Problema de predespacho de unidades con representación de almacenamiento a base de baterías

Abstract

La integración a gran escala de fuentes de Energías Renovables no Convencionales (ERNC) en los sistemas eléctricos, afecta la seguridad, los requerimientos de reserva y la programación de unidades. Esto se debe a la incertidumbre y variabilidad de fuentes variables, como es el caso de la energía eólica y solar. Para enfrentar este problema, es necesario disponer de un respaldo suficiente y apropiado que permita abastecer la demanda y mantener la seguridad del sistema. En este contexto, una opción de respaldo son los sistemas de almacenamiento de energía, en particular aquellos denominados BESS (Battery Energy Storage Systems). El objetivo del presente trabajo de investigación es evaluar el desempeño de los BESS en el problema de predespacho de unidades de un sistema eléctrico con alto nivel de penetración de energía renovable. Primeramente, se identifican diversas metodologías de predespacho que incluyen sistemas de almacenamiento de energía, de las cuales se establece un modelo matemático general que permite caracterizar los sistemas de almacenamiento. Se estudia el funcionamiento y las características de operación de los distintos tipos de tecnologías de acumuladores con el fin de determinar las características más relevantes que influyen en la programación de operación. Los aspectos analizados son: autodescarga, profundidad de descarga, tasa de carga, tasa de descarga y algunos requerimientos como la carga completa. El modelo desarrollado se valida mediante la aplicación del problema de predespacho a una microrred y a un sistema eléctrico de potencia. Ambos sistemas incorporan fuentes de ERNC y un BESS. Con el objetivo de establecer la tecnología de acumulador adecuada en el cumplimiento de la función de manejo energético del BESS en el problema de predespacho se evalúan las tecnologías más representativas, las cuales son: ion litio, vanadio flujo redox, plomo ácido, sulfuro de sodio y níquel cadmio. Los resultados obtenidos indican que los costos de operación del sistema dependen de la tecnología de acumulador utilizada, la magnitud de las características de estas tecnologías y los requerimientos considerados. Se muestra además que las tecnologías más aptas para el manejo de la variabilidad propia de las ERNC, son los acumuladores de ion litio, sulfuro de sodio y flujo redox; las cuales generan menos costos respetando los parámetros de diseño. La formulación del problema de predespacho con integración de BESS que se propone en esta tesis permite obtener resultados cercanos a los de la operación real de los sistemas analizados. Además, mejora la utilización de los BESS durante la programación de unidades. Asimismo, el modelo permite determinar las magnitudes de las características de los sistemas de almacenamiento, con las cuales se puede obtener una respuesta más rápida y mayor capacidad de almacenamiento. Como trabajos futuros, se sugiere considerar variables como el estado de salud y los parámetros que influyen en la disminución de la vida útil del acumulador. Esto permitiría considerar aspectos de inversión y la selección de las características del BESS.