Eficiencia Energética a Partir del Uso de Cogeneración en Redes de Distribución Inteligentes

Abstract

La motivación principal de este trabajo es el gran aporte y eficacia de la cogeneración como medida de Eficiencia Energética en la industria, permitiendo ahorros considerables en términos económicos, y ventajas sociales y ambientales notables al permitir un mejor aprovechamiento del combustible primario.

Con este fin se desarrolla una propuesta de operación para una red de distribución que involucre el concepto de Redes Activas, que deriva de las Redes Inteligentes y que plantea una red con una operación flexible y dinámica, capaz de adaptarse a las distintas condiciones de operación, mediante un proceso de optimización permanente de las variables de control dispersas en la red.

La propuesta planteada considera una relajación de algunas de las restricciones impuestas por la concepción tradicional (pasiva) de las redes de distribución, permitiendo una operación coordinada y dinámica entre las unidades de GD presentes en la red. Esta operación coordinada se basa en un Flujo de Potencia Óptimo (OPF) que determina los valores óptimos para las variables de control (tap de los transformadores con cambiador bajo carga y consignas de potencia activa y reactiva de los GD) de acuerdo a las condiciones de demanda y la disponibilidad de generación. El algoritmo OPF es desarrollado en código MATLAB a partir del paquete de cálculo MATPOWER, al cual se le adicionó la posibilidad de manejar, como variable de optimización discreta, el tap de uno o más transformadores con cambiador bajo carga, implementándose esto mediante un proceso iterativo previo, basado en optimización por enjambre de partículas, que entrega la posición óptima de los tap de los transformadores y una primera aproximación de las consignas de potencia de los GD. Con los tap óptimos ya fijados, el modelo utiliza un OPF tradicional que determina finalmente las consignas óptimas de potencia activa y reactiva de los GD.

Tanto la propuesta conceptual como la herramienta de cálculo desarrolladas fueron implementadas y probadas mediante dos casos de estudio: uno en que se realizó un manejo óptimo de la potencia reactiva en los GD, y otro en que se consideró además la posibilidad de efectuar recortes de generación para mantener las variables de la red bajo norma.

Para ambos casos estudiados se realizó una estimación de los beneficios económicos derivados de la operación activa de la red, resultado que puede ser contrastado con los costos de la implementación de este esquema de operación inteligente, o bien con la ejecución de obras de ampliación necesarias para evitar la totalidad —o una parte— de los recortes de generación, en caso de que estos sean requeridos. A partir de estos resultados se realizó, además, una sensibilización respecto al precio de la energía, encontrándose que para costos bajos de la energía el esquema propuesto permite evitar una expansión innecesaria de la red, optando por realizar recortes de generación, mientras que para costos altos convendría realizar la expansión de la red pero realizar un buen manejo de reactivos, de modo de minimizar las pérdidas en la red.