máximo ace camien o a un caso eal. Se he elegido un dis i o modelo y se
han ob enido sus demandas ho a ias ipo a lo la go de un año, que han se ido de base pa a plan ea
los escena ios deseados.
Se comp ueba po an o como los sis emas plan eados pueden cub i las demandas p opues as
además de supone un aho o económico y ene gé ico pa a sus usua ios, demos ando su iabilidad
ecno económica en muchos casos. Asimismo, se puede comp oba que es os sis emas aumen an su
po encial an e un escena io de aumen o de p ecios de la elec icidad, algo p e is o en nume osos
es udios. Po úl imo, los sis emas p opues os pueden con ibui a la c eación de comunidades
ene gé icas, en las que el usua io inal es dueño de su p opia ene gía y puede ges iona la como mejo
le con enga.
Palab as cla e: Almacenamien o eléc ico, gene ación dis ibuida, ansición ene gé ica.
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1 INTRODUCCIÓN
En el con ex o ac ual de c isis climá ica y ene gé ica, las ene gías eno ables juegan un papel
undamen al debido a su amplia disponibilidad, sencillez y escaso impac o medioambien al. Sin
emba go, p esen an un incon enien e, el cual es la imposibilidad de su p edicción, así como su
i egula idad. Ejemplos de ello son la ene gía sola , eólica o ma ina, las cuales son imposibles de
plani ica , además de que en nume osas ocasiones su p oducción no coincide con la demanda.
Poniendo el oco en el sis ema eléc ico de un país como puede se España, la demanda eléc ica es
ela i amen e cons an e a lo la go de los días, y puede se p e is a con ela i a sencillez. Sin emba go,
los ecu sos eno ables son con inuamen e a iables y la p oducción de elec icidad y calo median e
los mismos c ea impo an es p oblemas a la ho a de sa is ace demandas ele adas, pudiendo se la
p oducción empo almen e insu icien e. Es po ello que el almacenamien o ene gé ico se mues a po
an o como un aliado undamen al pa a log a la descen alización de la gene ación eléc ica median e
ene gías eno ables mejo ando la iabilidad de la ed [1].
En cuan o a la gene ación, es a iende a concen a se en g andes cen ales en las que se abas ece a
ex ensas supe icies de e i o io. La p incipal en aja de es e mé odo es el aba a amien o de los cos es
de p oducción, p oduciendo g andes can idades de ene gía empleando ecu sos habi ualmen e no
eno ables, cuyo p ecio ambién se educe al consumi se a g an escala. Sin emba go, además del
innegable impac o de la gene ación eléc ica median e uen es de ene gía no eno able, es e
plan eamien o exige anspo a la elec icidad a la gas dis ancias, lo cual lle a consigo impo an es
pé didas de ene gía. Además, exis en o os aspec os nega i os como pueden se el impac o de las
líneas de anspo e sob e los en o nos que a a iesan, la ulne abilidad de es as a a e ías y su ele ado
cos e de cons ucción. Lo mismo sucede con la gene ación de calo basada en hid oca bu os, cuya
escaseza y desigual epa o geog á ico hace que engan que se anspo ados g andes dis ancias. En
el lado opues o se encuen a la gene ación dis ibuida, que en sus o ígenes es aba ambién basada en
hid oca bu os y su p incipal p opósi o e a el de do a de elec icidad y calo a ubicaciones emo as
aisladas de la ed eléc ica. G acias a la apa ición de las ene gías eno ables y el aba a amien o de sus
cos es es e ipo de gene ación de elec icidad y calo es á al alcance de cualquie a y se plan ea como
una g an opo unidad de desca boniza la economía y a anza hacia la sos enibilidad ene gé ica.
Sin emba go, an o el almacenamien o ene gé ico como la gene ación dis ibuida pueden implan a se
de di e sas mane as, y es obje o de es e abajo el es udio de la iabilidad de la descen alización,
an o del p opio almacenamien o como de la gene ación eno able. Es po ello que se debe ene en
cuen a el mé odo de implan ación de es e ipo de sis emas a la ho a de es udia an o sus en ajas e
incon enien es como sus cos es de implan ación y uncionamien o.
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2 ESTADO DEL ARTE
2.1 ESCALAS DE IMPLANTACIÓN DEL ALMACENAMIENTO ENERGÉTICO
A la ho a de plan ea un sis ema de almacenamien o ene gé ico, es undamen al es udia su escala de
implan ación. En es e sen ido, exis en dos opciones undamen ales, que son el almacenamien o
cen alizado, en el que una emp esa ges iona ía su uncionamien o, y el dis ibuido, en el que cada
consumido es dueño de la ins alación y ges iona sus exceden es, pudiendo bene icia se
económicamen e de ellos [2].
En p ime luga , el almacenamien o cen alizado consis e en la c eación de una ins alación común de
la que se bene icia án los usua ios de una misma ed. Po ello, es os usua ios no end án con ol alguno
sob e el sis ema, ya que se á la en idad ope ado a la que asumi á su uncionamien o. El p incipal
incon enien e de es e ipo de disposición es la necesidad de si ua se en una ubicación p óxima al
cen o de gene ación, pudiendo exis i limi aciones espaciales o geog á icas [3]. Un sis ema de
almacenamien o de elec icidad cen alizado pe mi e ac ua como espaldo de la ed, apo ando
ene gía du an e los picos de demanda o almacenando exceden es de un cen o de p oducción,
e i ando ene que pa aliza su uncionamien o cuando la demanda es meno . Además, pe mi e una
ápida y e icaz espues a an e allos en la ed eléc ica, con i iéndose en un sis ema de espaldo iable
[4]. A pesa de ello, el almacenamien o cen alizado no se á obje o de es e abajo, en el que se
p o undiza á en la descen alización.
El almacenamien o descen alizado o dis ibuido, jun o con ene gías eno ables, pe mi e a los usua ios
de un sis ema eléc ico p oduci y ges iona su p opia elec icidad, consumiéndola o endiendo los
exceden es gene ados [5]. Su p incipal incon enien e es la necesidad de emplea sis emas de
almacenamien o de meno capacidad, lo que puede esul a demasiado cos oso pa a muchos usua ios.
Sin emba go, el almacenamien o dis ibuido se p esen a como un aliado esencial de la gene ación
dis ibuida, y un mé odo e icaz pa a educi el impac o medioambien al de la p oducción de
elec icidad y calo .
Po o o lado, a la ho a de clasi ica los sis emas de almacenamien o de elec icidad y calo , se debe
ene en cuen a la escala empo al, la cual condiciona á sus ca ac e ís icas y uncionamien o. A pesa
de que puede da se un amplio núme o de angos de iempo desde la escala ho a ia has a la es acional
[6], en es e es udio se end án en cuen a los más ep esen a i os, que se án el almacenamien o dia io
y el es aciona io.
El ipo de escala empo al empleada depende en g an medida de la ecnología de gene ación de
elec icidad que se emplee [7]. Po ejemplo, pa a el caso de ba e ías de li io, es as esponden con una
mayo e iciencia a una escala dia ia, mien as que el hid ógeno puede se almacenado du an e meses
a la espe a de se empleado pa a p oduci elec icidad. A con inuación, se án desc i as las di e en es
ecnologías pa a almacenamien o dis ibuido.
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2.2 TECNOLOGÍAS PARA EL ALMACENAMIENTO DISTRIBUIDO
Las di e en es ecnologías de almacenamien o eléc ico dis ibuido se pueden clasi ica en unción de
di e en es c i e ios. Si se p es a a ención a su escala, se pueden di e encia [8],[9],[10]:
● Almacenamien o a g an escala
o Hid oeléc ica e e sible
o Almacenamien o é mico
o Pila de combus ible
● Almacenamien o en edes
o Ba e ías
o Supe condensado es
o Supe conduc o es
o Volan es de ine cia
o Ai e comp imido
o Pila de combus ible
● Almacenamien o a pequeña escala (usua io inal)
o Ba e ías
o Almacenamien o é mico
o Supe conduc o es
o Volan es de ine cia
o Pila de combus ible
Po o o lado, si se p es a a ención al p incipio ísico en el que se basan, la clasi icación de las
ecnologías es la siguien e:
● Almacenamien o elec oquímico
o Ba e ías
o Pila de combus ible
● Almacenamien o é mico
o Depósi o de ine cia
o Ma e iales de cambio de ase
● Almacenamien o elec omecánico
o Hid oeléc ica e e sible
o Ai e comp imido
o Volan es de ine cia
o Ai e comp imido
● Almacenamien o elec omagné ico
o Supe conduc o es
o Supe condensado es
Las di e en es ecnologías eléc icas ci adas se mues an a con inuación en un g á ico, el cual mues a
an o sus angos de po encias como su capacidad de almacenamien o de elec icidad.
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Figu a 1: Tipos de almacenamien o de ene gía. Fuen e: Ene gy S o age Technologies o Elec ic Applica ions [11].
En la igu a 1 se puede comp oba como las cen ales de bombeo son capaces de almacena una g an
can idad de ene gía, así como de p opo ciona una ele ada po encia de salida con i iéndose, jun o a
la ecnología de ai e comp imido, en una opción ideal pa a g andes sis emas, incluso como espaldo
de la ed eléc ica. Se puede ex ae la conclusión de que, en la mayo ía de los casos, exis e una elación
bas an e es echa en e la po encia de salida que un sis ema puede o ece y su capacidad de
almacenamien o. Además, es sencillo comp oba como las ba e ías y los supe condensado es son de
las opciones más e sá iles pa a almacena ene gía a pequeña escala, como es el caso de es e abajo.
Sin emba go, debido a que es e abajo se cen a á en el almacenamien o dis ibuido cen ado en el
consumido inal, se con empla án inicialmen e solo los ipos de almacenamien o más adecuados pa a
es a inalidad [12], los cuales se án en el caso de elec icidad: ba e ías, supe conduc o es, olan es de
ine cia y pilas de combus ible, al se es as las opciones más desa olladas come cialmen e. En el caso
de almacenamien o é mico, se es udia á únicamen e la implan ación de depósi os de ine cia, de
nue o po su ele ada madu ez ecnológica.
2.2.1 Ba e ías
Las ba e ías son una de las mane as más comunes de almacena ene gía. Su p incipio de
uncionamien o es básico, con ie e elec icidad en ene gía química median e eacciones en e
compues os en su in e io . En el caso del almacenamien o dis ibuido, es de las opciones más
ex endidas debido a su p ecio cada ez más compe i i o y su ele ada compac ación, especialmen e en
el sec o de la edi icación [13]. Además, las ba e ías son g andes aliadas de los sis emas de gene ación
o o ol aicos, ayudando a sua iza la demanda que una i ienda o consumido puede ene a lo la go
del día [14]. Exis en di e en es ipos en unción de sus compues os p incipales, en e las que des acan
las de iones de li io y las de ácido-plomo.
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Las ba e ías de plomo-ácido han sido du an e mucho iempo la ecnología dominan e pa a sis emas
eca gables a g an escala. Sin emba go, su ele ado peso, baja densidad ene gé ica y de po encia y
ele ado impac o medioambien al ha impulsado el desa ollo de nue as ecnologías de
almacenamien o. Las de iones de li io ienden a se la endencia dominan e de los nue os sis emas de
almacenamien o, ya que ac ualmen e ep esen an la mejo elación en e la p esencia de me cado,
p ecio, ida ú il y densidad ene gé ica.
Las eacciones edox son undamen ales pa a el uncionamien o de las ba e ías de iones de li io, siendo
el li io un elemen o educ o ex emadamen e e icien e y ambién uno de los más eac i os. El
desa ollo p og esi o ha lle ado al uso de compues os de li io más segu os como cá odo y elec oli os
mejo ados con meno es can idades de compues os olá iles. La cla e pa a la e iciencia de las
ecnologías mode nas de iones de li io es la in e calación e e sible de iones de Li+ en e el cá odo y
el ánodo, lo que pe mi e eca ga una ba e ía de iones de li io con una mayo e iciencia.
Además de las ecnologías de iones de li io, que ya son come ciales, un g an es ue zo de in es igación
se es á en ocando un g an es ue zo en in es igación de ecnologías al e na i as de iones de me al pa a
educi el cos o del me al de li io y mejo a las densidades de ene gía. Ejemplo de ellos son los iones
de Na y iones de K, más ba a os, pe o con una ida ú il más co a y meno densidad de ene gía. Los
iones de Mg y Al son más segu os, más ba a os, con densidades más al as pe o baja ciclabilidad. Todos
es os iones po ado es de ca ga al e na i os son al amen e p ome edo es, pe o p esen an desa íos en
compa ación con la ecnología de li io.
O a ecnología al e na i a di igida a la mejo a de la densidad ene gé ica son las ba e ías de me al-
ai e. En es e en oque, uno de los elec odos se eemplaza po "ai e" o, ealmen e, lujo de oxígeno, lo
que e iden emen e hace que oda la unidad sea mucho más lige a. Sin emba go, además del mayo
ol aje de ca ga necesa io pa a el uncionamien o, exis en mayo es ines abilidades en los elec odos
y, po encialmen e, mayo es p oblemas de segu idad. Po ello, oda ía es necesa ia in es igación en
cues iones undamen ales de la ecnología de me al-ai e [15].
Las ba e ías, jun o con un sis ema de gene ación median e ene gías eno ables, pueden o ece una
educción de has a la mi ad de la demanda eléc ica de un hoga , en compa ación con la misma
si uación sin su implan ación [16]. En casos pueden has a pe mi i la au osu iciencia de sus usua ios,
hablando en é minos de elec icidad.
Sin bien es impo an e ene en cuen a el impac o medioambien al asociado a es e ipo de sis emas,
es á sob adamen e demos ado que es signi ica i amen e meno a p oduci elec icidad median e
uen es con encionales y ósiles [17]. Po úl imo, ambién se debe ene en cuen a la ida ú il de las
ba e ías, que es uno de sus p incipales limi an es, ya que en muchos casos puede esul a bas an e
educida. A pesa de ello, es posible da les una segunda ida, empleándolas en sis emas que ga an icen
la iabilidad del suminis o eléc ico [18]. En es e abajo se analiza á po an o la implan ación del ipo
de ba e ías más comunes en el me cado, las de iones de li io.
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4 METODOLOGÍA
Pa a pode de e mina la iabilidad de un sis ema de almacenamien o dis ibuido deben ene se en
cuen a di e sos ac o es que de inan de una o ma comple a y iable las condiciones que se
p esen a án a la ho a de lle a lo a cabo en el emplazamien o deseado. Como se indica á más adelan e,
exis i án nume osos condicionan es que limi a án en cie a medida la aplicación de es a ecnología, y
que se án enidos en cuen a en los cálculos. La p incipal p emisa de es e abajo se á la comple a
elec i icación de las demandas ene gé icas de edi icios, con el in de pode se cubie as con
ecnologías basadas en sis emas eléc icos, buscando así la máxima e iciencia. Pa a ello se es udia án
a ios sis emas de almacenamien o y gene ación dis ibuida.
4.1 ALMACENAMIENTO ELÉCTRICO
4.1.1 Desplazamien o de demanda median e ba e ías
En es e p ime apa ado se p esen a á la me odología p opues a pa a ealiza el es udio de
almacenamien o eléc ico dis ibuido. Los cálculos ealizados ienen el obje i o de es udia la
iabilidad ecno económica de un sis ema de almacenamien o eléc ico median e ba e ías,
con emplando ambién la posibilidad de se complemen ado median e gene ación eno able,
conc e amen e de ene gía sola o o ol aica. El sis ema es a á des inado a cub i la o alidad de la
demanda ene gé ica que se plan ea, g acias a la elec i icación de la demanda é mica median e el uso
de bombas de calo .
Pa a ello se abaja á con demandas de edi icios, an o esidenciales como del sec o e cia io, con el
in de es ablece es a egias de uncionamien o y es udia su iabilidad, especialmen e desde el pun o
de is a económico.
Se p opond á po an o el uso de ba e ías eléc icas. Su p incipal en aja en es e ipo de aplicaciones
es la de desplaza los picos de consumo pa a aleja los de los del p opio sis ema eléc ico, en los que el
p ecio de la elec icidad alcanza su máximo dia io. Pa a ello, las ba e ías se ca ga án du an e las ho as
de meno demanda y p ecio, y se apo a án la ene gía acumulada en las ho as en las que el consumo
sea mayo . La dis ibución de consumo se mues a en la igu a 3.
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Figu a 3: Dis ibución de consumo eléc ico en España. Fuen e: Red Eléc ica de España
Inicialmen e, el es udio se ealiza á en base a los p ecios de la elec icidad basados en la a i a PVPC
(P ecio Volun a io pa a el Pequeño Consumido ), ambién conocida como “ egulada”. Es a a i a,
empleada po las come cializado as de e e encia, aplica un p ecio dinámico indexado al me cado
mayo is a de elec icidad. En ella se es ablece una disc iminación ho a ia en es pe iodos en los que
a ía la aplicación de peajes y ca gos egula o ios: pun a, llano y alle. Pa a simpli ica el modelo de
cálculo, se es ablece án los p ecios medios pa a cada uno de los es pe iodos, que se án in oducidos
como a iables con el in de pode se modi icados pa a es udia di e en es escena ios de cos es.
En la mayo ía de casos p esen ados en la li e a u a, lo más habi ual es la combinación de gene ación
eléc ica median e ene gías eno able con el almacenamien o de la misma median e ba e ías. Sin
emba go, en es e abajo se abo da á ambién un en oque más no edoso, que p opone el uso
únicamen e de ba e ías pa a almacena ene gía de la p opia ed, como mé odo pa a aplana la cu a
de consumo. Es e plan eamien o esul a menos común, en la mayo ía de casos po el ele ado cos e
de la ins alación de ba e ías y su ca ga dia ia. Es po ello que se p opond án di e en es es a egias de
ca ga y escena ios median e los cuales se busca á la en abilidad de es e ipo de sis emas, así como
las condiciones idóneas que se deben alcanza pa a que los mismos puedan empeza a se
conside ados como al e na i a compe i i a.
En el diag ama de lujo p opues o en la igu a 4 se mues a la p opues a pa a la es a egia de ca ga del
sis ema de ba e ías du an e cada día. Se ealiza á únicamen e un ciclo al día debido a las es icciones
que se de alla án más adelan e.
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Figu a 4: Diag ama de lujo del uncionamien o del sis ema de ba e ías. Fuen e: elabo ación p opia
Pa a pode cumpli es a es a egia se ía necesa io conoce de an emano la demanda ho a ia de cada
día con el in de pode e alua en qué g ado la capacidad ins alada puede cub i la demanda dia ia. De
es a mane a se p io iza la desca ga de las ba e ías du an e las ho as de mayo p ecio de la elec icidad
de la ed, siemp e que es o sea posible, especialmen e si su capacidad no puede cub i oda la
demanda. Pos e io men e, si las ba e ías disponen de exceden es su icien es después de su desca ga
en ho as pun a, se con inua á con su desca ga en las ho as alle. La demanda cubie a po es e sis ema
puede se signi ica i amen e ele ada, especialmen e si se habla de edi icios o dis i os en e os, con lo
cual se es udia án di e sas casuís icas con el in de con empla el mayo núme o de escena ios posible
y que es os sean p óximos a casos eales.
En cuan o a la ca ga de las ba e ías, se plani ica á pa a ealiza se du an e la mad ugada, donde el
p ecio de la elec icidad es el mínimo y consecuen emen e supond á un cos e meno . De es a mane a
se desplaza el consumo eléc ico del día a la noche, especialmen e el de las ho as pun a, que se si úan
en o no al mediodía. Pa a ello se p opone el uso de una hoja de cálculo, median e la cual se
es ablece án equisi os en unción de demandas y capacidades disponibles.
Pa iendo de los da os ho a ios de demanda de un año comple o, en la hoja de cálculo se in oduce la
capacidad de la ins alación, medida en kWh. Asimismo, se in oducen ambién los pa áme os
económicos co espondien es, como son el p ecio de la elec icidad pa a los es pe iodos, el cos e de
las ba e ías po kWh y los cos es de ope ación y man enimien o de la ins alación. De es a mane a, se
ealiza en la hoja de cálculo el análisis de si las ba e ías pod án cub i la demanda y en qué medida. En
p ime luga , en una celda se calcula pa a cada día si las ba e ías pod án cub i la demanda del pe iodo
pun a. Pa a ello se ealiza el suma o io de la demanda del día en pe iodo pun a. Si es a demanda es
meno que la capacidad de las ba e ías, se deja á al cual, pe o si es mayo , se mos a á en la celda el
alo máximo que es as pueden asumi , es deci , la capacidad máxima de almacenamien o del sis ema.
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Algo simila se ealiza en o a celda pa a la demanda en pe iodo llano. En es e caso se in oduce la
condición de que debe sob a ene gía en las ba e ías después de se cubie a la demanda en pun a;
de no se así, no se cub i á la demanda du an e el pe iodo llano. Si po el con a io ha sob ado ene gía
del pe iodo pun a, se á empleada pa a cub i la demanda en llano siemp e y cuando no exceda de
nue o la capacidad máxima de las ba e ías. Puede da se el caso de que exis an exceden es aun
cub iendo ambas demandas.
A con inuación, pa a cuan i ica el aho o que es o supone, se ealiza la di e encia en e el cos e que
supond ía cub i esa demanda con la elec icidad de la ed y el cos e de ca ga las ba e ías en pe iodo
alle. Es e cos e de consumo de la ed se ob iene mul iplicando la ene gía apo ada po las ba e ías
po sus espec i os p ecios ho a ios. Lo mismo sucede con el cos e de ca ga las ba e ías, que se
ob iene mul iplicando la ene gía apo ada po es as du an e cada día po el p ecio de la elec icidad
en alle. Realizando la di e encia ci ada, se ob iene el aho o dia io que supond ía es e sis ema de
almacenamien o.
El uncionamien o de las ba e ías, como se comen a p e iamen e, es á limi ado a un único ciclo dia io,
es deci , se desca ga á y ca ga á únicamen e una ez al día. El p incipal ac o condicionan e es la
dis ibución ho a ia de p ecios de elec icidad en la a i a PVPC. En ella solo exis e un único pe iodo de
p ecio educido, que se da du an e la noche, esul ando in iable la ca ga du an e el día que, aun
ealizándose en pe iodo llano, educi ía signi ica i amen e el aho o.
A con inuación, se ealiza á un es udio de la iabilidad económica del sis ema de almacenamien o
plan eado. Pa a ello, una ez ob enido el aho o dia io, se suman odas sus celdas, ob eniendo el
aho o anual pa a la capacidad de almacenamien o de e minada. Se de inen además o as
capacidades de in e és que pe mi an ca ac e iza co ec amen e el es udio y pe mi an la compa ación
de di e en es amaños de ins alaciones, ob eniendo de la misma mane a el aho o anual pa a cada
una de ellas. Pos e io men e se calcula ambién la in e sión inicial asociada a cada una de las
capacidades, en unción de los p ecios de ba e ías de inidos en el caso de es udio.
El aho o anual pa a cada caso se emplea á, jun o con el alo de in e sión inicial, pa a calcula el
payback simple y ac ualizado. El p ime o se calcula di idiendo la in e sión inicial en e el aho o anual.
Sin emba go, el payback simple no con empla la in lación, po lo que se incluye ambién el ac ualizado.
Es e úl imo se calcula median e la siguien e ó mula, en la que
𝑟
co esponde á al alo de la
dep eciación.
𝑃𝑎𝑦𝑏𝑎𝑐𝑘(𝑎𝑐𝑡𝑢𝑎𝑙𝑖𝑧𝑎𝑑𝑜 =ln((1−𝑟∗𝐼𝑛𝑣𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛(𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
𝐴ℎ𝑜𝑟𝑟𝑜(𝑚𝑒𝑛𝑠𝑢𝑎𝑙)
ln((1+𝑟)
Además, se inclui án los lujos de caja pa a el pe iodo de ida ú il de la ins alación, es ablecido en 10
años, en los que se end á en cuen a la in e sión inicial y el aho o en cada uno de los años. A pa i
de ello se pod á ob ene el TIR o Tasa In e na de Re o no, la cual pe mi i á conoce la en abilidad de
la in e sión pa a lle a a cabo la ins alación.
EIB JUN-22
20
Es a ambién equi ale a la asa de descuen o con la que el alo ac ual ne o (VAN) se iguala a ce o, es
deci , cuando los ing esos p e is os (aho os en es e caso) se igualan a la in e sión inicial). Se calcula
median e la siguien e ó mula, en la que
𝐼!
co esponde a la in e sión inicial,
𝐶"
al lujo de caja o
aho os gene ados po la in e sión cada año,
𝑁
al núme o o al de años,
𝑛
a cada uno de los años
calculados y
𝑟
al TIR.
𝑉𝐴𝑁 =−𝐼!+
E
𝐶"
(1+𝑟)"=0
#
"$%
En es e caso un alo del TIR mayo a la dep eciación signi ica á que la ins alación es iable
económicamen e ya que los aho os son mayo es a la in e sión inicial en el pe iodo de iempo
es ablecido. En caso de un alo meno , la in e sión no pod ía llega a amo iza se an es del in de su
ida ú il, con lo cual esul a ía in iable.
4.1.2 Sis ema de ba e ías con p oducción o o ol aica
Po o o lado, las en ajas del almacenamien o dis ibuido aumen an si jun o a es e se ins ala un
sis ema de gene ación eno able, que pe mi e educi signi ica i amen e los cos es de ijos du an e su
ope ación. Po ello, se p opone combina el sis ema de ba e ías con una ins alación de paneles sola es
o o ol aicos, con el in de pode almacena los exceden es que es os p oducen. Debido a la
in e mi encia e imp edecibilidad de las ene gías eno ables, es as en nume osas ocasiones no pueden
cub i po sí mismas la demanda deseada, al no coincidi los picos de consumo con los de demanda. Es
po ello que un sis ema de almacenamien o eléc ico pe mi e encaja ambos, ob eniendo el máximo
po encial.
Pa a ello, ya que se a a de un es udio de iabilidad ecno económica de ca ác e pa amé ico, no se
ealiza á un dimensionamien o de la ins alación p opiamen e, sino que se es ima án los cos es po
kWh de ene gía que p opo cionen los paneles sola es o o ol aicos. De es a mane a se inclui á la
in e sión en la ins alación y los cos es de ope ación y man enimien o en un único alo , que los
asocia á a la ene gía p oducida. Pa a ello se ha á uso del so wa e PVGIS, de ca ác e g a ui o y
desa ollado po la Unión Eu opea. En él es p eciso in oduci pa áme os p opios de la ins alación
o o ol aica, an o écnicos como económicos, así como la ubicación de es udio.
A con inuación, como mane a de simpli ica el cálculo, se in eg a á la p oducción o o ol aica en el
cálculo p e io pa a el almacenamien o dia io median e ba e ías. Pa a ello, se emplea el balance anual
o ecido po la hoja de cálculo.
En él, si el alo de la p oducción o o ol aica es mayo a la ene gía cubie a po ba e ías, se
in e p e a á que oda la demanda cubie a po es as se á suplida po los paneles, ya sea de o ma
di ec a o almacenada. Po ello el cos e en es e caso se calcula á como la ene gía cubie a po ba e ías
mul iplicada po el p ecio po kWh de ene gía p oducida po los paneles o o ol aicos. Sin emba go,
es a si uación solo se da á en casos en los que la capacidad de almacenamien o sea muy educida.
EIB JUN-22
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Pa a el es o de casos, en los que la p oducción o o ol aica sea meno a la demanda cubie a po
ba e ías, se mul iplica á en una celda el cos e de la ene gía cubie a po cada una de las ecnologías,
p io izando siemp e el consumo de la ene gía de las placas. De es a mane a el aho o anual se á la
di e encia en e los cos es que exis i ían si no se implan ase el sis ema (comp ando ene gía de la ed)
y los cos es de ca ga las ba e ías, ya sea median e la ed en pe iodo alle o median e el sis ema
o o ol aico.
Es impo an e ene en cuen a cie os limi an es que apa ece án si se decide implemen a el sis ema
de gene ación o o ol aica conjun amen e con el de almacenamien o de ba e ías ca gadas median e
la ed.
En p ime luga , debe á exis i un sis ema de con ol que ga an ice únicamen e una uen e de ca ga
de las ba e ías, ya sea la ed o los paneles o o ol aicos, eniendo es os úl imos p e e encia debido al
meno cos e de la elec icidad que p oducen y su ca ác e eno able. Además, se deben dimensiona
co ec amen e las ba e ías y placas con el in de e i a con lic os en su uncionamien o. Un ejemplo
de ello puede se que en un momen o de e minado las ba e ías se encuen en al 100% de su capacidad
y que a la ez las placas o o ol aicas cub an comple amen e la demanda y en consecuencia exis an
exceden es que no se pod án ap o echa . En ese caso, el sis ema de con ol debe p e e la exis encia
de exceden es eléc icos con el in de que puedan se almacenados en las ba e ías pa a su pos e io
uso, al a a se de ene gía de muy educido cos e. Asimismo, el sis ema de con ol ambién p io iza á
que se sa is aga la demanda eléc ica median e las placas an es que, median e las ba e ías, dejando
es as úl imas pa a ho as en las que exis a meno o nula p oducción eno able. Los esul ados de la
implan ación de ambos sis emas se mos a án en el apa ado homónimo.
4.2 ALMACENAMIENTO TÉRMICO
La segunda pa e de es e abajo se cen a á en el es udio ecno económico de un sis ema de
almacenamien o é mico dis ibuido. Pa a ello, al igual que en el caso an e io , se es udia á aslada
la demanda é mica a ho as de meno cos e con el in de ob ene un aho o signi ica i o, empleando
un sis ema de cale acción y agua calien e sani a ia cen alizado a ni el dis i o. Además, se p opond á
en un segundo escena io la c eación de una ed de baja empe a u a a ni el dis i o que aumen e el
endimien o de las ins alaciones indi iduales del consumido inal. Pa a ello se pa e de la
elec i icación la demanda é mica median e el uso de bombas de calo y almacenamien o del calo
p oducido.
4.2.1 Gene ación y almacenamien o cen alizados. Disc iminación ho a ia
En es e p ime escena io, se p opone aslada , den o de lo posible, el uncionamien o de la bomba
de calo a las ho as alle, es deci que el sis ema uncione du an e los pe iodos de meno cos e y
almacene la ene gía en un depósi o de calo sensible. Pa a ello se usa á como ac o de e minan e el
p ecio ho a io de la elec icidad. De es a mane a, se p og ama á el uncionamien o del mismo pa a
que emplee dos lími es de empe a u a en unción del pe iodo ho a io en el que se encuen e,
di e enciando en e ho as alle y el es o.
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Así, du an e las ho as alle, la bomba de calo se ac i a á siemp e que el depósi o descienda de un
alo de empe a u a p e ijado, p e e iblemen e ele ado, pa a maximiza el uncionamien o du an e
las ho as de meno p ecio. Sin emba go, du an e las ho as de mayo p ecio (pun a y llano), el alo
p e ijado de empe a u a po debajo de la cual se ac i a á la bomba de calo se á signi ica i amen e
meno , pe mi iendo educi el gas o ene gé ico. Pa a ello se á necesa io calcula el COP (Coe icien
o Pe o mance o Coe icien e de Rendimien o) de la bomba de calo , de e minado po las condiciones
en las que ope a. Inicialmen e se deben de e mina las empe a u as de ope ación de la misma
du an e los dos pe iodos que se comen an p e iamen e.
La empe a u a lími e du an e las ho as alle se á ele ada pa a almacena la mayo can idad de calo
posible en el depósi o, pe o a su ez no debe se demasiado g ande, ya que educi ía el endimien o
de la bomba de calo . Po an o, el COP máximo pa a ambos casos se calcula á median e la siguien e
ó mula, en la que
𝑇&'
se á la empe a u a del lujo de calo ú il gene ado po la bomba de calo y
𝑇(
la empe a u a del oco ío (agua de ed).
𝐶𝑂𝑃)*+ =𝑇&'
𝑇&' −𝑇(=
I
1− 𝑇(
𝑇&'
J
,%
Sin emba go, es e mé odo o ece el alo máximo sob e condiciones es ánda . Pa a ob ene el alo
eal, se le aplica á el endimien o del ipo de ecnología que se aya a aplica . Es e endimien o a ia á
en unción de si se emplean bombas de calo ae o é micas, geo é micas o hid o é micas [36]. Con
odos es os da os de pa ida, se calcula á la iabilidad de la ins alación de gene ación y
almacenamien o cen alizados que dis ibui án el calo a las i iendas y edi icios del sec o e cia io
ubicados en la zona.
Pa a ealiza es e análisis, se p opone de nue o el uso de una hoja de cálculo, en el que en es a ocasión
se in oduci án las demandas é micas ho a ias del á ea de es udio en kWh, así como el p ecio ho a io
de la elec icidad pa a cada uno de los pe iodos. Inicialmen e se calculan los lími es de empe a u a
sob e los cuales empeza á a unciona la bomba de calo . Exis i án dos lími es, uno pa a el pe iodo
alle, y o o pa a los pe iodos llano y pun a. De es a mane a, el lími e pa a el pe iodo alle se á mayo
que pa a el de llano y pun a, pe mi iendo acumula más ene gía a meno cos e en alle, y educi el
uncionamien o de la bomba al mínimo el es o del iempo. Es os lími es se calculan median e la
ecuación undamen al de la calo ime ía, en la que
𝑚
co esponde a la masa de agua a calen a ,
𝑐-
es
el calo especí ico del agua y
∆𝑇
es el sal o de empe a u a, desde la inicial a la que se busca ob ene .
𝑄 =𝑚∗𝑐-∗∆𝑇
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23
Ob enidos los lími es de ene gía o calo que de e mina án el uncionamien o de la bomba de calo , se
analiza á pa a cada ho a la ene gía almacenada en el depósi o o lo que es lo mismo, la empe a u a
del agua. Pa a ello, se in oduci á una ecuación undamen al de uncionamien o. En ella, si la ene gía
acumulada es mayo que el lími e es ablecido pa a ese pe iodo, la bomba pe manece á apagada. Si
po el con a io la ene gía es meno que el lími e co espondien e, se ac i a á la bomba de calo ,
calen ando el agua has a sob epasa lo. De es a mane a, se log a á un aho o ene gé ico al maximiza
el uncionamien o de la bomba de calo du an e ho as alle, acumulando calo pa a los pe iodos de
mayo p ecio de la elec icidad.
4.2.2 Red de baja empe a u a
En con aposición al p ime escena io, se plan ea un segundo en el que se p opone la c eación de una
ed de baja empe a u a que alimen a á las bombas de calo indi iduales, pe mi iendo aumen a su
endimien o. De es a mane a, median e una ins alación cen alizada se calen a á lige amen e el agua
de la ed o de e o no un alo ela i amen e bajo a es ablece y es a se á canalizada hacia los
di e en es edi icios. En ellos las ins alaciones indi iduales mejo a án su endimien o al aumen a la
empe a u a de pa ida. La o ma de calcula el SPF se á la misma que en el escena io an e io .
El mé odo de cálculo se ealiza á de la misma mane a que en el caso an e io sal o alguna di e encia.
La p incipal se á que, en el caso del cálculo del cos e de uncionamien o del sis ema cen al, no se
es ablece á una disc iminación ho a ia, ya que su al a e iciencia pe mi i á que uncione a cualquie
ho a a un bajo cos e. De es a mane a solo exis i á un único lími e de empe a u a en el que la bomba
de calo se ac i a á.8 Sin emba go en las bombas de calo indi iduales, sí que se es ablece á la
disc iminación ho a ia con el in de que se ob enga un mayo aho o al p e e se una e iciencia meno
que en el sis ema cen al.
Sin emba go, es e ipo de sis emas plan ean pé didas de ene gía que debe án se enidas en cuen a,
especialmen e si las dimensiones de la ins alación implican la gos dis ancias de ube ías po el
subsuelo. Asimismo, ambién exis i án pé didas de empe a u a en los depósi os de ine cia, que
debe án man ene la ene gía du an e el mayo iempo posible pa a que el aslado del consumo al
pe iodo noc u no sea el mayo posible.
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5 CASO DE ESTUDIO
En es e apa ado se p e ende de ini las conside aciones omadas pa a la ealización de es e abajo
que, aplicadas a me odología ya de inida, pe mi en ob ene los esul ados que se mos a án
pos e io men e. Además, se p esen a án ambién los escena ios de es udio de los cuales se ob end án
las conclusiones inales.
En p ime luga , ya que uno de los p incipales condicionan es de es e abajo son los p ecios de la
elec icidad, se de ini án sus ho a ios, que de e mina án los modos de uncionamien o de los sis emas
p opues os. En la abla 1 se mues an los ho a ios de los amos co espondien es a los di e en es
p ecios de elec icidad.
Pun a
Llano
Valle
Ho a io
10 a 14 y
18 a 22
8 a 10, 14 a 18 y
22 a 14
0 a 8
Tabla 1: Ho a ios pa a los di e en es amos la elec icidad. Fuen e: elabo ación p opia
Asimismo, se á necesa io de ini el p ecio de cada uno de los amos. Pa a ello, debido al con ex o de
ines abilidad p esen e, se es ablece á un alo medio co espondien e al exis en e du an e la p ime a
mi ad de año 2022. Es e escena io plan ea unas ci cuns ancias in e esan es debido a la ines abilidad
del me cado ene gé ico, cuyos p ecios se han inc emen ado signi ica i amen e con espec o a años
an e io es, lo que puede acili a la iabilidad del es udio plan eado. Los p ecios empleados se
mues an en la abla 2.
Pun a
Llano
Valle
€/kWh
0,40874
0,31514
0,23846
Tabla 2: P ecios de la elec icidad pa a el p ime semes e de 2022. Fuen e: elabo ación p opia
Es impo an e des aca que los alo es de allados en la abla 2 ienen un ca ác e conse ado debido
a la amplia ines abilidad del me cado eléc ico, con el obje i o de que puedan ep esen a los casos
más des a o ables.
Sin emba go, g acias al p og esi o c ecimien o y pene ación de las ene gías eno ables en el sis ema
se p e é una bajada gene alizada del p ecio de la elec icidad a la go plazo. Pa a ello, se p oponen
inicialmen e dos escena ios de análisis, los años 2030 y 2050. En el caso de 2030, no se p e é un g an
cambio en el p ecio de la elec icidad, el cual se man end á ele ado has a en onces [37]. Es po ello
que es e abajo emplea á el ho izon e de 2050 pa a ealiza un análisis a medio plazo de la e olución
de los p ecios de la elec icidad y su epe cusión en el almacenamien o dis ibuido.
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25
Es impo an e des aca que el es udio de iabilidad ecno económica debe ealiza se en base a las
demandas pa ón de di e en es ipos de edi icaciones con el in de e alua el po encial de las di e en es
p opues as sob e un caso ealis a, no siendo es e modelo álido pa a una se aplicado en un caso eal
debido a la imp edecibilidad de la demanda eléc ica.
Almacenamien o eléc ico
En cuan o a la ubicación empleada como base pa a ealiza es e es udio se á Bilbao, conc e amen e el
ba io de Zo o zau e. Es e posee unas dimensiones y ca ac e ís icas óp imas pa a se omado como
pa ón a la ho a de diseña un sis ema de gene ación y almacenamien o dis ibuidos a ni el dis i o.
Sus demandas se án in oducidas po me o cuad ado, de mane a que puedan se dimensionadas en
unción del á ea de es udio que se desee. Se end án en cuen a a ias capacidades de almacenamien o
de las ba e ías, que i án desde los 200 kWh has a los 6200 kWh de capacidad, ango dimensionado de
acue do a las ca ac e ís icas del ci ado dis i o.
Po o o lado, la ga an ía de las ba e ías es á limi ada en la mayo ía de los casos a unos 3000 ciclos, lo
que equi ale a unos 10 años si se ealiza un único ciclo po día. Es e ac o de e mina en g an medida
la iabilidad económica de es e ipo de sis emas, di icul ando su amo ización debido a la g an
in e sión que debe se lle ada a cabo en con as e con una ida ú il ela i amen e limi ada. Además,
se es ablece á un alo de dep eciación del 5% con el in de calcula la en abilidad de las ins alaciones
bajo un pun o de is a ealis a.
Como ya se ha comen ado, se emplea á la ecnología de iones de li io, especialmen e ecuen e en
sis emas de co ien e al e na (conec ados a la ed) como el que se plan ea. Su cos e puede esul a
di ícil de es ima en unción de la bibliog a ía consul ada, ab ican e y ca ac e ís icas conc e as del
sis ema. En p ime luga , se es udia on las dos ma cas con más p esencia en el me cado con las
ca ac e ís icas deseadas, la alemana Sonnen y la es adounidense Tesla. Sin emba go, es os dos
ab ican es o ecen p ecios demasiado ele ados, especialmen e po se p ecios de en a al público
pa a pequeñas ins alaciones. Es po ello que se ha ecu ido al es udio The Fu u e o Ene gy S o age,
ealizado po el MIT (Massachuse s Ins i u e o Technology) [38]. En él se de e mina el p ecio ac ual
de las ba e ías de iones de li io, así como la p ospec i a a 2050 desglosada en es escena ios, ob enida
del in o me del NREL (Na ional Renewable Ene gy Labo a o y), en el que se ealiza una e isión de
li e a u a de 19 uen es publicadas en e 2018 y 2020. Los da os o ecidos po el MIT se mues an en
la abla 3.
Año
Cos e
capacidad
[$/kWh]
Cos es O&M
[$/kWh-año]
E iciencia
2020
277,0
6,8
0,92
2050 Low
70,9
1,4
0,92
2050 Mid
125,8
2,2
0,92
2050 High
177,0
3,2
0,92
Tabla 3: Cos es po capacidad y de ope ación y man enimien o de ba e ías. Fuen e: MIT [38]
EIB JUN-22
32
Figu a 8: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Fuen e: elabo ación p opia
En la igu a 8, se puede comp oba como los casos de mayo en abilidad o, lo que es lo mismo, de
mayo TIR, son los in e medios. Una ins alación demasiado pequeña supond ía una in e sión ele ada
que no pod ía se compensada po el educido aho o ob enido, al igual que una demasiado g ande
que, a pesa de pode cub i oda la demanda, supond ía una in e sión di ícil de asumi que además
di icul a ía su amo ización. Su o ma se debe a la combinación de dos e ec os di e en es. En p ime
luga , el modelo de cos es de ba e ías, que o ma una exponencial in e sa, y en segundo luga el aho o
anual ob enido, que c ece ápidamen e en los p ime os casos, pe o que poco a poco se a alen izando
has a que en los úl imos comienza a dec ece .
Sin emba go, eniendo en cuen a que la ida ú il de las ba e ías se ha es ablecido en 10 años (plazo de
ga an ía), no odas las in e siones con empladas en es e análisis se ían iables económicamen e. Si se
es ablece como alo lími e un payback de 9 años, solo las ins alaciones de en e 600 y 3400 kWh de
capacidad se ían iables, que co esponden a las que se encuen an po encima de la línea oja. Es a
iabilidad se e de e minada po la dep eciación, es ablecida p e iamen e en un 5%, la cual de ine la
línea oja mos ada en el g á ico. En el caso más a o able, el payback se á de 7 años. Además, es
p eciso eco da que, en el caso de las ins alaciones de meno capacidad, es as no pod án cub i la
o alidad de la demanda con una única ca ga dia ia, con lo que hab á anjas ho a ias en las que los
usua ios segui án dependiendo de la ed eléc ica pa a cub i la o alidad de su demanda, con su cos e
asociado.
Finalmen e, no se debe ol ida el e ec o que es e sis ema puede ene sob e la demanda ho a ia del
dis i o analizado, que se e á d ás icamen e modi icada. En la igu a 9 se mues a cómo cambia ía la
cu a ho a ia de un día ipo en unción del po cen aje de la demanda que puedan cub i las ba e ías.
-4%
-2%
0%
2%
4%
6%
8%
10%
12%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR
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33
Figu a 9: Cu a de demanda a la ed en unción de cua o po cen ajes de uso de las ba e ías. Fuen e: elabo ación p opia
En la igu a 9 se puede comp oba como el uncionamien o de las ba e ías c ea las p e iamen e ci adas
"cu as de pa o”
6.1.2 Sis ema de ba e ías con p oducción o o ol aica
Po o o lado, al y como se ha comen ado en la me odología, se con empla á ambién in eg ación de
gene ación dis ibuida en el análisis, conc e amen e median e ene gía sola o o ol aica. Es a se
combina á con el sis ema de almacenamien o de ba e ías pa a ap o echa al máximo sus en ajas.
Pa a ello se emplea án los cálculos de allados p e iamen e, añadiéndoles la p oducción o o ol aica
es imada median e PVGIS, que supond á un aho o di ec o al e i a ca ga esa ene gía desde la ed.
En la igu a 10 se mues an el aho o anual en unción de la capacidad de las ba e ías.
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23
Demanda ed [kWh]
Ho a del día
Cu a de demanda pa a un día ipo
40% 60% 80% 100%
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34
Figu a 10: Compa a i a en e capacidad de las ba e ías y aho o, con o o ol aica. Fuen e: elabo ación p opia
Como se puede comp oba en la igu a 10, los esul ados son simila es al caso an e io , con un g an
c ecimien o del aho o en el p ime amo y una es abilización en el úl imo. Sin emba go, g acias a la
inclusión de elec icidad a bajo cos e p o enien e de los paneles o o ol aicos, el aho o anual
asciende has a los 120.000€. Pa a analiza la iabilidad de es a ins alación, se compa a á el TIR con la
capacidad de las ba e ías con el in de iden i ica los casos de mayo en abilidad. Es a compa ación se
mues a en la igu a 11.
Figu a 11: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías, con o o ol aica. Fuen e: elabo ación p opia
Como se puede comp oba en la igu a 11, los esul ados son signi ica i amen e di e en es al caso
an e io . Es o se debe a que la inco po ación de un sis ema de gene ación o o ol aico apo a di e sas
al e aciones.
-
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Aho o anual [€]
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a aho o
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR
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35
En p ime luga , la in e sión inicial sigue siendo la misma, ya que el cos e de la ins alación o o ol aica
se incluye en el cos e de la elec icidad que es a p oduce. Es impo an e des aca lo que sucede cuando
la capacidad de almacenamien o es educida, ya que las ba e ías no se llegan a desca ga debido a que
la o o ol aica puede cub i oda la demanda que es as es aban des inadas a supli .
Se puede comp oba además que la g an mayo ía de casos es económicamen e iable sal o los 3
úl imos, de mayo amaño, con unos alo es de payback muy educidos, de poco más de 3 años en los
mejo es casos, es deci , en los que se con empla una meno capacidad de las ba e ías.
Es impo an e des aca que, debido a la escasa ida ú il de las ba e ías, puede esul a una opción más
a ac i a op a po sis emas de meno capacidad y po an o meno in e sión inicial, ya que es a es
más ácilmen e ecupe able. Así, pe mi e a sus usua ios bene icia se mucho an es del aho o di ec o
que es a supone, g acias a la ápida amo ización a pesa del meno aho o, si se compa a con o os
casos.
Debido a que es e abajo se cen a undamen almen e en el almacenamien o ene gé ico, el
dimensionamien o de sis emas de gene ación, especialmen e el sola o o ol aico queda en un
segundo plano. Es o se debe a la exis encia de un g an núme o de es udios en es e campo al es a más
ex endido come cialmen e. Sin emba go, pod ía se omado como eje p incipal en abajo u u o
debido a su ele ado po encial pa a pe mi i la independencia ene gé ica del sis ema p opues o, así
como pa a cub i más demanda que la limi ada po la capacidad de las ba e ías.
6.1.3 Reducción á ea es udio
En es e apa ado se e alua á la iabilidad de los sis emas p opues os si se implan asen en dis i os de
meno amaño, o en una pa e del p opio dis i o, pensado especialmen e pa a g upos de edi icios
den o de él. Es o supond ía undamen almen e una educción de la demanda eléc ica, que se
ebaja á a un 80% y un 60%. De es a mane a se pod á comp oba si es más iable c ea a ias
ins alaciones de meno amaño den o del dis i o o una única que cub a la o alidad de su demanda.
En p ime luga , se analiza á el p ime escena io, en el que la ins alación es á o mada únicamen e po
ba e ías. En las igu as 12 y 13 se mues an los alo es de aho o pa a el caso de pa ida y pa a una
educción del 80% y 60% del á ea de es udio, an o del sis ema o mado solo po ba e ías como del
combinado de ba e ías y p oducción o o ol aica.
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Figu a 12: Capacidad en unción del aho o. Reducción á ea de es udio al 80% y 60%. Fuen e: elabo ación p opia
Figu a 13: Capacidad en unción del aho o. Reducción á ea de es udio al 80% y 60%, con o o ol aica.
Fuen e: elabo ación p opia
Los esul ados incluidos en las igu as 12 y 13 mues an de o ma cla a como a ec a la educción de la
demanda al aho o anual. En el caso del sis ema o mado únicamen e po ba e ías, solamen e con el
100% del á ea de es udio el aho o se man iene es able en las capacidades más al as, en los o os dos
casos el aho o comienza a descende después de alcanza su alo máximo. En el caso del sis ema que
incluye la gene ación o o ol aica, se puede comp oba como el aho o desciende de una mane a
menos acusada en los alo es de almacenamien o más al os. Es o se debe a que, llegado un cie o
pun o, la mayo capacidad de las ba e ías pe mi e cub i la o alidad de la demanda, con lo que el
sis ema es a á sob edimensionado y no se á iable una in e sión inicial an ele ada.
-
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Capacidad en e a aho o
Aho o anual 100% Aho o anual 80% Aho o anual 60%
-
20.000
40.000
60.000
80.000
100.000
120.000
140.000
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Aho o anual [€]
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a aho o ( o o ol aica)
Aho o anual 100% Aho o anual 80% Aho o anual 60%
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A con inuación, pa a analiza la iabilidad de es os escena ios, se compa a á el TIR con la capacidad de
las ba e ías con el in de iden i ica los casos de mayo en abilidad. Es a compa ación se mues a en
las igu as 14 y 15.
Figu a 14: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Reducción á ea de es udio al 80% y 60%.
Fuen e: elabo ación p opia
Figu a 15: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Reducción á ea de es udio al 80% y 60%, con o o ol aica.
Fuen e: elabo ación p opia
En las igu as 14 y 15 se pueden comp oba a ios ac o es que las di e encian. En el caso de la igu a
14, pa a el sis ema o mado únicamen e po ba e ías se puede comp oba como la en abilidad de la
ins alación cae d ás icamen e si se educe el á ea de es udio, especialmen e con la educción al 60%,
en la que solamen e las capacidades po debajo de 2000 kWh esul an iables.
-15%
-5%
5%
15%
25%
35%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR
TIR 100% TIR 80% TIR 60%
-15%
-5%
5%
15%
25%
35%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR ( o o ol aica)
TIR 100% TIR 80% TIR 60%
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Es o demues a que no me ece la pena sob edimensiona es e sis ema, ya que la in e sión inicial debe
es a muy ajus ada, buscando el mínimo alo posible.
Algo di e en e sucede en la igu a 15 con la inclusión de la gene ación o o ol aica. En es e caso, la
ins alación man iene una ele ada en abilidad pa a capacidades pequeñas a pesa de que se eduzca
el á ea de es udio. En ella se puede comp oba su ele ado po encial pa a un g an ango de casuís icas,
esul ando iables la mi ad de las capacidades en el caso más des a o able plan eado.
Se puede comp oba po an o que la demanda a cub i a ec a signi ica i amen e a la en abilidad del
sis ema, siendo más iable cub i g andes á eas de dis i os ya que, aunque la in e sión es ele ada,
es a se amo iza ácilmen e g acias a un mayo aho o y a la educción de p ecio de las ba e ías al
aumen a su capacidad. De es a mane a la in e sión se epa i á en e más usua ios que se pod án
bene icia de o ma conjun a de es e sis ema, al mismo iempo que la demanda se á más uni o me y,
po an o, más ácilmen e asumible po las ba e ías.
6.1.4 Escena ios de e olución de p ecios
Debido que es e abajo ambién se plan ea como un análisis a la go plazo, a con inuación, se
de alla án los esul ados de los escena ios de e olución de p ecios has a el año 2050 de allados en la
sección p e ia.
Reducción de p ecios. “Cu a de pa o”
Los esul ados del análisis del escena io de educción de p ecios se mues an a con inuación en las
igu as 16 y 17. En ellas, se mues a el aho o anual ob enido en los dos sis emas pa a los dos
escena ios de educción del p ecio del pe iodo pun a en un 20% y 10%.
Figu a 16: Compa a i a en e capacidad de las ba e ías y aho o anual. Reducción pun a 20% y 10%.
Fuen e: elabo ación p opia
-
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Aho o anual [€]
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a aho o
Aho o anual 20% Aho o anual 10%
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Figu a 17: Compa a i a en e capacidad de las ba e ías y aho o anual. Reducción pun a 20% y 10%, con o o ol aica.
Fuen e: elabo ación p opia
Como se puede obse a en las igu as, con el pa ón de las cu as de aho o es simila a casos
an e io es. Sin emba go, en el caso del sis ema o mado únicamen e po ba e ías, se puede comp oba
como a pa i de la mi ad el alo del aho o se es abiliza y deja de c ece , algo que no sucede en el
caso del sis ema que incluye o o ol aica. Es o se debe a que el sis ema es á diseñado pa a educi el
consumo de la ed en las ho as pico, pe o si es as educen su p ecio, el aho o se á meno ya que no
in lui á si se consume en pico o llano, pe diendo es e plan eamien o su u ilidad.
En cuan o a la en abilidad de las ins alaciones, en las igu as 18 y 19 se mues an las compa a i as
en e el TIR y la capacidad de las ba e ías pa a el caso de pa ida y los dos escena ios de educción del
p ecio de pun a.
Figu a 18: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Reducción pun a 20% y 10%.
Fuen e: elabo ación p opia
-
10.000
20.000
30.000
40.000
50.000
60.000
70.000
80.000
90.000
100.000
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
Aho o anual [€]
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a aho o ( o o ol aica)
Aho o anual 20% Aho o anual 10%
-15%
-5%
5%
15%
25%
35%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR
TIR Inicial TIR 20% TIR 10%
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Figu a 19: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Reducción pun a 20% y 10%, con o o ol aica.
Fuen e: elabo ación p opia
En la igu a 18 se puede comp oba como la en abilidad del sis ema o mado únicamen e po ba e ías
cae d ás icamen e si se educen los p ecios de la elec icidad en el pe iodo pun a. Es o se debe, como
ya se ha comen ado, al diseño del uncionamien o del sis ema, que es á pensado pa a e i a los al os
cos es de la elec icidad en pun a y llano. Si es os cos es caen, el sis ema deja de se en able. En el
caso de es e es udio, pa a ninguno de los casos se ía en able implan a es e sis ema de
almacenamien o si los p ecios de la elec icidad se educen.
La cosa cambia pa a el sis ema que inco po a la p oducción o o ol aica. En él, aunque la en abilidad
cae según lo p e is o, en el caso de la educción de un 10%, más de la mi ad de capacidades siguen
siendo en ables, especialmen e las más pequeñas, que equie en una meno in e sión inicial y po
an o son más ácilmen e amo izables. Pa a el caso de la educción del 20% del p ecio del pe iodo
pun a, la en abilidad cae signi ica i amen e, siendo únicamen e iables las 3 p ime as capacidades.
Po ello, se con i ma como es e sis ema es á especialmen e pensado pa a unciona con un sis ema de
p ecios ele ados, especialmen e el del pe iodo pun a. An e un escena io de educción de los mismos,
educi ía d ás icamen e su iabilidad, siendo necesa io conside a o as opciones de almacenamien o
y gene ación dis ibuidas más adecuadas pa a el nue o escena io.
Inc emen o del p ecio de la elec icidad has a 2050
Los esul ados del análisis del escena io de inc emen o de p ecios se mues an a con inuación en las
igu as 20 y 21. En ella, se mues a la en abilidad de los dos sis emas el escena io de aumen o de los
3 pe iodos de elec icidad en un 20%.
-15%
-10%
-5%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR ( o o ol aica)
TIR Inicial TIR 20% TIR 10%
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Figu a 20: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Aumen o p ecio 20%. Fuen e: elabo ación p opia
Figu a 21: Compa a i a en e TIR y capacidad de las ba e ías. Aumen o p ecio 20%, con o o ol aica.
Fuen e: elabo ación p opia
Como se puede comp oba en las igu as 20 y 21, la en abilidad de la ins alación aumen a en odos
los casos. Es o se debe a que las ba e ías si en como amo iguación de los p ecios ele ados du an e
las ho as más ca as. A pesa que los es amos de p ecios de elec icidad inc emen en su cos e y
consecuen emen e sea más ca o ca ga las ba e ías po la noche, el aumen o a su ez del es o de
amos compensa di ec amen e es e sob ecos e, ob eniendo así un aho o mayo . Es po ello que es e
sis ema de almacenamien o de elec icidad se p esen a como una opción iable an o a co o como
la go plazo pa a mi iga la posible subida de los p ecios de la elec icidad.
-5%
0%
5%
10%
15%
20%
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30%
35%
40%
45%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR
TIR Inicial TIR 20%
-5%
0%
5%
10%
15%
20%
25%
30%
35%
40%
45%
01000 2000 3000 4000 5000 6000 7000
TIR
Capacidad de las ba e ías [kWh]
Capacidad en e a TIR ( o o ol aica)
TIR Inicial TIR 20%
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48
14, no. 8, p. 2159. DOI 10.3390/en14082159. A ailable om:
<h p://dx.doi.o g/10.3390/en14082159>
23. WICKI, Samuel; and HANSEN, E ik G. Clean Ene gy S o age Technology in he Making: An
Inno a ion Sys ems Pe spec i e on Flywheel Ene gy S o age. Jou nal o Cleane P oduc ion, Sep 20,
2017, ol. 162. pp. 1118-1134. A ailable om <h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.jclep o.2017.05.132>
PubMed. ISSN 0959-6526.
24. HERRMANN, A.; MÄDLOW, A.and KRAUSE, H. Key Pe o mance Indica o s E alua ion o a
Domes ic Hyd ogen Fuel Cell CHP. In e na ional Jou nal o Hyd ogen Ene gy, Jul 19, 2019, ol. 44, no.
35. pp. 19061-19066. A ailable om <h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.ijhydene.2018.06.014> C ossRe .
ISSN 0360-3199.
25. THOUNTHONG, Pha ipha ; and DAVAT, Be na d. S udy o a Mul iphase In e lea ed S ep-Up
Con e e o Fuel Cell High Powe Applica ions. Ene gy Con e sion and Managemen , 2010, ol. 51,
no. 4. pp. 826-832. A ailable om <h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.enconman.2009.11.018> C ossRe .
ISSN 0196-8904.
26. OU, Kai; YUAN, Wei-Weiand KIM, Young-Bae. De elopmen o Op imal Ene gy Managemen o a
Residen ial Fuel Cell Hyb id Powe Sys em wi h Hea Reco e y. Ene gy (Ox o d), Ma 15, 2021, ol.
219. pp. 119499. A ailable om <h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.ene gy.2020.119499> C ossRe . ISSN
0360-5442.
27. PURANEN, Pie a i; KOSONEN, An iand AHOLA, Je o. Technical Feasibili y E alua ion o a Sola PV
Based O -G id Domes ic Ene gy Sys em wi h Ba e y and Hyd ogen Ene gy S o age in No he n
Clima es. Sola Ene gy, Jan 1, 2021, ol. 213. pp. 246-259. A ailable om
<h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.solene .2020.10.089>. ISSN 0038-092X.
28. I. Sa bu and C. Seba chie ici, "A Comp ehensi e Re iew o The mal Ene gy S o age,"
Sus ainabili y, ol. 10, (1), pp. 191, 2018. A ailable:
h ps://sea ch.p oques .com/doc iew/2002779883. DOI: 10.3390/su10010191.
29. A. Kuma and S. K. Shukla, "A Re iew on The mal Ene gy S o age Uni o Sola The mal Powe
Plan Applica ion," Ene gy P ocedia, ol. 74, pp. 462-469, 2015. A ailable:
h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.egyp o.2015.07.728. DOI: 10.1016/j.egyp o.2015.07.728.
30. J. Taylo e al, "Noise le els and noise pe cep ion om small and mic o wind u bines,"
Renewable Ene gy, ol. 55, pp. 120-127, 2013. A ailable:
h ps://dx.doi.o g/10.1016/j. enene.2012.11.031. DOI: 10.1016/j. enene.2012.11.031.
31. LONGSON, Michael. S ong G ow h Ahead o Ba e y S o age. P Magazine, 2021. A ailable om
<h ps://www.p -magazine.com/2021/04/13/s ong-g ow h-ahead- o -ba e y-s o age/>.
32. PUDJIANTO, Danny, e al. Whole-Sys ems Assessmen o he Value o Ene gy S o age in Low-
Ca bon Elec ici y Sys ems. IEEE T ansac ions on Sma G id, Ma , 2014, ol. 5, no. 2. pp. 1098-1109.
A ailable om <h ps://ieeexplo e.ieee.o g/documen /6612755> C ossRe . ISSN 1949-3053.
EIB JUN-22
49
33. SHEN, Xinwei, e al. Expansion Planning o Ac i e Dis ibu ion Ne wo ks wi h Cen alized and
Dis ibu ed Ene gy S o age Sys ems. IEEE T ansac ions on Sus ainable Ene gy, Jan, 2017, ol. 8, no. 1.
pp. 126-134. A ailable om <h ps://ieeexplo e.ieee.o g/documen /7501863> C ossRe . ISSN 1949-
3029.
34. Minis e io pa a la T ansición Ecológica y el Re o Demog á ico. Es a egia De Almacenamien o
Ene gé ico.
35. Real Dec e o-Ley 23/2020, De 23 De Junio, Po El Que Se Ap ueban Medidas En Ma e ia De
Ene gía Y En O os Ámbi os Pa a La Reac i ación Económica.
36 D. Ma oke alidis, "Ene gy p ices o emain ‘signi ican ly abo e a e age’ up o 2030 ," Ene gy Li e
News, A ailable: h ps://www.ene gyli enews.com/2022/04/21/ene gy-p ices- o- emain-
signi ican ly-abo e-a e age-up- o-2030/.
37. Heck, T., 2007. Wä mepumpen: Teil X, in: Dones, R., Baue , C., Bollige , R., Bu ge , B., Fais
Emmenegge , M., F ischknech , R., Heck, T., Jungblu h, N., Röde , A. (Eds.), Sachbilanzen on
Ene giesys emen. G undlagen ü den ökologischen Ve gleich on Ene giesys emen und den
Einbezug on Ene giesys emen in Ökobilanzen ü die Schweiz. Final epo ecoin en da a 2.0, No.
6., Dübendo .
38. Massachuse s Ins i u e o Technology, "The Fu u e o Ene gy S o age," A ailable:
h ps://ene gy.mi .edu/wp-con en /uploads/2022/05/The-Fu u e-o -Ene gy-S o age.pd .
39. H. Bel an e al, "Le elized Cos o S o age o Li-Ion Ba e ies Used in PV Powe Plan s o Ramp-
Ra e Con ol," Tec, ol. 34, (1), pp. 554-561, 2019. A ailable:
h ps://ieeexplo e.ieee.o g/documen /8606249. DOI: 10.1109/TEC.2019.2891851.
40. J. López P ol, K. W. S eininge and D. Zilbe man, "The cannibaliza ion e ec o wind and sola in
he Cali o nia wholesale elec ici y ma ke ," Ene gy Economics, ol. 85, pp. 104552, 2020. A ailable:
h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.eneco.2019.104552. DOI: 10.1016/j.eneco.2019.104552.
41. S. Wilkinson e al, "The duck cu e in a d ying pond: The impac o oo op PV on he Wes e n
Aus alian elec ici y ma ke ansi ion," U ili ies Policy, ol. 71, pp. 101232, 2021. A ailable:
h ps://dx.doi.o g/10.1016/j.jup.2021.101232. DOI: 10.1016/j.jup.2021.101232.
42. A. De Vi a e al, EU Re e ence Scena io 2020. Luxembou g: Publica ions O ice, 2021.
