Impact on system economics and security of a high penetration of wind power

Resumen

La tesis "Impact on System Security and Economics of High Penetration of Wind Power" analiza el impacto que sobre la planificación a corto plazo de la producción de energía eléctrica produce una alta penetración de generación mediante energía eólica en los sistemas eléctricos actuales. El análisis de este impacto abarca tanto aspectos económicos como técnicos y de seguridad. La característica esencial de la explotación de la energía eólica es su dependencia intrínseca con la variación constante de las condiciones climatológicas. Como consecuencia, las instalaciones dedicadas al aprovechamiento de los recursos eólicos constituyen una nueva fuente de incertidumbre en la explotación de los sistemas eléctricos de potencia actuales tanto en la producción de potencia, como en el momento en que la producen, como por último, en la cantidad total de energía eólica generada durante un intervalo de tiempo determinado. Si a esto le unimos el hecho de que actualmente la potencia eólica instalada en los sistemas eléctricos puede ser la equivalente a varias centrales nucleares, se tiene que dichas instalaciones constituyen un porcentaje significativo de la potencia instalada y, sin embargo, no pueden ser programadas ni despachadas por los métodos tradicionales. La incorporación a gran escala de la potencia eólica afecta a diversos aspectos de la planificación y explotación de los sistemas eléctricos de potencia, entre los que destacan: ¿ Fiabilidad de los sistemas de energía eléctrica. La aleatoriedad inherente al aprovechamiento de la energía eólica hace necesario disponer de reservas de generación que permitan llevar a cabo las acciones de control pertinentes cuando las instalaciones eólicas no están disponibles o simplemente cuando su producción varía. La naturaleza de estas reservas, la cantidad a disponer y el coste de las mismas son objeto de estudio en este proyecto de investigación. Asimismo, se modela la incertidumbre propia de la generación eólica con vistas a su integración en el problema de explotación óptima. Esto nos lleva al planteamiento del mismo como un problema de programación estocástica. Para ello, se calculan tales reservas en tiempo real basándose en los principios de cierre de mercado eléctrico con seguridad estocástica. De acuerdo con estos principios, el operador del mercado se encarga de minimizar el coste esperado de dichas reservas cuando el sistema eléctrico de potencia opera bajo un abanico amplio de escenarios de carga y generación eólica representativos de los posibles errores cometidos en las previsiones. En consecuencia, en este punto se plantea un doble objetivo: por un lado ofrecer una caracterización adecuada y rigurosa de los escenarios que modelan la incertidumbre asociada a la generación eólica, inexistente aún en la bibliografía actual, y por otro, integrar este conjunto de escenarios en un problema que aborde la explotación óptima del sistema mediante programación estocástica. ¿ Competitividad de los mercados de energía eléctrica. Además de los aspectos de seguridad comentados, es relevante analizar cómo se ha de considerar, en un futuro próximo, la generación de origen eólico en la estructura competitiva definida en los actuales mercados eléctricos. El alto porcentaje de potencia eólica instalada actualmente en algunos sistemas eléctricos podría dar lugar a que este tipo de generación pierda su actual status y se incorpore al mercado eléctrico en igualdad de condiciones que los demás productores. Motivo de investigación es, pues, el desarrollo de modelos y herramientas que permiten diseñar las estrategias de compra y oferta para productores de energía eólica interesados en participar en las distintas plataformas de comercio de energía disponibles en los mercados eléctricos actuales. Matemáticamente, la resolución de problemas basados en programación estocástica tiene como principal inconveniente su gran coste computacional, especialmente, cuando se aplican a sistemas eléctricos de tamaño real. Para salvar este inconveniente, en este proyecto se estudiarán los métodos de reducción de escenarios. Estos métodos tratan de seleccionar un reducido conjunto de escenarios que representen adecuadamente el abanico más amplio de estados del sistema. Con ello se logra una sustancial reducción de la carga computacional a la vez que se conserva una elevada precisión en el modelado de la incertidumbre.