Operación sostenible de redes eléctricas con generación renovable minimizando las emisiones de CO2

Abstract

El proceso de transición energética y el cumplimiento de los compromisos internacionales de México, como los Acuerdos de París, tienen como eje fundamental mitigar el calentamiento global mediante la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero. En esta tesis se aborda la problemática de las emisiones de dióxido de carbono (CO2) provenientes de la industria eléctrica. Se plantea una estrategia de flujos de potencia óptimos minimizando las emisiones de CO2, observando la operación económica de la red eléctrica y sus limitaciones físicas. La tesis se centra en el desarrollo de un algoritmo de optimización biobjetivo para la distribución óptima de energía, basado en flujos de potencia óptimos (OPF, por sus siglas en inglés), considerando tanto el aspecto económico como el ambiental. El objetivo principal es adecuar la formulación clásica de OPF incluyendo un nuevo factor de decisión: las emisiones de CO2 generadas por las centrales eléctricas. Para ello, se modifica la función objetivo mediante la incorporación de un costo asociado a las emisiones, determinado a través de factores de penalidad. Estos factores son calculados de acuerdo con la tecnología de la central de generación correspondiente, es decir, los factores de emisión resultan del combustible utilizado por la planta. El algoritmo desarrollado es aplicable a redes eléctricas con fuentes de energía renovables, el cual busca el punto de operación del sistema que satisface los objetivos económico y ambiental, respetando las limitaciones físicas de los generadores, límites de transmisión de la red eléctrica y normativa sobre niveles de tensión nodal. Mientras que, el OPF clásico prioriza el despacho de una planta sobre otra, basado en los costos de generación, el enfoque del OPF propuesto modifica el orden de mérito de las centrales generadoras. Es decir, el método desarrollado de OPF prioriza las plantas eléctricas que represente menor cantidad de emisiones de CO2, sacrificando las centrales eléctricas más baratas que, por su tecnología, puedan ser las más contaminantes de la matriz energética, ocasionando con ello un incremento marginal en los costos de operación del sistema. El método OPF se valida numérica y conceptualmente usando dos redes de prueba, de 6 y 24 nodos, con varias centrales de generación convencionales y renovables. La herramienta desarrollada permite obtener el factor de emisiones de la red eléctrica realizando análisis multiperiodo, siendo éste un indicador de relevancia en varios centros de control de energía en la actualidad, ya que permite dar seguimiento puntual al cumplimiento de los objetivos medio ambientales por parte del sector eléctrico.