Estudio de la sostenibilidad y energías renovables en comunidades energéticas

Abstract

SUMMARY OF THE DOCTORAL THESIS: "STUDY OF SUSTAINABILITY AND RENEWABLE ENERGIES IN ENERGY COMMUNITIES"

The doctoral thesis titled *Study of Sustainability and Renewable Energies in Energy Communities* provides a detailed analysis of the role of Local Energy Communities (LECs) as a key tool for the transition to a more sustainable energy system. Throughout its six chapters, the thesis examines regulatory, technological, and economic aspects related to the integration of renewable energies, energy storage, and citizen participation. Below is a structured summary of these chapters, highlighting how they culminate in the analysis of the Berrobi LEC case study in Chapter 5. Chapter 1: Introduction and Theoretical Framework The first chapter introduces the context of the energy transition driven by the European Green Deal and the EU Directive 2019/944, which promote the creation of Renewable Energy Communities (RECs) and Citizen Energy Communities (CECs). These initiatives aim to democratize access to and management of energy through the active participation of citizens. The thesis emphasizes that decentralization and decarbonization of the energy system are fundamental pillars in the fight against climate change, and that LECs can facilitate the achievement of both objectives. Chapter 2: International Comparison of LECs This chapter analyzes international experiences with LECs, highlighting regulatory and technological differences in countries such as Spain, Germany, Denmark, the United States, and Australia. The analysis concludes that favorable regulation and economic incentives are critical to the success of these projects. In countries like Germany, energy cooperatives have played a crucial role in the expansion of renewable energy, whereas in Spain, LECs are emerging as an innovative model but face financial and energy storage challenges. Chapter 3: Applied Renewable Technologies The third chapter examines the main renewable technologies powering LECs, particularly solar photovoltaic and wind energy, which are most suitable for local and decentralized environments. The critical role of energy storage, especially batteries, is also explored to mitigate the intermittency of renewable energies. This chapter provides the foundation for understanding the challenge of managing energy surpluses produced by LECs and the need for efficient storage technologies. Chapter 4: Digitalization and Enabling Technologies This chapter details how digitalization and Energy Management Systems (EMS) are essential for optimizing energy consumption and generation within LECs. Smart grids and real-time control systems enhance energy efficiency, facilitating the integration of renewable sources and reducing operational costs. This technological infrastructure is crucial for the viability of LECs and is reflected in the analysis of the Berrobi case study, where digitalization enables efficient management of energy surpluses. Chapter 5: Case Study of the Berrobi LEC This chapter examines the case of the Berrobi LEC in the Basque Country, which integrates a photovoltaic installation with energy storage systems to manage energy surpluses and improve collective self-consumption. The photovoltaic installation has a capacity of 33 kWn, with each member of the community holding an equivalent share of 0.5 kWp. The storage system, consisting of high-capacity batteries, was implemented to mitigate the intermittency of solar energy and optimize the management of surpluses. The Energy Management System (EMS) was calibrated to regulate the injection of energy into the grid, optimize battery charging during peak production times, and discharge energy during periods of high demand, thereby minimizing energy costs. The analysis concludes that energy storage is essential for achieving a self-consumption level of over 90%, reducing energy surpluses to 9%.

Furthermore, it is calculated that in order to make the installation of these batteries viable, a public subsidy covering at least 67% of the initial investment is necessary. This subsidy is crucial for LECs to effectively leverage their energy surpluses and ensure the economic sustainability of the project. Without this support, large-scale storage implementation would be financially unfeasible for most energy communities. Chapter 6: Conclusions and Future Proposals The thesis concludes that LECs are a powerful tool for advancing the energy transition, but they face technical and financial challenges, particularly concerning energy storage. A future line of research proposes exploring individualized storage systems for each member of the LEC, which could improve efficiency compared to collective storage. The importance of developing public policies that incentivize the use of storage technologies and the implementation of smart grids is also emphasized. In conclusion, the thesis highlights that LECs, supported by an appropriate legal framework and efficient storage technologies, have the potential to transform the energy system into a more sustainable, participatory, and decentralized model.

RESUMEN TESIS DOCTORAL ESTUDIO DE LA SOSTENIBILIDAD Y ENERGÍAS RENOVABLES EN LAS COMUNIDADES ENERGÉTICAS La tesis doctoral titulada Estudio de la sostenibilidad y energías renovables en las comunidades energéticas, analiza en detalle el papel de las Comunidades Energéticas Locales (CEL) como una herramienta clave para la transición hacia un sistema energético más sostenible. A lo largo de los seis capítulos, se examinan aspectos regulatorios, tecnológicos y económicos relacionados con la integración de energías renovables, el almacenamiento energético y la participación ciudadana. A continuación, se presenta un resumen estructurado de estos capítulos, destacando cómo culminan en el análisis del caso de la CEL de Berrobi en el capítulo 5. Capítulo 1: Introducción y marco teórico El primer capítulo introduce el contexto de la transición energética impulsada por el Pacto Verde Europeo y la Directiva 2019/944de la UE, que promueven la creación de Comunidades de Energía Renovable (CER) y Comunidades Ciudadanas de Energía (CCE). Estas iniciativas buscan democratizar el acceso y la gestión de la energía mediante la participación activa de los ciudadanos. La tesis subraya que la descentralización y la descarbonización del sistema energético son pilares fundamentales en la lucha contra el cambio climático, y que las CEL pueden facilitar ambos objetivos. Capítulo 2: Comparativa internacional de CEL En este capítulo se analizan las experiencias internacionales de CEL, destacando las diferencias regulatorias y tecnológicas en países como España, Alemania, Dinamarca, Estados Unidos y Australia. Se concluye que la regulación favorable y los incentivos económicos son determinantes para el éxito de estos proyectos. En países como Alemania, las cooperativas energéticas han jugado un papel crucial en la expansión de las energías renovables, mientras que en España, las CEL emergen como un modelo innovador pero con barreras a nivel financiero y de almacenamiento energético. Capítulo 3: Tecnologías renovables aplicadas El tercer capítulo examina las principales tecnologías renovables que alimentan las CEL, especialmente la energía solar fotovoltaica y la eólica, que son las más adecuadas para entornos locales y descentralizados. También se explora el papel crucial del almacenamiento energético, en particular el de las baterías, para mitigar la intermitencia de las energías renovables. Este capítulo sirve de base para entender el reto de gestionar los excedentes de energía producidos por las CEL y la necesidad de tecnologías de almacenamiento eficientes. Capítulo 4: Digitalización y tecnologías habilitadoras Aquí se detalla cómo la digitalización y los sistemas de gestión de energía (EMS) son esenciales para optimizar el consumo y la generación de energía dentro de las CEL. Las Smart Grids y los sistemas de control en tiempo real permiten mejorar la eficiencia energética, facilitando la integración de fuentes renovables y reduciendo los costos operativos. Esta infraestructura tecnológica es crucial para la viabilidad de las CEL y se refleja en el análisis del caso de Berrobi, donde la digitalización permite una gestión eficaz de los excedentes energéticos. Capítulo 5: Caso práctico de la CEL de Berrobi Este capítulo examina el caso de la **CEL de Berrobi** en el País Vasco, que integra una instalación fotovoltaica con sistemas de almacenamiento energético para gestionar los excedentes de energía y mejorar el autoconsumo colectivo. La instalación fotovoltaica tiene una capacidad de **33 kWn**, y cada miembro de la comunidad posee una participación equivalente a 0,5 kWp. El sistema de almacenamiento, compuesto por baterías de alta capacidad, se implementó para mitigar la intermitencia de la energía solar y optimizar la gestión de los excedentes. El (Energy Management System) se calibró para regular la inyección de energía a la red, optimizar la carga de las baterías durante los picos de producción y descargar la energía durante los periodos de alta demanda, minimizando así los costes energéticos. Se concluye que el almacenamiento es esencial para alcanzar un nivel de autoconsumo superior al 90%, reduciendo los excedentes de producción hasta un 9%.

Además, se calcula que para hacer viable la instalación de estas baterías, es necesario un subsidio público de al menos el 67% de la inversión inicial. Este subsidio es crucial para que las CEL puedan aprovechar de manera efectiva sus excedentes de energía y asegurar la sostenibilidad económica del proyecto. Sin este apoyo, la implementación del almacenamiento a gran escala sería financieramente inviable para la mayoría de las comunidades energéticas. Capítulo 6: Conclusiones y propuestas futuras La tesis concluye que las CEL son una herramienta poderosa para avanzar en la transición energética, pero enfrentan desafíos técnicos y financieros, especialmente relacionados con el almacenamiento energético. Se propone como línea futura de investigación la exploración de almacenamientos individualizados para cada miembro de la CEL, lo que podría mejorar la eficiencia en comparación con el almacenamiento colectivo. También se destaca la importancia de desarrollar políticas públicas que incentiven el uso de tecnologías de almacenamiento y la implementación de smart grids. En conclusión, el trabajo destaca que las CEL, apoyadas por un marco legal adecuado y tecnologías de almacenamiento eficientes, tienen el potencial de transformar el sistema energético hacia un modelo más sostenible, participativo y descentralizado.