Gestión de la demanda a través de las cargas refrigerantes, para la operación económica de los sistemas eléctricos de potencia

Abstract

Hoy en día la operación económica de sistemas eléctricos de potencia tiene como uno de sus principales objetivos minimizar los costos de operación del sistema mientras se mantienen márgenes de seguridad y suficiencia. Además, para su correcto funcionamiento se hacen necesarias cada vez más herramientas, entre ellas se encuentra el Demand Side Management (DSM), el cual permite la incorporación de los consumidores finales como un actor relevante, a través de la gestión de artefactos eléctricos de uso residencial, lo cual en la actualidad ocurre muy poco. El objetivo de este trabajo consiste en eso, incorporar DSM a través de las cargas refrigerantes (refrigeradores) de los consumidores, para ello, se desarrolla una metodología que contempla el desarrollo de un modelo de Unit Commitment que considere las restricciones físicas de un set de 20 máquinas térmicas las cuales conforman un parque térmico de 3 tecnologías (gas natural licuado, Diesel y carbón) con una capacidad instalada de 2.554 MW y una alta penetración de energías renovables (50% de la demanda máxima entre recurso eólico y solar). Además, se establece una curva de demanda típica con un pick de 1920 MW con un tiempo de análisis correspondiente a 96 periodos de media hora cada uno. Posteriormente, se hace necesario caracterizar el consumo de los refrigeradores e incorporar una formulación matemática que permita utilizar estas cargas como un refrigerador equivalente controlable, para ello, se incorpora al Unit Commitment el modelo presentado en [1], el cual considera este refrigerador equivalente como una batería con fuga. Mediante lo anterior se consideraron 139 MW de consumo promedio del total de los refrigeradores (equivalente a 3.470.000 refrigeradores) para incorporar al modelo de Unit Commitment. Luego, se presentan los casos de análisis para evaluar el desempeño que tienen los refrigeradores al ser utilizados como carga controlable, para lo cual, se propone realizar en régimen permanente 3 Unit Commitment, uno sin control, otro en el cual se agrupan todos los refrigeradores como una única batería controlable y un tercero en el cual se agrupan en 1000 baterías para ver cómo afecta el control de los refrigeradores en el desempeño del sistema, apreciándose que no existe una diferencia significativa entre utilizar 1 o 1000 baterías, sin embargo, se obtiene que sí existe una modificación de la curva de demanda del sistema con respecto al caso sin control, especialmente en las horas de mayor exigencia de éste, en las cuales el consumo se ve reducido en un máximo de 46 MW y los costos totales del sistema alrededor de 58.831 USD. Finalmente, se realizan escenarios de contingencia sobre los casos previamente descritos, en los cuales se realizan 2 casos de déficit intempestivo del recurso renovable (uno en hora punta y otro en valle) y 1 caso de superávit, de los cuales se desglosa que, en caso de un desbalance intempestivo del recurso solar y eólico, es posible entregar una gran cantidad de flexibilidad al sistema para responder ante este evento, pues se atenúa considerablemente la potencia no suministrada al sistema en caso de un déficit y por otro lado se mejora el costo total del sistema en caso de un superávit.