Study and Assessment of Energy Policies to Achieve Consumer Centered Power Systems

Abstract

[ES] La crisis climática hace necesaria una transición energética para reducir el consumo de energía primaria y sustituir los combustibles fósiles por el uso de energías renovables mientras se electrificacan consumos energéticos. Esta transición energética está cambiando el paradigma del sector eléctrico, que pasa de ser un sistema con generación centralizada, demanda pasiva y casi nula capacidad de almacenamiento, a un sistema que tendrá que adaptarse a la variabilidad en el aprovechamiento de los flujos energéticos renovables. El desarrollo de nuevas tecnologías y las mayores necesidades de flexibilidad que aparecen implican un nuevo contexto de generación descentralizada, demanda activa y el desarrollo del almacenamiento como herramienta imprescindible de sistema. Y en esta nueva situación, los agentes consumidores adquiere un rol central en los sistemas eléctricos presentes y futuros.

Esta tesis doctoral tiene como objetivo analizar las políticas públicas y la regulación que fomentarán la transición energética dentro del sistema eléctrico donde el consumidor jugará un papel imprescindible y se situará en el centro de mismo. La tesis emplea una serie de metodologías y herramientas transversales para abordar y analizar las tres etapas del proceso de las políticas públicas: formulación, diseño y evaluación. El cuerpo principal de la tesis contiene cuatro aportaciones recogidas en tres bloques. El primer bloque, formulación, responde a los dos primeros objetivos específicos que se centran en analizar programas de respuesta de la demanda a nivel internacional de forma estandarizada y cuantificar el potencial de flexibilidad en el sector residencial. El segundo, diseño, responde al tercer objetivo específico que se centra analizar los impactos que la regulación de fomento del autoconsumo tendría sobre el sistema eléctrico. Y el tercero, evaluación, responde al cuarto objetivo específico de extraer buenas prácticas y mejoras sobre una política pública ya implementada que utiliza la demanda industrial para proporcionar servicios complementarios al sistema. Cada una de las aportaciones contiene casos de estudio y políticas reales que han sido aplicadas o están siendo estudiadas. De esta forma la tesis aborda la problemática regulatoria actual centrada en fomentar un nuevo marco normativo para una transición energética donde la demanda eléctrica incrementa su papel en el sistema.

Las cuatro aportaciones presentadas en esta tesis demuestran la necesidad de continuar avanzando en la formulación, diseño y evaluación de políticas con el objetivo de situar a los consumidores en el centro del sistema eléctrico. Mediante una combinación de técnicas y metodologías se muestran diversas formas de abordar la problemática y así mejorar las políticas públicas encaminadas a fomentar la transición energética del sistema energético actual a un sistema renovable y con una mayor participación de la ciudadanía y los agentes consumidores de electricidad.

[CA] La crisi climàtica fa necessària una transició energètica per a reduir el consum d'energia primària i substituir els combustibles fòssils per l'ús d'energies renovables mentre s-electrifiquen els consums energètics. Aquesta transició energètica està canviant el paradigma del sector elèctric, que passa de ser un sistema amb generació centralitzada, demanda passiva i quasi nul·la capacitat d'emmagatzematge, a un sistema que haurà d'adaptar-se a la variabilitat en l'aprofitament dels fluxos energètics renovables. El desenvolupament de noves tecnologies i les majors necessitats de flexibilitat que sorgeixen impliquen un nou context de generació descentralitzada, demanda activa i el desenvolupament de l'emmagatzematge com a eina imprescindible del sistema. I en aquesta nova situació, els agents consumidors adquireix un rol central en els sistemes elèctrics presents i futurs.

Aquesta tesi doctoral té com a objectiu analitzar les polítiques públiques i la regulació que fomentaran la transició energètica dins del sistema elèctric on el consumidor jugarà un paper imprescindible i se situarà en el centre del mateix. La tesi empra una sèrie de metodologies i eines transversals per a abordar i analitzar les tres etapes del procés de les polítiques públiques: formulació, disseny i avaluació.

El cos principal de la tesi conté quatre aportacions recollides en tres blocs. El primer bloc, formulació, respon als dos primers objectius específics que se centren a analitzar programes de resposta de la demanda elèctrica en l'àmbit internacional de forma estandarditzada i quantificar el potencial de flexibilitat en el sector residencial. El segon, disseny, respon al tercer objectiu específic que se centra analitzar els impactes que la regulació de foment de l'autoconsum tindria sobre el sistema elèctric. I el tercer, avaluació, respon al quart objectiu específic d'extraure bones pràctiques i millores sobre una política pública ja implementada que utilitza la demanda industrial per a proporcionar serveis complementaris al sistema. Cadascuna de les aportacions conté casos d'estudi i polítiques reals que han sigut aplicades o estan sent estudiades actualment. D'aquesta manera la tesi aborda la problemàtica reguladora actual centrada a fomentar un nou marc normatiu per a una transició energètica on la demanda elèctrica incrementa el seu paper en el sistema.

Les quatre aportacions presentades en aquesta tesi demostren la necessitat de continuar avançant en la formulació, disseny i avaluació de polítiques amb l'objectiu de situar als consumidors en el centre del sistema elèctric. Mitjançant una combinació de tècniques i metodologies es mostren diverses maneres d'abordar la problemàtica i així millorar les polítiques públiques encaminades a fomentar la transició energètica del sistema energètic actual a un sistema renovable i amb una major participació de la ciutadania i els agents consumidors d'electricitat.

[EN] The climate crisis requires an energy transition to reduce primary energy consumption and replace fossil fuels with renewable energies while electrifying energy consumption. This energy transition is changing the paradigm of the electricity sector from a system with centralised generation, passive demand, and almost no storage capacity, to a system that will have to adapt to the variability in the use of renewable energy flows. The development of new technologies and the greater flexibility needs that arise from this change imply a new context of decentralized generation, active demand, and the development of storage as an essential system tool. And in this new situation, consumers acquire a central role in the present and future electricity systems.

This doctoral thesis aims to analyse the public policies and regulations that will promote the energy transition within the electricity system where the consumer will play an essential role being at the center of it. The thesis employs a series of transdisciplinary methodologies and tools to address and analyse the three stages of the public policy process: formulation, design, and evaluation.

The main body of the thesis contains four contributions organised in three blocks. The first block, formulation, responds to the first two specific objectives that focus on analysing demand response programs at the international level in a standardised way and quantifying the potential for flexibility in the residential sector. The second, design, responds to the third specific objective, which focuses on analysing the impacts that the regulation to promote self-consumption would have on the electricity system. And the third, evaluation, responds to the fourth specific objective of extracting good practices and improvements on an already implemented public policy that uses industrial demand to provide complementary services to the system. Each of the contributions contains case studies and real policies that have been implemented or are under study. In this way, the thesis addresses the current regulatory issues focused on promoting a new regulatory framework for an energy transition where electricity demand increases its role in the system.

The four contributions presented in this thesis demonstrate the need to continue advancing in the formulation, design, and evaluation. Through a combination of techniques and methodologies, the document shows different ways of approaching the problem to improve public policies aimed at promoting the energy transition from the current energy system to a renewable system with greater participation of citizens and electricity consumers.