Optimización de sistemas híbridos aislados alimentados con fuentes renovables de energía

Resumen

La mayoría de la energía eléctrica es transportada mediante las redes de distribución eléctricas desde el lugar de producción hasta el lugar de consumo. Sin embargo, hay lugares, debido a que el pequeño consumo no lo justifica o cuando la extensión de dichas redes es demasiado costosa (ya que son zonas remotas o existen limitaciones geográficas para los trazados), donde estas redes de distribución no llegan. En estos casos, la alternativa a la red eléctrica es generar “in situ” la propia energía eléctrica que ha de ser consumida. Este tipo de sistemas son los llamados sistemas aislados. La solución más habitual hasta hace unos años era satisfacer la demanda eléctrica en estos emplazamientos aislados mediante sistemas basados en grupos generadores de corriente alterna. Pero la inestabilidad del precio de los combustibles fósiles (normalmente en aumento), unido a la necesidad creciente de generar energía de forma limpia y sostenible, hizo que se orientaran estos sistemas hacia las energías renovables. La mejora de las distintas tecnologías relacionadas con estas fuentes de energía y el descenso de los costes de generación (principalmente de energía fotovoltaica y eólica) han hecho que desde hace algunos años haya sido una solución muy demandada para satisfacer el consumo energético en muchos lugares aislados. El principal problema de los sistemas basados exclusivamente en un tipo de energía renovable es la variabilidad de la climatología y por lo tanto su carácter intermitente. Ello hace que si se quiere asegurar el suministro, se deba sobredimensionar el sistema de generación, o el sistema de almacenamiento, o ambos; lo que incurre en un encarecimiento global de la instalación. Una solución al problema anterior son los sistemas híbridos de energías renovables. Estos sistemas de generación emplean dos o más fuentes diferentes de energía para transformarla en energía eléctrica. Gracias a ello, se consigue aumentar la fiabilidad del suministro eléctrico, al estar basado en más de una fuente de energía. Además, al ser sistemas más fiables, se puede disminuir la capacidad del necesario sistema de almacenamiento de energía (normalmente un banco de baterías de tipo plomo-ácido). Sin embargo, la tendencia actual, en sistemas de cierta envergadura, es la generación mediante sistemas híbridos entre energías renovables y generadores diésel. Frente a sistemas basados exclusivamente por generadores diésel o frente a sistemas basados en una única fuente de energía renovable, los sistemas híbridos renovables-diésel presentan numerosas ventajas. Como todo sistema de generación de energía eléctrica, estos sistemas deben cumplir con dos objetivos primordiales: garantizar el suministro de energía eléctrica y reducir al máximo el coste del mismo y de su operación. Ambos objetivos influyen decisivamente en el dimensionado óptimo de cada una de las partes del sistema. En cualquier condición de recursos energéticos y de carga a suministrar, el sobredimensionamiento del sistema aumenta su confiabilidad a expensas del costo, mientras que un dimensionamiento insuficiente sacrifica la confiabilidad para disminuir el costo del sistema. Por tanto, conseguir el tamaño óptimo para un sistema, no solo mejora su fiabilidad, sino que también reduce su coste. La experiencia demuestra que el proceso de optimización de sistemas híbridos aislados es más complejo que en los sistemas no híbridos, y no se logra de manera fácil utilizando los procedimientos clásicos de optimización, ya que el problema que debe resolverse tiene multitud de soluciones posibles (distintas combinaciones de paneles fotovoltaicos, aerogeneradores, generadores diésel, baterías de almacenamiento, distintas estrategias de gestión del sistema, etc.), unido al alto grado de variabilidad que presentan los recursos renovables y a que algunos de los componentes de los sistemas presentan características no lineales hacen que exista un gran número de variables que pueden influir en este proceso de optimización. Los objetivos de esta tesis se centran en la optimización de este tipo de sistemas, y han sido: - Analizar la influencia del modelo de batería tipo plomo-ácido utilizado en la optimización de sistemas híbridos aislados con alimentación renovable. - Diseñar un nuevo modelo para optimizar sistemas híbridos aislados temporales con alimentación renovable, durante el periodo específico en el que estará instalado el sistema, optimizando el peso y/o el coste de la instalación temporal. - Diseñar un nuevo modelo para optimizar sistemas híbridos aislados con alimentación renovable, minimizando el coste actual neto y maximizando el índice de desarrollo humano y la creación de empleo. - Diseñar una nueva metodología estocástica-heurística para optimizar sistemas híbridos aislados con alimentación renovable.