Antes de describir los objetivos específicos de este proyecto, es necesario presentar la asignatura a cuya implantación va dirigida la ayuda solicitada en esta convocatoria. “ElectroIngenia” es la propuesta de asignatura tipo Ingenia del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la ETSI Industriales de la Universidad Politécnica de Madrid. Durante el desarrollo de la asignatura, los alumnos, divididos en tres grupos trabajarán en el diseño y construcción de diferentes elementos que componen un sistema eléctrico de potencia.

En la parte de generación de energía eléctrica, cada grupo diseñará y construirá un generador fotovoltaico y su conexión a una red eléctrica trifásica. En la parte de consumo, cada grupo diseñará y construirá el accionamiento eléctrico de una bomba hidráulica, que se alimenta desde la red trifásica anterior y que bombea agua a un depósito situado a un nivel superior. En la parte de transporte de energía eléctrica, los tres grupos utilizarán simultáneamente la red eléctrica mencionada para asegurar el suministro de energía eléctrica desde los generadores hasta los consumos con un sistema de mercado.

Como marco general de desarrollo de los distintos objetivos de la asignatura se propone un juego híbrido de simulación de mercados eléctricos. En este juego, cada uno de los tres grupos asume el papel de una empresa que integra los negocios de generación y comercialización de energía eléctrica y participa con dos agentes, un generador y un comercializador, en un mercado eléctrico competitivo. Además de estos seis participantes, hay un séptimo agente operador del sistema, el profesor, cuya función es garantizar el correcto funcionamiento del mismo. Para ello, el operador del sistema cuenta con una reserva adicional de generación, implantada físicamente como una conexión a la red eléctrica externa de 50 Hz. El operador del mercado también es el profesor.

Para una adecuada implantación de la asignatura ElectroIngenia se plantea el proyecto de acuerdo a los siguientes objetivos:

1.       Desarrollo del marco Web de la asignatura.

ElectroIngenia es una asignatura multidisciplinar con un alto contenido práctico que inicialmente cuenta con la participación de 12 profesores del departamento de Ingeniería Eléctrica y 5 profesores de Estadística.

Con el objetivo de dinamizar y de dar uniformidad a los contenidos de la asignatura, es fundamental la utilización de una aplicación Web de Gestión de Recursos, tipo Moodle o Aulaweb. Este marco de presentación de la asignatura, lugar de referencia de los alumnos, puede ofrecer múltiples posibilidades:

·         Se podrá acudir a buscar la información necesaria para la realización de diferentes trabajos

·         Se podrán planificar y coordinar las tareas

·         Se podrán realizar las entregas encargadas por los profesores

·         Permitirá la interacción entre sí de los alumnos y con los profesores mediante:

o   Foros periódicos, donde se plantearan cuestiones a resolver en común por los diferentes grupos

o   Portafolios de alumno, donde colocarán trabajos en proceso para que el profesor pueda controlar su evolución.

2.       Especificación del material de los grupos de generación

En el Laboratorio de Máquinas Eléctricas se dispone de paneles fotovoltaicos e inversores electrónicos para poder realizar los grupos de generación. Será misión de los alumnos desarrollar una estrategia de control de los inversores, que haga al sistema de generación más eficiente de cara a ser más competitivo en el juego de mercados eléctricos en el que tendrán que competir.

Previamente al desarrollo de los grupos de generación por parte de los futuros alumnos de la asignatura es necesario el acondicionamiento de los equipos, especificando el material fungible necesario para su montaje.

3.       Especificación del material de los grupos de bombeo

Una vez conocida la potencia de los grupos de generación habrá que especificar la potencia de los grupos de bombeo. A fecha de esta propuesta se dispone de convertidores electrónicos pero no de electrobombas, aunque existe una idea muy clara de qué tipo de bomba hay disponible en el mercado con un coste asumible para el Laboratorio de Máquinas Eléctricas.

De este modo, una vez especificada la potencia la adquisición del material necesario será más o menos inmediata. Este material, además de la electrobomba, incluye tuberías, depósitos, etc.

Con este material es necesario desarrollar una estrategia de control y consumo, basada en la mejora del rendimiento de la electrobomba, pero teniendo también en cuenta el coste de la energía consumida al precio que resulte de la casación del mercado eléctrico. Sin embargo este trabajo ya será misión de los alumnos que cursen la asignatura, escapándose del ámbito del proyecto para el que se pide la ayuda.

4.       Estudio previo de escenarios para la competición.

Según se ha indicado más arriba, en la fase de implantación de ElectroIngenia, hay cabida para 3 equipos de alumnos, cada uno de los cuales participará en el mercado eléctrico con un grupo generador y otro consumidor (estación de bombeo). La competición se organizará en varias sesiones, con el objetivo de que los equipos vayan aprendiendo de las experiencias de mercado anteriores.

Para cada sesión, los agentes participan en un mercado principal. Una vez hecha la casación de oferta y demanda en este mercado, se procede a la operación física del sistema con los equipos desarrollados. Una vez terminada la sesión, se procede a la liquidación de los bloques de energía efectivamente generada y consumida con un sistema de precios marginales, así como a la liquidación de los desvíos.

El objetivo del juego para cada empresa es obtener las máximas ganancias tras un número prefijado de sesiones. Para ello, las empresas integran los ingresos y los gastos de su agente generador y su agente comercializador:

•             Para cada agente generador se asumen unos gastos fijos, independientes de la energía producida, que representan los costes de amortización de sus instalaciones y que se suponen iguales para todos los equipos. Los gastos variables son los correspondientes a las penalizaciones por los desvíos respecto del programa. Los ingresos corresponden a la remuneración obtenida en los mercados principales.

•             Para cada agente comercializador, los gastos corresponden a la liquidación de las sesiones de los mercados principales y de los desvíos. Los ingresos corresponden a la remuneración por la energía suministrada en forma de energía hidráulica, a un precio fijo por unidad de energía.

Naturalmente, los detalles de implantación del juego de simulación de mercados eléctricos se deben diseñar con el objetivo de que un buen resultado en el mismo sea la consecuencia de que los equipos hayan hecho un buen trabajo previo de diseño, construcción y ensayo de los dispositivos generadores y consumidores.

Para ello es necesario platear escenarios que pongan a prueba la convergencia del mercado eléctrico propuesto, por lo que antes de plantear la asignatura a los alumnos será necesario realizar simulaciones en diferentes escenarios de precios de generación y precios de consumo, identificando en su caso los mecanismos de regulación que permitan establecer el juego híbrido de mercados eléctricos que se propone en ElectroIngenia.

Para conseguir los objetivos presentados se ha dividido el proyecto en varias fases, secuenciadas en el tiempo:

1.       Elección de la herramienta web de gestión de recursos.

No se ha decidido todavía la herramienta a utilizar aunque se barajan las dos opciones utilizadas en distintos ámbitos de la UPM: AulaWEB o Moodle. En esta primera fase se elegirá definitivamente la herramienta que mejor se adapte y gestione actividades como los foros y la entrega de ejercicios.

Una vez elegida la herramienta habrá que construir un marco para ir completando las actividades necesarias para la gestión de la Asignatura.

Merecerá especial atención la preparación de contenidos didácticos con un formato ágil que pueda ser utilizado en los foros. Así mediante el planteamiento de preguntas muy concretas y la dirección de las respuestas se podrá dinamizar el foro. En ese sentido se evaluará de posibilidad/necesidad de incluir contenido audiovisual.

En esta primera fase estimamos fundamental la colaboración de un becario.

2.       Desarrollo de los equipos de generación y bombeo.

Además de la especificación de los equipos, planteados en los apartados 2 y 3 del epígrafe anterior, en esta segunda fase se desarrollarán los equipos por parte de los alumnos, con la supervisión de los profesores correspondientes. Por ser el año de la implantación de la asignatura, y dado el alto contenido práctico de la misma, es de esperar que se produzcan desviaciones sobre los objetivos originales y que sea necesario tomar las medidas que corrijan esta desviación, para lo que estimamos necesario recurrir a una partida de gastos fungibles.

3.       Implantación del juego híbrido de mercados eléctricos.

Para identificar las restricciones necesarias, planteadas en el apartado 4 del epígrafe anterior, estimamos fundamental la participación de un becario. Una vez identificadas estas restricciones, se darán las condiciones para la implantación de la competición.

En otros juegos de simulación de mercados eléctricos, el énfasis está puesto en el aprendizaje del funcionamiento de estos mercados y su dinámica, por lo que el juego está implementado con cierto grado de complejidad mediante una herramienta de simulación.

En el caso de ElectroIngenia, se propone un juego híbrido simulación-realidad mediante la simulación de mercados eléctricos integrada con un sistema eléctrico real, en el que el énfasis está puesto en la concepción, diseño, implementación y operación de un sistema real y sus componentes, al estilo de la iniciativa CDIO.

La integración de este sistema real en un juego de mercados eléctricos, además de servir de incentivo al alumno y de método de evaluación del trabajo desarrollado, persigue dotar al mero trabajo de ingeniería de una orientación hacia la satisfacción de la necesidad del cliente, teniendo en cuenta restricciones de recursos. Esta orientación es una de las carencias detectadas por las empresas empleadoras en la formación de nuestros alumnos.

El juego se desarrollara en varias sesiones separadas entre sí en el tiempo. Con esta separación se pretende que los equipos dispongan de tiempo para mejorar el comportamiento técnico de sus dispositivos de generación y consumo. También disponen tiempo para analizar el comportamiento del mercado durante la sesión anterior y para definir su estrategia para la siguiente sesión.

En cada sesión del mercado principal previo a cada sesión de operación, cada agente generador debe hacer una oferta de venta de diez bloques de energía con un precio diferente por cada bloque. Análogamente, cada agente comercializador debe hacer una oferta de compra de nueve bloques de energía, también con un precio diferente por bloque. El resultado de la casación da el precio de compraventa de todos los bloques de energía.

4.       Evaluación de los resultados.

Según se planteará en el epígrafe siguiente se distinguirán entre dos tipos de resultados. En primer lugar se trataran los resultados desde el punto de vista de la implantación y gestión de la asignatura y, en segundo lugar, se analizarán los resultados desde el punto de vista de las competencias adquiridas por los alumnos

5.       Difusión de los resultados

El grupo de profesores participantes creen que es una obligación para con la comunidad universitaria la difusión de las experiencias docentes, tal ya como se muestra en las algunas de las publicaciones realizadas en los últimos años:

·         “Plataforma física para formación experimental en Generación Eléctrica con Aerogeneradores”

·         “El libro electrónico como complemento para la enseñanza de las máquinas eléctricas”

·         “New Platform for Experimental Education in Electrical Generation Based on Wind Energy Systems”

·         “Adaptation of the Electric Machines Learning Process to the European Higher Education Area”

·         “A Learning Through Play Approach to the Development and Assessment of General Competences in Electrical Engineering based on a Student Competition”

·         “Computer-Based Simulation and Scaled Laboratory Bench System for the Teaching and Training of Engineers on the Control of Doubly Fed Induction Wind Generators”

Por ese motivo consideramos de gran importancia contar con la partida de gastos de difusión.

Se plantean los resultados a dos niveles: los referidos a la implantación de la asignatura ElectroIngenia, para la que se solicita esta ayuda, y los referidos a las competencias que la asignatura busca fomentar en los alumnos.

1.       Implantación de la asignatura

El indicador fundamental para medir la correcta implantación de la asignatura es su “acogida” por parte de los participantes, tanto del alumnado como del profesorado. Para estimar este factor, se hará un estudio en función de:

·         Encuestas periódicas acerca de los contenidos tratados, en la que se intentará valorar la adecuación de los mismos y el tiempo de dedicación de los alumnos.

·         Encuesta final de satisfacción del alumnado

·         Encuesta final de satisfacción del profesorado

·         Tasas de eficiencia y de éxito, así como su evolución en cursos sucesivos

·         Evolución del número de matriculados en la asignatura

2.       Competencias fomentadas en los alumnos

La asignatura ElectroIngenia servirá para fomentar las siguientes competencias en los alumnos

·         Trabajo en grupo: se podrá valorar la adquisición de esta competencia evaluando si en los trabajos escritos en proceso, colocados en el portafolios, hay una homogeneidad de estilos y un hilo conductor. En algunos casos se expondrá parte del trabajo realizado, valorando en este caso que cualquier miembro del equipo sea capaz de presentar cualquier parte del trabajo.

·         Diseña: el desarrollo de los equipos de generación y consumo a partir de un material limitado servirá claramente para fomentar esta competencia. Como indicador de esta competencia se evaluará si los equipos realizados son adecuados para la alternativa propuesta, siendo la eficiencia energética el criterio utilizado para dicha evaluación

·         Aprendizaje de la experiencia: el desarrollo de esta competencia se podrá evaluar en el juego híbrido de mercados eléctricos, viendo si cada equipo va mejorando sus resultados a medida que van avanzando las sesiones del mercado. Así en la calificación final en la parte del juego de mercados, habrá una parte relacionada con el valor absoluto de las ganancias y otra relacionada con la mejora paulatina de los resultados de cada grupo en el juego.