Modelo de simulación de la explotación óptima anual de un sistema eléctrico

Abstract

La simulación realista del funcionamiento de un sistema de la complejidad de un sistema eléctrico de potencia supone reproducir en el modelo los procesos de decisión asociados a éste y el entorno de incertidumbre en que estos tienen lugar. El enfoque que se plantea en esta tesis es la utilización para este objetivo de la técnica matemática denominada simulación cronológica estocástica. Esta técnica ya ha sido usada para la confección de modelos de explotación en el campo que nos ocupa. Sin embargo, las características particulares de esta técnica, que permite el máximo detalle en la simulación, restringe normalmente su aplicación a estudios en que se centra la atención en ambitos de tiempo reducido, dentro de los que se conoce como corto plazo y que no involucra a periodos de más de un mes. El interés de la presente tesis radica en ampliar la potencia algorítmica de la simulación cronológica estocástica a periodos de tiempos más largos de forma que pueda extenderse a la denominada explotación a medio plazo, esto es, con duraciones del orden de un año e incluso superiores. Esta orientación del modelo ha obligado en primer lugar a identificar varios niveles en el funcionamiento del sistema organizados jerárquicamente, y a representarlos de forma análoga en el modelo. Estos niveles corresponden a distintos ámbitos temporales que quedan representados diferenciadamente en el modelo. Estos ámbitos comprenden las decisiones asociadas al sistema que requieren un año de anticipación, al igual que todas las que comprenden periodos de tiempo inferiores. No se incluyen como tales las decisiones correspondientes a periodos de tiempo más largo, que quedan representadas en el sistema como datos que deben ser proporcionados desde el exterior. Esta jerarquía temporal del modelo no sólo corresponde a la jerarquía presente en el sistema y en su gestión sino que se encuentra igualmente en el entorno en que se realiza su utilización. Este entorno está constituído en primer lugar por los usuarios, que demandan la energía conforme a su conveniencia y de forma por tanto predecible pero no de forma exacta y con una determinada periodicidad. En segundo lugar el sistema está sujeto a la variación estacional de las condiciones climatológicas, que influyen en la demanda y además que hacen variar los recursos hidráulicos disponibles. La identificación de esta estructura del sistema se ha hecho utilizando una óptica inspirada en las nociones y métodos de la Ingeniería de Control. Se ha considerado la explotación como un problema de control y se han identificado las variables que constituyen el estado y las consignas de funcionamiento en los distintos niveles del sistema. Este particular punto de vista ha permitido caracterizar cláramente el sistema. Además, la estructura de explotación del sistema, vaciada en el molde de la teoría de control ha sugerido enfoques novedosos para el problema de la explotación a largo plazo. Este enfoque se refiere a la formulación de los criterios hiperanuales. Abordar la simulación de varios niveles del sistema sin simplificarlos a uno solo, como habitualmente se hace en los modelos de corto o medio plazo, obliga a utilizar de forma combinada técnicas de simulación, en su versión cronológica estocástica como ya se ha indicado, con técnicas de optimización. Además, para reducir el número de simulaciones que se han de realizar se ha recurrido a una agrupación de estados significativos mediante técnicas de clustering que han permitido reducir el esfuerzo Introducción computacional necesario lo suficiente para que el modelo resulte interesante a efectos prácticos. La combinación de estos elementos: simulación detallada a medio plazo, enfoque conceptual basado en teoría de control y reducción del tamaño del problema mediante selección de representantes son los elementos fundamentales que caracterizan al modelo que se presenta en esta tesis y que dan origen al resto de sus características. El sector eléctrico español vive un momento particular debido a su liberalización. La introducción de la competencia en la gestión de un sistema eléctrico de potencia persigue mejorar su eficiencia y supone cambios significativos en su gestión. El modelo desarrollado en esta tesis corresponde a una gestión centralizada; sin embargo el enfoque seguido es válido para otras estructuras del sistema y permite su adaptación o su aplicación para el desarrollo de nuevos modelos. Además, el análisis realizado sistematiza la estructura de la gestión de un sistema eléctrico y es enormemente útil para aclarar las ideas en la difícil tarea de seleccionar o concebir un modelo adecuado para el análisis de un problema en particular.