Nuevas estrategias de planificación de producción en plantas termosolares con almacenamiento térmico

Zusammenfassung

En respuesta a los problemas energéticos actuales, la generación eléctrica basada en energía renovable intermitente, como la energía solar y eólica, ha crecido significativamente durante los últimos años gracias a la disminución de costes. Este tipo de generación presenta un carácter intermitente, variable y de difícil predicción, lo que dificulta su integración en la red eléctrica. Sin embargo, la energía termosolar posee ciertas características que pueden compensar en parte las desventajas anteriores. Esta tecnología captura la radiación solar en forma de energía térmica por medio del calentamiento de un fluido, para más tarde convertirla en electricidad. Por el hecho de emplear energía térmica como forma de energía intermedia, se complementa muy bien con sistemas de almacenamiento térmico. Gracias a este almacenamiento energético, este tipo de plantas presenta cierto grado de gestionabilidad, existiendo la posibilidad de regular la producción. Esta propiedad favorece su participación en el mercado eléctrico, donde el objetivo del productor de electricidad es maximizar los beneficios económicos derivados de la venta de electricidad. Este objetivo puede lograrse cuando se planifica la producción en función del perfil de precios de venta de la electricidad. Puede plantearse, por tanto, un problema de planificación óptima de la producción. Considerando solo el mercado diario de la electricidad, la resolución de este problema de optimización permite obtener el plan diario de generación, que debe enviarse al mercado normalmente el día anterior. Se deduce de lo anterior que en el caso de plantas renovables, además de la necesidad de disponer de una predicción de los precios de la electricidad, se requiere una predicción del recurso natural para poder abordar el problema. Los objetivos principales de esta Tesis son el diseño de nuevas estrategias de planificación óptima de la producción para una planta termosolar con almacenamiento térmico, y el estudio mediante simulación del rendimiento económico de cada estrategia cuando se considera la participación de la planta en el mercado diario de la electricidad. La planificación óptima se obtiene empleando programación lineal entera mixta, que es la herramienta matemática más usada para resolver este tipo de problemas. La primera estrategia realiza una replanificación horaria de la producción, considerando los ingresos derivados de la venta de electricidad en un determinado horizonte temporal y las posibles penalizaciones por desvíos respecto al plan de generación ya comprometido. Esta estrategia permite introducir en el problema la nueva información disponible cada hora, abordando de esta manera la incertidumbre presente en las predicciones y en el propio modelado del problema. La segunda estrategia incluye un mecanismo que penaliza los cambios en la producción. Además, este mecanismo penaliza de manera diferente las variaciones según el estado del bloque de potencia: operación normal, arranque y parada. De esta manera se consigue aumentar el número de grados de libertad del problema en busca de mejores soluciones. Esta reducción de la variabilidad en la generación tiene como ventajas una extensión en la vida útil de los elementos del bloque de potencia, una reducción de sus costes de mantenimiento y una simplificación de la operación. Se propone una metodología para estimar e máximo nivel de penalización de las variaciones que no perjudique el rendimiento económico. Finalmente, se desarrolló otra estrategia que combina la replanificación horaria con la penalización de las variaciones. El impacto económico de las estrategias se ha evaluado mediante simulaciones sobre una planta de 50 MW de tipo cilindro parabólico. Se han empleado datos realistas para el recurso solar, los precios de la electricidad, los costes de penalización y las predicciones de todo estos datos. Los resultados confirman las mejoras esperadas en cada una de las estrategias.