Sistema de gestión de energía dentro de una micro - red aislada basada en un problema de optimización estocástica.
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Date
2023-10
Authors
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Journal Title
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Publisher
Ecuador: Latacunga: Universidad Técnica de Cotopaxi (UTC)
Abstract
En la última década el uso de las fuentes de energía no convencionales (ERNC) como la solar y eólica, ha crecido de manera exponencial, para generar energía eléctrica en microrredes, con el objetivo de mitigar las emisiones de 𝐶𝑂2, reducir el uso de combustibles fósiles, minimizar los costos de adquisición de equipos de generación convencionales y abastecer la demanda. En este contexto es necesario analizar el despacho económico (ED) como un problema de optimización estocástica debido a la variabilidad del recurso solar, la fuente de energía eólica no se consideró debido a las bajas velocidades del viento. Con relación al sistema almacenamiento de energía se utilizó baterías de Ion-Litio, por sus características técnicas como alta potencia, alta eficiencia, longevidad y seguridad. El sistema de simulación diseñado está basado en tres etapas la primera la red neuronal artificial (ANN) que utiliza 18 entrada, el mes, el día, la hora, y los datos de los 15 días anteriores de irradiación, para predecir los valores del recurso solar, el modelo fue validado con el cálculo del RMSE con valores menores o iguales al 5% y con valores del R superiores a 0.8 en todas las pruebas. La segunda etapa consistió en utilizar los datos predicho como entrada al problema de optimización MILP, donde se evidencio que la energía solar aporta con el 59% de energía, el excedente permitió cargar las baterías y cuando entran en modo descarga aportan con un 25% de potencia, que permitió que el generador diésel se encienda en intervalos pequeños de tiempo aportando un 16%, abasteciendo de esta manera la demanda analizada. Finalmente, en la etapa tres, se realizó la comparación de costos entre el enfoque estocástico y determinista. En el horizonte de 24h no existió cambios, en el horizonte de 48h el determinista fue mejor con un ahorro de $0.42. Sin embargo, en el horizonte de 168h se ahorró $0.44 utilizando el método estocástico, concluyéndose que mientras más amplio es el horizonte de tiempo. El enfoque estocástico es mejor, entendiéndose que los costos de operación son menores, el generador diésel reduce su desgaste mecánico, la utilización de combustible fósil es menor y se prioriza las ERNC.
Description
In the last decade, the usage of non-conventional renewable energy (ERNC) such as solar and wind has grown exponentially in order to generate electrical energy in microgrids, the objective is to mitigate 𝐶𝑂22, reduce the use of fossil fuels, minimize the costs of conventional generation equipment, and supply the demand. In this context, it is necessary to analyze the economic dispatch (ED) as a stochastic optimization problem due to the variability of solar resources, wind energy source was not considered due to low wind speeds. Regarding the energy storage system, Lithium-Ion batteries were used, due to their technical characteristics such as high power, high efficiency, longevity, and safety. The second stage consisted of using the predicted data as input to the MILP optimization problem, where it was found that solar energy contributes 59% to the energy, the surplus allowed the batteries to be charged, and when batteries are in discharge mode, they contribute 25% of the energy, allowing the diesel generator to turn on in short intervals of time, contributing 16% and thus supplying the analyzed demand. Finally, in the third stage, the cost comparison between the stochastic and deterministic approach was performed. In the 24-hour horizon, there were no changes, in the 48-hour horizon, the deterministic was better with a savings of $0.42. However, in the 168h horizon was saved $0.44 by using the stochastic method, concluding that the longer the time horizon, the stochastic approach is going to be better, the operating cost are lower, the diesel generator reduces its mechanical wear. The use of fossil fuel is less and the non-conventional renewable energies is prioritized.
Keywords
PREDICCIÓN SOLAR, MODELO DE OPTIMIZACIÓN MILP, BATERÍAS DE IÓN-LITIO
Citation
Chasi Cajas, Christian Paúl (2023), Sistema de gestión de energía dentro de una micro - red aislada basada en un problema de optimización estocástica. UTC. Latacunga. 84p.