Desarrollo y Validación de un Modelo de Optimización Energética para una Microrred

Abstract

Actualmente, los países industrializados generan la mayoría de su electricidad en grandes instalaciones. Estas centrales explotan economías de escala en inversión y operación, pero se encuentran ubicadas a grandes distancias de los puntos de consumo y muchas de ellas causan gran impacto medioambiental.

En este contexto aparece el concepto de Generación Distribuida (GD), basado en energía renovable. Estas tecnologías consisten en centrales de mediana y pequeña escala, conectadas directamente a los sistemas de distribución. Para explotar los beneficios de la GD, es necesario que exista una correcta coordinación de las unidades en una red local. De aquí nace la idea del Generador Virtual (GeVi), ente encargado de la coordinación operacional de distintas unidades de GD, optimizando su desempeño conjunto.

El objetivo general del presente trabajo de título es proponer, desarrollar y evaluar un sistema de gestión de energía (Energy Management System o EMS) automatizado, para una aplicación real en la comunidad rural de Huatacondo, primera región de Tarapacá. Para ello, en base de un trabajo previo se desarrolla una herramienta computacional, integrando predictores de consumo, potencia eólica y potencia fotovoltaica con un optimizador lineal entero mixto.

Tomando en cuenta la naturaleza estocástica de la velocidad del viento y del movimiento de las nubes, se hace imprescindible contar con una herramienta que sea capaz de reaccionar ante diferencias importantes entre las predicciones y la realidad, de manera de optimizar y dar una mayor confiabilidad al GeVi. Con el fin de lograr esto, se utiliza la metodología de ventana deslizante.

La metodología propuesta se valida empíricamente a través de una simulación de tipo Monte Carlo, generándose 500 escenarios de la operación del EMS, tanto para el caso con y sin ventana deslizante. Como entradas relevantes de las pruebas se utilizan perfiles reales y predicciones de: consumo eléctrico, potencia solar y potencia eólica. Para realizar este trabajo, se analizan datos históricos de velocidad de viento, consumos y potencias fotovoltaicas en la microred de Huatacondo. Dado que al momento de realizar este trabajo la microrred no se encontraba en pleno funcionamiento, se simula la operación de ésta. Se trabaja con un horizonte de evaluación de 2 días y una tasa de refresco de 1 hora.

Los resultados obtenidos corroboran los beneficios del uso de ventana deslizante. Se determina el ahorro o gasto adicional con respecto a no haber implementado la metodología de ventana deslizante. En un 98.8% de los casos se presenta reducción de costos. El promedio de ahorro fue de un 10.4% al utilizar ventana deslizante. Esta metodología requiere 23 veces más recursos computacionales que sin hacer uso de ella, tardando 31 segundos por ejecución en un computador personal para un total de 12 minutos con 19 segundos en promedio para el predespacho de un día.

Como líneas de investigación futura se propone realizar un análisis de la operación real en Huatacondo y el predespacho dado por el EMS. Además, se puede analizar el impacto del desplazamiento de demanda que no fue considerada en este trabajo. Finalmente, se propone generalizar el EMS para permitir una fácil aplicación a otras microrredes de características distintas.