Planificación de la expansión de la generación renovable considerando sistemas de almacenamiento

Abstract

Las metas impuestas a nivel global por reducir las emisiones de gases de efecto invernadero han generado importantes incentivos para el desarrollo de políticas que fomenten la inserción de energías renovables no convencionales (ERNC). Si bien este tipo de tecnología trae consigo variados beneficios, también imponen grandes desafíos tanto en la planificación como en la operación de los sistemas eléctricos de potencia, principalmente desde la perspectiva de la frecuencia. Tradicionalmente la inercia de los generadores sincrónicos ayuda a mantener la estabilidad de frecuencia gracias al aporte instantáneo de energía cinética que generan frente a desbalances entre carga y generación, determinando la respuesta inicial de frecuencia del sistema. Sin embargo, en el proceso de descarbonización, estas unidades se verán desplazadas por la masiva penetración de unidades ERNC, lo cual se podría traducir en un deterioro de la respuesta inicial frente a desbalances, afectando directamente la estabilidad de frecuencia. El objetivo de esta tesis es desarrollar un modelo de planificación de la expansión de la generación renovable que incluya restricciones de estabilidad de frecuencia, la cual considere la capacidad de respuesta inercial que pueden brindar tanto los dispositivos BESS y unidades ERNC con el fin de mantener un mínimo nivel de desviación inicial de frecuencia. Para destacar la importancia de la localización en cuanto a la estabilidad de frecuencia, se proponen dos restricciones de frecuencia distintas: una unizonal y otra multizonal. El modelo desarrollado consiste en una optimización lineal para un horizonte de 1 año con resolución horaria, que minimiza los costos de inversión y operación de los equipos de almacenamiento y generación renovable para un modelo simplificado del sistema eléctrico nacional chileno dividido en cuatro zonas. Al aplicar el modelo de optimización, se logra validar que será necesario el aporte de respuesta inercial por parte de las unidades ERNC o dispositivos BESS a medida que las unidades convencionales sean desplazadas. Al comparar los resultados obtenidos de las ecuaciones del swing unizonal y multizonal, se observa en general que en un futuro sistema 100% ERNC no se requiere realizar inversiones adicionales en nuevas tecnologías (excepto cuando solo las tecnologías ERNC son las que aportan con respuesta inercial) sino que más bien en un uso eficiente de los recursos presentes. Como trabajo futuro se deja propuesto complejizar el modelo propuesto incluyendo una resolución temporal menor y las restricciones de unit commitment. Lo anterior para considerar el cambio en el nivel de inercia producto del encendido y apagado de las unidades de generación. También se considera que el incluir la expansión de la transmisión en un modelo multietapa reflejaría de mejor manera lo que pasaría en la planificación del sistema nacional, generando así un modelo de expansión de capacidad del sistema multietapa.