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Información de la Tesis Doctoral

Modeling tools for planning and operation of DERS and their impact in microgrids and centralized resources

Francisco Martín Martínez

Dirigida por Michel Rivier Abbad, Álvaro Sánchez Miralles

Universidad Pontificia Comillas. Madrid (España)

20 de julio de 2017

Resumen:
En los últimos años se ha dado un gran paso hacia los recursos energéticos distribuidos (DER), incluyendo la generación y el almacenamiento de electricidad distribuida, y es sólo cuestión de tiempo que se conviertan en parte regular de nuestros sistemas. El despliegue de estos nuevos dispositivos se ha fomentado con el fin de reducir los efectos del cambio climático (junto con el de las centrales renovables), mejorar la resiliencia, reducir las necesidades de inversión en la red de transporte y distribución y las pérdidas en la red, y aumentar la eficiencia del sistema. La generación distribuida también ha llevado a la aparición de nuevos modelos de negocio, conceptualmente hablando, y que todavía apenas han sido implementados en los sistemas actuales. Estas formas innovadoras de gestión de redes distribuidas abarcan desde los conceptos de Microredes y Virtual Power Plants hasta el despliegue de nuevos servicios distribuidos como agregaciones de recursos energéticos o flotas de Vehículos Eléctricos. Este trabajo contribuye al análisis del despliegue de DERs mediante el desarrollo de modelos matemáticos (implementados como herramientas de software), los cuales han sido diseñados para abordar tres temas importantes sobre los DERs. El primero se refiere al despliegue óptimo de DERs a nivel de edificios teniendo en cuenta tanto las necesidades de electricidad como las de generación de energía térmica. Este modelo supone el núcleo de cualquiera de los modelos desarrollados en esta tesis. El modelado en detalle de los comportamientos eléctricos y térmicos de los edificios, así como las características económicas y físicas de los diferentes DER involucrados es de suma importancia para abordar adecuadamente las capacidades y la eficiencia de los DER. En particular, el modelado del comportamiento térmico del edificio teniendo en cuenta su inercia térmica, la temperatura exterior y la posibilidad de elegir entre bombas de calor alimentadas con electricidad o calderas alimentadas con gas según el precio horario de la electricidad y el precio del gas, o modelar las capacidades de cambio de la demanda eléctrica, puede ser muy relevante para decidir la combinación más apropiada de DER que se desplegarán a nivel de edificios. Se presenta un modelo matemático de este tipo y se realizan varios estudios para comprender el papel desempeñado por cada uno de los factores involucrados y su relevancia. El segundo tema se refiere al despliegue óptimo de DERs a nivel de Microred (MG). En primer lugar, se ha llevado a cabo una revisión exhaustiva del estado del arte de las MGs, clasificada por capas funcionales, desde la capa física en la parte inferior hasta la capa de modelos de negocio en la parte superior. A continuación, se ha diseñado un modelo matemático para representar la inversión y la operación económica óptima de los DERs en el caso de una MG aislada, construida como agregación de edificios individuales con su propio despliegue de DERs, donde la figura de un Agregador es la encargada de administrar la MG y que tiene también la opción de invertir en dispositivos de generación compartidos como generadores diesel. En particular, se ha simulado un mercado local dirigido por el Agregador, tal como lo proponen algunos informes y publicaciones, para gestionar los intercambios de energía entre los propietarios de edificios dentro de dicha MG. Se ha adoptado un modelo de equilibrio que permite analizar los posibles efectos de comportamientos estratégicos en un mercado de tan pequeño tamaño. No se han tenido en cuenta los problemas relacionados con la regulación de frecuencia de carga y el control de la tensión. El tercer tema se refiere al despliegue óptimo de DERs a nivel del sistema de energía. Se ha diseñado un modelo matemático para abordar adecuadamente los estudios sobre la eficiencia del despliegue de los DERs frente la implementación basada en la generación centralizada. Aunque el despliegue de DERs puede resultar atractivo desde el punto de vista del consumidor final debido a la regulación específica en vigor (diseño de tarifas, incentivos, tarifas...), no está claro si es una opción eficiente desde el punto de vista del sistema completo. Se ha elaborado un modelo con regulación imparcial entre las instalaciones DER y las centrales de generación centralizada teniendo en cuenta los principales factores que pueden afectar a la solución óptima, como por ejemplo las economías de escala en los costes de inversión y mantenimiento, las pérdidas de energía, la capacidad de respuesta de la demanda eléctrica y térmica de los usuarios finales. Además, se ha considerado, como opción adicional, una modelización del impacto de la aplicación de las tarifas eléctricas para la recuperación de los costes regulados del sistema.

Palabras clave: Microred, Protocolos de Comunicaciones, Microredes Reales, Tipos de agregación, Modelos de negocios, Recursos Energéticos Distribuidos, Respuesta de la demanda, Gestión energética, Modelo térmico del edificio, Almacenamiento Térmico, Operación de redes aisladas, Mercados Locales, Generación Centralizada

Cita:
F. Martín (2017), Modeling tools for planning and operation of DERS and their impact in microgrids and centralized resources. Universidad Pontificia Comillas. Madrid (España).


Acceso a Repositorio público