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Proyecto Fin de CarreraIngeniería de Telecomunicación
Formato de Publicación de la Escuela TécnicaSuperior de Ingeniería
Autor: F. Javier Payán Somet
Tutor: Juan José Murillo Fuentes
Dep. Teoría de la Señal y ComunicacionesEscuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2013
Trabajo Fin de MásterMáster En Sistemas de Energía Eléctrica
Gestión Óptima de Sistemas deAlmacenamiento en Redes Eléctricas conGeneración Renovable
Autor: Noelia Cejudo Loreto
Tutor: Alejandro Marano Marcolini
Dep. De Ingeniería EléctricaEscuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
Trabajo Fin de MásterMáster En Sistemas de Energía Eléctrica
Gestión Óptima de Sistemas deAlmacenamiento en Redes Eléctricas con
Generación Renovable
Autor:
Noelia Cejudo Loreto
Tutor:
Alejandro Marano MarcoliniProfesor Contratado Doctor
Dep. De Ingeniería EléctricaEscuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2017
Trabajo Fin de Máster: Gestión Óptima de Sistemas de Almacenamiento en Redes Eléctricascon Generación Renovable
Autor: Noelia Cejudo LoretoTutor: Alejandro Marano Marcolini
El tribunal nombrado para juzgar el trabajo arriba indicado, compuesto por los siguientes profesores:
Presidente:
Vocal/es:
Secretario:
acuerdan otorgarle la calificación de:
El Secretario del Tribunal
Fecha:
INDICE GENERAL
1. Introduccion y Objetivos 19
1.1. Introduccion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.2. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2. Relevancia del Almacenamiento en la Operacion de los Sistemas Electricos de
Potencia 23
2.1. Aplicaciones de Suministro Electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1.1. Time-shifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.1.2. Peak-shaving o afeitado de picos de demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2. Aplicaciones para Servicios Auxiliares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.1. Seguimiento de la carga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.2.2. Capacidad de Reserva . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.2.3. Control de Tension . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.3. Aplicaciones en la Red Electrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.1. Apoyo al Sistema de Transporte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.2. Alivio de congestion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3.3. Alargamiento de la vida util de los elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.3.4. Potencia en Subestaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
7
2.4. Aplicaciones para el Consumidor Final . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.1. Ahorro en el coste de la Energıa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.2. Gestion de la demanda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
2.4.3. Sistema de Almacenamiento de Emergencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.4.4. Calidad de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5. Aplicaciones para Integracion de Energıas Renovables . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.1. Aplicaciones de Time-shifting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.5.2. Capacidad Renovable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3. Gestion del Sistema de Almacenamiento Electrico 32
3.1. Sistema sin ESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2. Sistema con ESS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.1. Escenario ESS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
3.2.2. Escenario ESS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2.3. Escenario ESS3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
4. Modelo matematico y procesamiento de resultados 35
4.1. Descripcion del programa Pyomo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.1.1. Lenguajes de modelado algebraico (AML) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
4.2. Modelo matematico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4.2.1. Funcion objetivo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2.2. Restricciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
4.2.2.1. Balance de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2.2. Operacion tecnica termica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2.3. Reserva del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
4.2.2.4. Reserva procedente de las unidades generadoras . . . . . . . . . . . 39
4.2.2.5. Decision de arranque y parada del generador . . . . . . . . . . . . . 39
4.2.2.6. Reserva procedente del sistema de almacenamiento . . . . . . . . . . 39
4.2.2.7. Lımites de carga y descarga del sistema de almacenamiento . . . . . 40
8
4.2.2.8. Energıa almacenada en el sistema ESS . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4.2.2.9. Estados de carga inicial y final del sistema de almacenamiento . . . 40
4.2.2.10. Casos especiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
4.3. Procesado de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5. Resultados 43
5.1. ESS para Regulacion Primaria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1.1. ESS 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
5.1.2. ESS 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.1.3. ESS 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.1.4. ESS 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.2. ESS para Peak-Shaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2.1. ESS 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.2.2. ESS 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.2.3. ESS 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.2.4. ESS 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.3. ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.3.1. ESS 0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.3.2. ESS 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.3.3. ESS 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.3.4. ESS 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6. Conclusiones 84
A. Datos del Sistema 88
B. Codigo del Problema de Optimizacion 91
Bibliografıa 97
9
LISTA DE FIGURAS
1.1. Produccion de electricidad por tipo de combustible en el ano 2014 y 2015 . . . . . . 20
1.2. Tendencias en el Sistema Electrico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.3. Tendencias en el uso de tecnologıas [1] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.4. Sistema tradicional . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.5. Sistema con generacion distribuida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.6. Objetivo del proyecto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.1. Diferentes usos del sistema de almacenamiento de energıa electrica . . . . . . . . . . 23
2.2. Diferentes usos del sistema de almacenamiento de energıa electrica en redes, atendido
a la frecuencia y duracion de sus usos [2] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3. Almacenamiento de energıa en horas valle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.4. Aprovechamiento de la energıa almacenada en horas punta . . . . . . . . . . . . . . 25
2.5. Seguimiento de la carga [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6. Regulacion en el Sistema [3] . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.7. Ejemplo de time-shifting asociado a la energıa eolica [3] . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.1. Esquema gestion de almacenamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
4.1. Procesado de resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
5.1. Generacion Convencional ESS0 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
10
5.2. Generacion Renovable ESS0 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5.3. Balance de Potencia ESS0 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
5.4. Generacion Convencional ESS1 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.5. Generacion Renovable ESS1 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
5.6. Evolucion Energıa en el ESS1 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.7. Balance de Potencia ESS1 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
5.8. Generacion Convencional ESS2 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.9. Generacion Renovable ESS2 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
5.10. Evolucion Energıa en el ESS2 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.11. Balance de Potencia ESS2 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
5.12. Generacion Convencional ESS3 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
5.13. Generacion Renovable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.14. Evolucion Energıa en el ESS3 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
5.15. Balance de Potencia ESS3 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
5.16. Generacion Convencional ESS0 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
5.17. Generacion Renovable ESS0 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.18. Evolucion Energıa ESS0 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
5.19. Balance de Potencia ESS0 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
5.20. Generacion Convencional ESS1 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
5.21. Generacion Renovable ESS1 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.22. Evolucion Energıa en el ESS1 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5.23. Generacion Convencional ESS2 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
5.24. Generacion Renovable ESS2 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.25. Evolucion Energıa en el ESS2 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
5.26. Balance de Potencia ESS2 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
5.27. Generacion Convencional ESS3 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5.28. Generacion Renovable ESS3 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5.29. Evolucion Energıa en el ESS3 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
11
5.30. Balance de Potencia ESS3 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5.31. Generacion Convencional ESS0 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
5.32. Generacion Renovable ESS0 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.33. Evolucion Energıa en el ESS0 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
5.34. Balance de Potencia ESS0 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
5.35. Generacion Convencional ESS1 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.36. Generacion Renovable ESS1 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
5.37. Evolucion Energıa ESS 1 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.38. Balance de Potencia ESS1 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
5.39. Generacion Convencional ESS2 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77
5.40. Generacion Renovable ESS2 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.41. Evolucion Energıa ESS2 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
5.42. Balance de Potencia ESS2 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
5.43. Generacion Convencional ESS3 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.44. Generacion Renovable ESS3 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
5.45. Evolucion Energıa en el ESS3 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
5.46. Balance de Potencia ESS3 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
6.1. Evolucion de F.O. en los distintos esceneracios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
12
LISTA DE TABLAS
1. Indices problema optimizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
4. Variables continuas problema optimizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2. Parametros problema optimizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3. Variables binarias problema optimizacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.1. Caracterısticas ESS1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.2. Caracterısticas ESS2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
3.3. Caracterısticas ESS3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.1. Reserva del Sistema ESS1 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
5.2. Reserva del Sistema ESS2 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
5.3. Reserva del Sistema ESS3 RP . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
5.4. Reserva del Sistema ESS1 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
5.5. Reserva del Sistema ESS2 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5.6. Reserva del Sistema ESS3 PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
5.7. Reserva del Sistema ESS0 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
5.8. Reserva del Sistema ESS 1 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
5.9. Reserva del Sistema ESS2 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
5.10. Reserva del Sistema ESS3 RP y PS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
13
14
6.1. Evolucion de los vertidos en los escenarios de Reserva Primaria . . . . . . . . . . . . 84
6.2. Evolucion de la F.O en los escenarios de Reserva Primaria . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.3. Evolucion de los vertidos en los escenarios de Peak-Shaving . . . . . . . . . . . . . . 85
6.4. Evolucion de la F.O en los escenarios de Peak-Shaving . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
6.5. Evolucion de los vertidos en los escenarios de PS y RP . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
6.6. Evolucion de la F.O en los escenarios de Peak-Shaving y Reserva Primaria . . . . . . 86
6.7. % Ahorro del Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
AGRADECIMIENTOS
Gracias a los que confiaron en mi, en todo momento y sin los cuales no estarıa escribiendo estas
lıneas.
Gracias a mis padres y hermano, sin ellos nada de esto hubiera sido posible.
A mi Manu y a mi pequeno Rudi.
Todo parece imposible, hasta que se logra.
15
RESUMEN
Este proyecto, trata de poner de manifiesto la importancia de los sistemas de almacenamiento
dentro de los sistemas electricos de potencia. El almacenamiento electrico es uno de los elementos
a tener en cuenta en la operacion de las redes.
A traves de este trabajo, se analiza una red ficticia que consta de seis generadores conven-
cionales,generacion renovable y sistemas de almacenamiento. El almacenamiento es capaz de pro-
porcionar al citado sistema, reserva primaria y peak-shaving o control de picos. Se analizan por
tanto doce escenarios, en cada uno de los cuales se tiene un sistema de almacenamiento con unas
caracterısticas determinadas y ejerciendo una funcion sobre dicho sistema.
El objetivo es , a traves de la inclusion de sistemas que permiten almacenar energıa, demostrar
que se minimizan los costes de operacion del sistema completo. Dicho objetivo, se demostrara
resolviendo un problema de optimizacion. El problema de optimizacion tiene como funcion objetivo
la minizacion de los costes de operacion del sistema y esta sujeto a unas restricciones que se imponen.
El trabajo queda estructurado de la siguiente forma:
En el Capıtulo 1 se trata una introduccion mediante la cual se intenta poner en situacion al
lector. Posteriormente se hablan sobre los objetivos principales.
En el Capıtulo 2 se describe la relevancia de los sistemas de almacenamiento en la operacion de
los sistemas electricos de potencia.
En el Capıtulo 3 se describe la gestion que se hace del almacenamiento.
En el Capıtulo 4 se encuentran las ecuaciones que modelan el sistema y una breve explicacion
sobre el posterior tratamiento de los resultados.
En el Capıtulo 5 se muestran los resultados obtenidos.
En el Capıtulo 6 se comentan las conclusiones obtenidas.
16
NOMENCLATURA
A continuacion se detallan los parametros y variables utilizados en el problema de optimizacion.
Se encuentran definidos en las Tablas 1 ,2, 3 y 4:
Indices
g Unidad termica
h Hora
ess Unidad de almacenamiento
Tabla 1: Indices problema optimizacion
Variables continuas
pg,h Potencia de generacion de la unidad g en la hora h(MW)
ressouph Rampa de subida de reserva primaria del sistema (MW)
ressodownh Rampa de bajada de reserva primaria del sistema (MW)
resgenuph Rampa de subida de reserva primaria de la unidad g (MW)
resgendownh Rampa de bajada de reserva primaria de la unidad g (MW)
resessuph Rampa de subida de reserva primaria del ess (MW)
resessdownh Rampa de bajada de reserva primaria del ess (MW)
pcharess,h Potencia de carga del ess en la hora h(MW)
pdischaress,h Potencia de descarga del ess en la hora h(MW)
eess,h Capacidad de energıa actual del ess en la hora h (MW h)
WHh Capacidad renovable utilizada
Tabla 4: Variables continuas problema optimizacion
17
NOMENCLATURA 18
Parametros
Cfixg Costes fijos de la unidad g (e)
C ling Costes lineales de la unidad g (e/MW)
Cquag Costes cuadraticos de la unidad g (e/MW)
Cstart−upg Costes de arranque (e)
Cstart−upg Costes de parada (e)
Pmaxg,h Potencia maxima de generacion (MW)
Pming,h Potencia mınima de generacion (MW)
Rupg Rampa de subida de la unidad g (MW/h)
Rdowng Rampa de bajada de la unidad g (MW/h)
Dh Potencia demandada en la hora h (MW)
WINDh Produccion renovable en la hora h(MW)
Pmaxess,char Maxima potencia de carga de ess (MW)
Pmaxess,dischar Maxima potencia descarga ess (MW)
Eminess Mınima energıa de almacenamiento ess (MW h)
Emaxess Maxima energıa de almacenamiento ess (MW h)
E0ess Energıa inicial en el ess (MW h)
ηc Eficiencia de carga
ηd Eficiencia de descarga
Tabla 2: Parametros problema optimizacion
Variables binarias
δg,h Estado de la unidad g en la hora h
cxg,h Decision de encendido de la unidad g en la hora h
dxg,h Decision de apagado de la unidad g en la hora h
Tabla 3: Variables binarias problema optimizacion
CAPITULO 1
INTRODUCCION Y OBJETIVOS
1.1. Introduccion
Desde los inicios del sistemas electricos de potencia, el almacenamiento de energıa electrica se
ha buscado como solucion a los problemas tecnicos y de sobrecostes asociados a la variacion entre
el consumo y la generacion en el tiempo. Debido a la naturaleza de la energıa electrica, esta debe
ser transformada o convertida en otro tipo de energıa, ya sea mecanica, electromecanica, quımica
o electromagnetica para poder ser almacenada. Los combustibles fosiles, presentan dos importan-
tes caracterısticas. Son energıas almacenables y muy facilmente transportables. Esto significa que
el combustible puede ser almacenado hasta el momento en el que sea necesario ser utilizado y
transportado hasta el lugar en el que se requiera. En cuanto a las energıas renovables, la mayorıa
a excepcion de la biomasa y la hidraulica, no pueden ser almacenadas ni transportadas, sin ser
antes convertidas a energıa electrica. La electricidad se transmite facilmente a largas distancias y
se distribuye a los consumidores, pero a menudo, existe el problema de adecuar la oferta a la de-
manda. Esto requiere el desarrollo y la aplicacion de sistemas para contribuir a un almacenamiento
eficiente.
La necesidad de almacenamiento se hace por tanto evidente si se tiene en cuenta la clara ten-
dencia al alza en cuanto al consumo electrico y penetracion de renovables, como puede observarse
en la Figura 1.1. Donde la produccion de energıa por medio Geotermico/Solar/Eolico/Otro , au-
mento en el ano 2015 un 1 % [1]. En contraposicion a la produccion de energıa electrica mediante
combustibles fosiles, que disminuyo un 0,8 % del total consumido.
19
1.1 Introduccion 20
Figura 1.1: Produccion de electricidad por tipo de combustible en el ano 2014 y 2015
Por otro lado, teniendo en cuenta las nuevas polıticas energeticas europeas, en las que mas de
cien paıses han acordado alcanzar objetivos concretos e individualizados de reduccion de emisiones
de CO2 con vistas a evitar que el aumento medio de temperatura respecto a niveles preindustriales
exceda los 2oC. Estas polıticas europeas suponen un cambio en el sistema electrico tal y como se
conoce actualmente. Induciendo al sistema electrico completo a una serie de tendencias como son:
La importancia de las energıas renovables con respecto a las fuentes de energıa convencionales
El control centralizado deja paso a la descentralizacion del mismo
Los consumos de energıa fijos, dejaran de serlo, siendo en este caso mucho mas flexibles.
Tendiendo a impulsar la participacion del cliente en la gestion de su consumo
Dichas tendencias pueden verse reflejadas en la Figura 1.2
Figura 1.2: Tendencias en el Sistema Electrico
A continuacion se muestra la evolucion de la potencia instalada que se preve teniendo en cuenta
las polıticas de reduccion de emisiones de CO2. Observandose en la Figura 1.3 una clara tendencia
al alza en materia de renovables, si la comparamos con respecto a las demas tecnologıas. Esto
acrecenta aun mas la inclusion de los sistemas de almacenamiento dentro de los sistemas electricos
y la necesidad de que existan tecnologıas maduras y suficientemente desarrolladas.
1.1 Introduccion 21
Figura 1.3: Tendencias en el uso de tecnologıas [1]
La red electrica es la protagonista que debe hacer posible la transicion energetica, pero el entorno
esta cambiando. En este cambio, tienen un papel muy importante los sistemas de almacenamiento,
por lo que un uso eficiente de los mismos sera clave en el nuevo sistema electrico.
El sistemas actual de energıa electrica, presenta, pero cada vez menos, la estructura que se
muestra a continuacion . La generacion de energıa electrica se realiza de forma escalada y secuencial
hasta llegar al consumidor final.
Figura 1.4: Sistema tradicional
Figura 1.5: Sistema con generacion distribuida
Por lo que el modelo de sistema electrico de potencia esta cambiando. Un factor clave de exito
ha sido y sera la evolucion tecnologica de los sistemas de almacenamiento, que cada ano disminuyen
su coste y hacen estas tecnologıas aun mas competitivas.
1.2 Objetivos 22
1.2. Objetivos
El objetivo de este trabajo es realizar un estudio que busca la minimizacion del coste total de
un sistema tomado como ejemplo. Dicho sistema consta de sistemas de almacenamiento, generacion
convencional y generacion renovable. La generacion renovable no podra superar un nivel maximo
establecido. En este problema, se conoceran datos de demanda horaria, capacidad renovable y
caracterısticas tenicas y economicas de los generadores convecionales.
Se estableceran una serie de escenarios, mediante los cuales se pretende demostrar que a mayor
penetracion de sistemas de almacenamiento, se incurrira en un menor coste total del sistema. Se
permitira al sistema de almacenamiento que provea reserva primaria al sistema y que ayude al peak
shaving o control de picos de demanda.
Se puede observar un esquema principal de los objetivos del proyecto en la Figura 1.6
Figura 1.6: Objetivo del proyecto
CAPITULO 2
RELEVANCIA DEL ALMACENAMIENTO EN LA OPERACION DE LOS
SISTEMAS ELECTRICOS DE POTENCIA
Atendiendo a todos los usos que puedan darse a los sistemas de almacenamiento electrico, se
pueden clasificar como se observa en la siguiente Figura 2.1 [3] [4].
Figura 2.1: Diferentes usos del sistema de almacenamiento de energıa electrica
Los usos de los sistemas de almacenamiento pueden ser usados en aplicaciones de potencia
o aplicaciones de energıa principalmente. En las aplicaciones de potencia, se requiere una gran
potencia de salida durante usualmente cortos periodos de tiempo (de pocos segundos a minutos).
Luego requieren de una respuesta rapida por parte del ESS (Energy Storage System). En cuanto
23
2.1 Aplicaciones de Suministro Electrico 24
a las aplicaciones de energıa, los sistemas de almacenamiento utilizados, requieren de grandes
cantidades de energıa y cuya descarga puede durar de minutos a horas. Ası los sistemas utilizados
en aplicaciones de energıa, deberan almacenar una mayor cantidad de energıa que las usadas en las
aplicaciones de potencia.
La relevancia del almacenamiento en los sistemas electricos de potencia, puede ser clasificado
atendiendo a el numero de usos (ciclos) y la duracion del uso. Los cuatro principales usos de los
sistemas de almacenamiento electrico son:
Calidad de potencia.
Regulacion primaria.
Timeshift (aplanamiento de la curva de demanda).
Suministro de Reserva ,
La clasificacion comentada anteriormente, puede observarse en la Figura 2.2.
Figura 2.2: Diferentes usos del sistema de almacenamiento de energıa electrica en redes, atendido
a la frecuencia y duracion de sus usos [2]
2.1. Aplicaciones de Suministro Electrico
A continuacion, se describiran las caracterısticas principales de cada uso de los ESS dentro de
las aplicaciones que tienen que ver con el suministro electrico. Estas son: time-shifting y capacidad
de suministro.
2.1.1. Time-shifting
El time-shifting o aplanamiento de la curva de demanda implica el uso de la energıa en horas
valle (donde es mas barata) para la carga del ESS. Posteriormente, esta energıa puede ser vendida
o utilizada en horas punta (aquellos donde el precio de la energıa es mas elevado). Esto es lo que
se intenta poner de manifiesto en la Figura 2.3 y Figura 2.4
2.2 Aplicaciones para Servicios Auxiliares 25
Figura 2.3: Almacenamiento de energıa en horas valle
Figura 2.4: Aprovechamiento de la energıa almacenada en horas punta
2.1.2. Peak-shaving o afeitado de picos de demanda
Atendiendo a las circunstancias que se den en el sistema de energıa electrico, el almacenamiento
puede utilizarse para retrasar y/o reducir la necesidad de una nueva central de generacion o de
adquisicion de energıa en el mercado. En los momentos en los que sea necesaria mayor energıa
(horas punta), esta puede proveerse a traves del sistema de almacenamiento, que sera mas barato
que la necesidad de una nueva central o la adquisicion de esa energıa en el mercado.
2.2. Aplicaciones para Servicios Auxiliares
A continuacion, se describiran las caracterısticas principales de cada uso de los ESS dentro de
las aplicaciones que tienen que ver con los servicios auxiliares. Estas son: seguimientos de la carga,
regulacion , capacidad para reserva y soporte en tension.
2.2.1. Seguimiento de la carga
La capacidad para el seguimiento de la carga se caracteriza porque la potencia requerida cambia
con frecuenta en pocos minutos. Luego la salida del sistema debe ser un balance cambiante entre
la generacion y la demanda.
La carga basada en la generacion convencional, aumenta sus recursos para poder seguir a la
demanda a medida que aumente la carga del sistema. A la inversa, ocurre que, los recursos de
seguimiento de la carga disminuyen para seguir a la demanda que disminuye a medida que la carga
del sistema disminuye. Tipicamente, la cantidad de energıa necesaria aumenta cada dıa, a medida
que aumente dicha cantidad por la manana. Por la noche ocurre lo contrario. Un ejemplo de lo que
se quiere reflejar se puede observar en la Figura 2.5
2.2 Aplicaciones para Servicios Auxiliares 26
Figura 2.5: Seguimiento de la carga [3]
La generacion se utiliza para el seguimiento de la carga. Para el seguimiento de la carga, la
generacion se hace funcionar de manera que su salida sea inferior a su diseno o potencia nominal.
Lo que permite al operador incrementar la potencia de salida del generador, si es necesario, para
proporcionar el seguimiento de la carga, hasta acomodarse a la nueva demanda.
El almacenamiento es adecuado para el seguimiento de la carga por varias razones. En primer
lugar, la mayorıa de los tipos de almacenamiento pueden funcionar a niveles de carga de salida
parcial con penalizaciones de rendimiento relativamente pequenas. En segundo lugar, la mayorıa de
los tipos de almacenamiento pueden responder muy rapidamente (en comparacion con la mayorıa
de los tipos de generacion) cuando se necesita mas o menos salida para seguir la carga. Considere
tambien que el almacenamiento puede utilizarse eficazmente tanto para el seguimiento de la carga
(a medida que aumenta la carga) como para la carga que sigue hacia abajo (a medida que disminuye
la carga), ya sea descargandola o cargando.
2.2.2. Capacidad de Reserva
En la operacion de las redes electricas se debe contar con la presencia de capacidad de re-
serva. Esta capacidad debe ser utilizada en caso de que una fraccion de las fuentes de energıa
convencionales no esten disponibles.
Los tres tipos de reserva generica son [5]:
Reserva primaria: Se define la banda de regulacion primaria del sistema como el margen
de potencia en el que el conjunto de los reguladores de velocidad pueden actuar de forma
automatica y en los dos sentidos, como consecuencia de un desvıo de frecuencia. El Operador
del Sistema determina cada ano los requerimientos de regulacion primaria para el sistema
electrico.
Reserva secundaria: Se define la banda de regulacion secundaria del sistema como el margen
de variacion de la potencia en que el regulador secundario puede actuar automaticamente
2.2 Aplicaciones para Servicios Auxiliares 27
y en los dos sentidos, partiendo del punto de funcionamiento en que se encuentre en cada
instante. Viene dada por la suma, en valor absoluto, de las contribuciones individuales de los
grupos sometidos a este tipo de regulacion. El margen de potencia en cada uno de los dos
sentidos se conoce como reserva o banda a subir o a bajar.
Reserva terciaria : Esta constituida por la variacion maxima de potencia a subir o a bajar de
los grupos del sistema que puede ser movilizada en un tiempo inferior a quince minutos con
objeto de reconstituir la reserva de regulacion secundaria.
La regulacion, es entonces una forma de reestablecer el sistema ante posibles perturbaciones o
diferencias momentaneas entre la generacion y la demanda. Es decir, en cualquier momento dado,
la capacidad de generacion que esta funcionando puede exceder o puede ser menor que la carga.
La regulacion se utiliza para amortiguar esa diferencia. Se puede observar en la Figura 2.6 la lınea
roja que corresponderia a la demanda con muchas fluctuaciones y sin la actuacion de la regulacion.
La lınea negra corresponderıa a la demanda tras haber corregido dichas fluctuaciones con este tipo
de regulacion.
Figura 2.6: Regulacion en el Sistema [3]
Se debe tener en cuenta, que la generacion de base compuesta principalmente por genenracion
termica convencional, no es muy adecuada para los servicios de regulacion. La mayor parte de estos
sistemas no estan disenados para variar de forma rapida su potencia de salida y/o operar a carga
parcial. Por otra parte, el almacenamiento electrico por lo general presenta una mayor eficiencia al
tratar con cargas parciales y puede proveer de forma rapida la capacidad necesaria.
2.2.3. Control de Tension
Uno de los principales problemas en los sistemas electricos de potencia es el de mantener la
tension dentro de unos lımites establecidos. Tanto los equipos de las instalaciones electricas como
los de los consumidores estan disenados para trabajar en un rango determinado de tension, por lo
que la operacion de los mismos fuera de este rango puede afectar a su funcionamiento o danarlos.
Por otra parte, un buen nivel de tension, mejora la estabilidad del sistema.
2.3 Aplicaciones en la Red Electrica 28
Las tensiones en una red electrica, dependen en gran medida del flujo de potencia reactiva.
Si las lıneas son muy inductivas, situacion habitual en las redes, a mayor tension, mas inductivas
son.Puede afirmarse en general, que para subir tensiones en un nodo debe inyectarse reactiva y al
contrario para disminuir la tension.
Para esta aplicacion puede resultar muy interesante el almacenamiento distribuido debido a que
la potencia reactiva nos puede ser transmitida de forma eficaz a largas distancias.
2.3. Aplicaciones en la Red Electrica
A continuacion, se describiran las caracterısticas principales de cada uso de los ESS dentro
de las aplicaciones que tienen que ver la red electrica. Estas son: apoyo al sistema de transporte,
alivio de la congestion, alargamiento de la vida util de algunos elementos del sistema y proveer de
potencia en subestaciones.
2.3.1. Apoyo al Sistema de Transporte
Los sistemas de almacenamiento en la red de transporte, pueden ayudar a solucionar problemas
que tengan que ver con la compensacion de anomalıas y perturbaciones que pueda sufrir la red.
Estos pueden ser:
Incremento de la capacidad de carga con una mejora de la estabilidad
Incremento de la capacidad de la lınea, permitiendo mayores niveles de compensacion en serie
Control de tension
Control de frecuencia
2.3.2. Alivio de congestion
En algunas zonas de la red, las capacidades de tranmision, no siguen el mismo ritmo de creci-
miento que la demanda electrica en esos puntos. En consecuencia, los sistemas electricos se conges-
tionan en puntos determinados de la red, durante los periodos de mayor demanda. Esto impulsa
la necesidad de mayores capacidades de transmision. Gracias a los sistemas de almacenamiento, es
posible aliviar esta congestion, inyectando la potencia necesaria allı donde se necesite. Evitando
ası, la congestion de determinadas areas del sistema.
2.4 Aplicaciones para el Consumidor Final 29
2.3.3. Alargamiento de la vida util de los elementos
El aplazamiento de la modernizacion en transmision y la distribucion, es ahora posible gracias a
la utilizacion de pequenos sistemas de almacenamiento. Por ejemplo, si se tiene un sistema el cual se
aproxima a su carga electrica maxima, la instalacion de un ESS aguas abajo del nodo sobrecargado,
aplazara una necesidad de actualizacion y construccion de nuevos sistemas y equipos
Utilizando una pequena cantidad de almacenamiento, se puede proporcionar suficiente capaci-
dad incremental para aplazar la necesidad de una gran inversion en equipos del sistema. Lo que
resultara por tanto en un alargamiento de la vida util del equipo en cuestion.
2.3.4. Potencia en Subestaciones
Los sistemas de almacenamiento en las subestaciones, proporcionan energıa a estas cuando no
se encuentran energizadas por algun motivo. Luego se utilizan como sistema de emergencia para
alimentar protecciones y equipos de comunicacion y control.
2.4. Aplicaciones para el Consumidor Final
A continuacion, se describiran las caracterısticas principales de cada uso de los ESS dentro de
las aplicaciones que tienen que ver con el consumidor final. Estas son: ahorro en el coste de la
energia, gestion de la demanda, fiabilidad y calidad de potencia.
2.4.1. Ahorro en el coste de la Energıa
El almacenamiento por parte de los consumidores consistirıa en almacenar energıa en los pe-
riodos en los cuales fuese mas barata, para utilizarla posteriormente en los periodos en los que el
precio de la energıa es mayor.
Aunque los usuarios finales de electricidad reciben el beneficio de reducir el coste de la energıa
final, probablemente el diseno , la adquisicion, los costos de transaccion, etc. resulten demasiado
desafiantes para muchos usuarios potenciales, especialmente aquellos con uso de energıa relativa-
mente pequeno. Existen opciones como la figura del agregador, el cual una pequena asociacion de
consumidores estarıa bajo un mismo sistema de almacenamiento [6] [7].
2.4.2. Gestion de la demanda
El almacenamiento de energıa podrıa ser utilizado por los usuarios finales de la electricidad
para reducir los costos totales reduciendo el consumo electrico durante perıodos pico. La demanda
debera entonces reducirse durante periodos de tiempo y dıas especıficos.
2.5 Aplicaciones para Integracion de Energıas Renovables 30
Es posible que el consumidor se beneficie ayudando a reducir esos picos en el consumo electrico,
abaratando los costes del sistema [8].
Para reducir la carga cuando los cargos por demanda son altos, el almacenamiento se carga en
horas valle. La energıa almacenada se descarga cuando sea necesario.
2.4.3. Sistema de Almacenamiento de Emergencia
En el caso de una interrupcion total de energıa, que dure mas de unos segundos, el sistema de al-
macenamiento proporcionara energıa suficiente suficiente. Luego se utilizara en casos de emergencia
en los cuales la alimentacion principal o general se vea interrumpida por algun motivo
2.4.4. Calidad de potencia
Los sistemas de almacenamiento pueden ser utilizados tambien en caso de que aguas abajo de
nuestro ESS tengamos algun equipo muy sensible a variaciones del sistema. Tales como:
Varaciones de tension
Variaciones de Frecuencia
Factor de potencia
Contenido Armonico
Interrupciones en el servicio
2.5. Aplicaciones para Integracion de Energıas Renovables
A continuacion, se describiran las caracterısticas principales de cada uso de los ESS dentro de
las aplicaciones que tienen que ver con las Energıas Renovables. Estas son: time-shifting, capacidad
renovable e integracion en la red.
2.5.1. Aplicaciones de Time-shifting
Muchos recursos de generacion de energıa renovable producen una parte significativa de la
energıa electrica cuando esa energıa no es necesaria y no se puede verter directament a la red(por
ejemplo, durante la noche, los fines de semana o durante dıas festivos), generalmente denominada
horas valle. El almacenamiento de energıa utilizado junto con la generacion renovable podrıa ser
utilizado en los momentos en los que sea necesario. Esto es ası, debido a la intermitencia de los
sistemas renovables.
2.5 Aplicaciones para Integracion de Energıas Renovables 31
Un ejmplo de lo que se intenta reflejar, se puede observar en la Figura 2.7
Figura 2.7: Ejemplo de time-shifting asociado a la energıa eolica [3]
2.5.2. Capacidad Renovable
El objetivo de esta aplicacion, es que en energıas muy intermitentes, se pueda conseguir mediante
los ESS, obtener una capacidad renovable mas o menos constante. Este tipo de energıas y su
aplicacion son de especial valor en los picos de demanda del sistema. El almacenamiento utilizado
para consolidar los recursos renovables con estas caracterısticas requiere que sean capaces de realizar
la descarga en poco tiempo.
CAPITULO 3
GESTION DEL SISTEMA DE ALMACENAMIENTO ELECTRICO
En este capıtulo, se pretende describir con mayor detalle, la gestion que se hara del almacena-
miento en este trabajo. Se plantea el uso de los ESS para aplicaciones de seguridad en el sistema.
El modelo, permitira entonces determinar los ahorros que se proveeran al sistema si utilizamos el
almacenamiento para tres aplicaciones principales:
Proveer de reserva primaria al sistema.
Ayudar al control de picos o peak-shaving,afrontando los picos de demanda en momentos
puntuales, reduciendo ası la necesidad de disponer de mayor capacidad en el transporte.
Utilizar los ESS para ambas aplicaciones.
Teniendo en cuenta que la proporcionar al sistema reserva primaria, se considera como una
aplicacion de potencia, mientras que el control de picos o peak-shaving, esta considerada como una
aplicacion de energıa. Por lo que la utilizacion de los ESS para proporcionar ambas esta desacoplada.
Este desacoplamiento, hace que la combinacion de ambas sea factible.
La evaluacion economica de los ESS combinando varios servicios, es de cierto interes, ya que
parece que empiezan a ser atractivos para su uso en varias aplicaciones [4]. Por lo tanto, a conti-
nuacion, se presentan las condiciones a las que estaran sometidos cada uno de los escenario de los
que se presentaran.
Por lo tanto, se estudiaran los siguientes casos que se presentan en la Figura 3.1.
32
3.1 Sistema sin ESS 33
Figura 3.1: Esquema gestion de almacenamiento
3.1. Sistema sin ESS
El primer caso, para tomarlo como partida, y poder obtener el valor de la Funcion Objetivo base,
se resolvera el sistema completo sin tener en cuenta que exista ningun sistema de almacenamiento.
A partir de aquı, podran calcularse los ahorros obtenidos y como influira en el sistema la inclusion
del almacenamiento electrico. Luego aquı no tiene sentido la diferenciacion de las tres aplicaciones
principales dentro del sistema, ya que no existiran.
3.2. Sistema con ESS
Aqui se presentaran tres casos. Cada uno de estos casos seran resueltos para que el sistema de
almacenamiento sea capaz de proveer al sistema de:
Reserva primaria
Peak-shaving
Ambas
Lo que se pretende describir, es posible verlo resumido en la Se obtienen, por tanto, resulta-
dos de 12 escenarios posibles. Los sistemas de almacenamiento utilizados, se caracterizan por los
parametros que se presentan a continuacion.
3.2.1. Escenario ESS1
En este apartado, el sistema de almacenamiento utilizado, presenta las caracterısticas que se
observan en la Tabla 3.1
3.2 Sistema con ESS 34
Variable Valor
Pmaxess,car 25 MW
Pmaxess,des 25 MW
Eminess 10 MW h
Emaxess 100 MW h
Eess0 50 MW h
ηesscar 0.9
ηessdes 0.9
Tabla 3.1: Caracterısticas ESS1
3.2.2. Escenario ESS2
En este apartado, el sistema de almacenamiento utilizado, presenta las caracterısticas que se
observan en la Tabla 3.2
Variable Valor
Pmaxess,car 50 MW
Pmaxess,des 50 MW
Eminess 10 MW h
Emaxess 300 MW h
Eess0 150 MW h
ηesscar 0.9
ηessdes 0.9
Tabla 3.2: Caracterısticas ESS2
3.2.3. Escenario ESS3
En este apartado, el sistema de almacenamiento utilizado, presenta las caracterısticas que se
observan en la Tabla 3.3
Variable Valor
Pmaxess,car 75 MW
Pmaxess,des 75 MW
Eminess 10 MW h
Emaxess 450 MW h
Eess0 225 MW h
ηesscar 0.9
ηessdes 0.9
Tabla 3.3: Caracterısticas ESS3
CAPITULO 4
MODELO MATEMATICO Y PROCESAMIENTO DE RESULTADOS
En este capıtulo se pretende describir el modelo matematico y las ecuaciones implementadas
mediante el software Pyomo. Tambien se describira el proceso mediante el cual se procesan los
datos obtenidos.
4.1. Descripcion del programa Pyomo
A continuacion, se describen las caracterısticas principales del software utilizado para la reso-
lucion de problemas de optimizacion.
4.1.1. Lenguajes de modelado algebraico (AML)
Existen varios tipos de lenguajes algebraicos de programacion, estos estan indicados para la op-
timizacion de problemas matematicos de modelos complejos y relativamente grandes. Las ventajas
que se presentan en el uso de estas herramientas son multiples. En primer lugar, cabe destacar que
la estructura de este tipo de programacion permite separar los datos de la estructura matematica
del modelado. En cuanto a la formulacion del programa, esta es independiente del tamano del
problema y es tambien independiente de los solvers u optimizadores. Por otro lado, permiten la
implementacion de algoritmos avanzados, la facil implantacion de problemas de diversos tipos y la
portabiliadad entre distintas plataformas y sistemas operativos.
En cuanto a los inconvenientes de este lenguaje de programacion, es posible afirmar que no
son aconsejables para usos esporadicos con problemas de pequeno tamano ni tampoco, para la
resolucion directa de problemas de muy gran tamano.
Existen varios lenguajes AML , los mas importantes se presentan a continuacion :
35
4.2 Modelo matematico 36
AMPL : se trata de un lenguaje sencillo para la construccion y resolucion de modelos de
optimizacion, fundamentalmente modelos de programacion Lineal, programacion Entera y
programacion no lineal.
GAMS : el proceso de modelado y resolucion son totalmente independientes, se comunica con
los solvers para la resolucion de todo tipo de problemas. Este lenguaje de programacion, ofrece
mecanismos para la resolucion de problemas de optimizacion estructurados, las llamadas
tecnicas de descomposicion.
AIMMS : esta disenado para la resolucion de problemas de optimizacion a gran escala y
programacion de actividades
El programa utilizado para la optimizacion del problema se denomina Pyomo. Es un lenguje de
programacion,basado en Phyton, que permite modelar,analizar y resolver problemas de optimiza-
cion. Pyomo es una alternativa de software al libre, que como se podra observar, se puede utilizar
para problemas de optimizacion, de la misma forma que GAMS o AMPL.
Pyomo, proporciona una alternativa libre y gratuita a los lenguajes de modelado algebraico,
haciendo uso de Python.Respecto a sus capacidades como lenguaje de modelado algebraico, Pyomo
es compatible con una amplia gama de tipos de problemas de optimizacion, se destacan entre otros:
LP : Programacion lineal
NP : Programacion no lineal
MILP : programacion lineal entera mixta
MINLP : programacion no lineal entera mixta
MISP : programacion entera mixta con restricciones
MIQP : programacion entera cuadratica mixta
Estos se comunican con los principales solvers comerciales, gratuitos y/o libres.
4.2. Modelo matematico
Los sistemas de almacenamiento de energıa, pueden ser utilizados en un amplio rango de apli-
caciones. Con este trabajo, se quiere poner de manifiesto, el beneficio economico que conlleva el uso
de sistemas de almacenamiento en la provision simultanea de regulacion primaria en frecuencia y
la disminucion de los picos de consumo en sistemas aislados.
Se ha desarrollado un modelo de optimizacion de la operacion economica diaria de un sistema
aislado bajo operacion centralizada.
4.2 Modelo matematico 37
Este modelo, anade al tradicional despacho economico, la posibilidad de usar un sistema de
almacenamiento, proporcionando ası, alternativas, relacionadas con la seguridad y calidad del sis-
tema.El modelo que se va a desarrollar, permite determinar los ahorros de potencia del sistema si
cumplimos con los requerimientos de reserva primaria o suavizado de picos mediante los sistemas
de almacenamiento. Tambien se calcula el ahorro economico debido a la inclusion en el sistema de
este tipo de dispositivos. Se utilizaran datos historicos principalmente de:
Demanda semanal
Produccion de viento
Datos tecnicos y economicos de los generadores convencionales
El modelo matematico utilizado para para calcular el ahorro que se obtiene con la utilizacion
de sistemas de almacenamiento de energıa, es un modelo de despacho economico. El modelo esta
formulado como un problema de optimizacion de tipo MIQP. Este modelo, toma como datos de
entrada la demanda horaria de produccion renovable (principalmente viento).
4.2.1. Funcion objetivo
La funcion objetivo del problema trata de minimizar los costes totales del sistema, dando como
salida las decisiones de puesta en macha de las unidades termicas y la operacion horaria tanto
de la unidad termica como del sistema de almacenamiento. La funcion objetivo, se formula de la
siguiente forma (4.1) [9]:
min∑
g,h,ess
[Cfixg · δg,h + C lin
g · pg,h + Cquag · p2g,h + Cstart−up
g · cxg,h + Cshut−downg · dxg,h+
+0,1 · pcharess,h + 0,1 · pdischess,h]
(4.1)
La formulacion de la funcion objetivo, tiene en cuenta los costes fijos,lineales y cuadraticos
de la generacion termica, ası como los cotes de arranque y parada de cada una de las unidades
de generacion [10]. Se penalizan minimamente las potencias de carga y descarga en el sistema de
almacenamiento.
4.2.2. Restricciones
La funcion objetivo anterior de despacho economico,se ve afectada por restricciones de balance
de potencia, por las restricciones tecnicas de los generadores y por las restricciones que hacen
referencia a las rampas de subida y bajada de la reserva de los generadores [9].
4.2 Modelo matematico 38
4.2.2.1. Balance de potencia
La ecuacion (4.2) formula el balance de pontencia entre la potencia de generacion que incluye
unidades termicas, viento y descarga de los sistemas de almacenamiento que debe ser igual a
la potencia demandada por la carga incluyendo aquı la demanda y la carga de los sistemas de
almacenamiento.
∑g
pg,h +∑ess
(pdischess,h − pcharess,h) +WDh = Dh ∀h (4.2)
4.2.2.2. Operacion tecnica termica
La ecuacion (4.3) que se muestra a continuacion, impone que la generacion termica debe estar
entre unos lımites maximo y mınimos. La ecuacion (4.4) impone restricciones en cuanto a la rampa
entre dos tiempos consecutivos
Pming,h · δg,h ≤ pg,h ≤ Pmax
g,h · δg,h ∀h (4.3)
−Rdowng ≤ pg,h−1 − pg,h ≤ Rup
g (4.4)
4.2.2.3. Reserva del sistema
Las ecuaciones (4.5) y (4.6) computan las reservas primarias requeridas de subida y bajada
sumando la reserva primaria de las unidades termicas y de las unidades de almacenamiento. En
las ecuaciones se fuerza a que la rampa de subida de la reserva primaria sea mayor que la mayor
potencia conectada y tambien que la generacion eolica esperada. Por otro lado y siguiendo tambien
con la regulacion espanola para sistemas aislados, se especifica que la reserva primaria total de
bajada debe ser mayor que el 50 % de la reserva primaria de subida.
ressouph = resgenuph + resessuph ∀h (4.5)
ressodownh = resgendown
h + resessdownh ∀h (4.6)
ressouph ≥ pg,h ∀g, h (4.7)
ressouph ≥WDh ∀h (4.8)
ressodownh ≥ 0,5ressouph ∀h (4.9)
4.2 Modelo matematico 39
4.2.2.4. Reserva procedente de las unidades generadoras
A continuacion, se muestran las restricciones que modelan las reservas primarias de subida y
bajada que son capaces de proporcionar los generadores. Dichas ecuaciones se muestran en las
ecuaciones (4.10) y (4.11)
resgendownh =
∑g
(pg,h − Pming,h · δg,h) ∀h (4.10)
resgenuph =∑g
(Pmaxg,h · δg,h − pg,h) ∀h (4.11)
4.2.2.5. Decision de arranque y parada del generador
Estas restricciones modelan las variables binarias cxg,h y dxg,h que son variables que indican
el arranque o la parada de un generador. Las restricciones que imponen su valor, se definen en las
ecuaciones (4.12) y (4.13).
δg,h − δg,h−1 ≤ cxg,h ∀h (4.12)
δg,h−1 − δg,h ≤ dxg,h ∀h (4.13)
4.2.2.6. Reserva procedente del sistema de almacenamiento
La ecuacion (4.15) limita la reserva primaria de subida del sistema de potencia, la cual puede
ser utilizada por los sistemas de almacenamiento. Esta ecuacion asume que que ninguna unidad
del sistema de almacenamiento esta completamente descargada y puede proveer como reserva de
subida, la potencia maxima de descarga (Pmaxess,disch) independientemente del nivel de energıa actual
(eess,h) del sistema de almacenamiento.
resessdownh ≤
∑ess
(Pmaxess,disch − pdischess,h + pcharess,h) ∀h (4.14)
Analogamente, la ecuacion (4.15) tiene en cuenta la reserva primaria de bajada procedente de
los sistemas de almacenamiento. Dicha restriccion asume que la baterıa puede contribuir a dicha
reserva tanto en la carga como en la descarga de la misma.
resessuph ≤∑ess
(pdischess,h + Pmaxess,disch − pcharess,h) ∀h (4.15)
4.2 Modelo matematico 40
4.2.2.7. Lımites de carga y descarga del sistema de almacenamiento
En las ecuaciones que se presentan a continuacion,se imponen limites en los ratios de carga y
descarga de los sistemas de almacenamiento. En la ecuacion (4.16) se impone que la potencia de
descarga no debe superar un lımite maximo. En la ecuacion (4.17) por el contrario, se impone un
lımite en la potencia de carga.
0 ≤ pdischess,h ≤ Pmaxess,disch (4.16)
0 ≤ pcharess,h ≤ Pmaxess,char (4.17)
4.2.2.8. Energıa almacenada en el sistema ESS
La ecuacion (4.18) modela la dinamica de carga y descarga del sistema de almacenamiento. La
energıa almacenada depende unicamente del nivel anterior de energıa, de las potencias de carga y
decarga y por ultimo de los rendimientos tanto de carga como de descarga(ηc y ηd).
eess,h = eess,h−1 − pdischess,h/ηd + pdischess,h · ηc (4.18)
Por ultimo, es necesario establecer unos lımites en los niveles de energıa maximos y mınimos que
alcanzara el sistema de almacenamiento. Estos lımites vienen definidos por los parametros Eminess y
Emaxess . La ecuacion que define la restriccion es la que se presenta en (4.19).
Eminess ≤ eess,h ≤ Emax
ess (4.19)
4.2.2.9. Estados de carga inicial y final del sistema de almacenamiento
Se definen a continuacion las restricciones necesarias para imponer los estados de carga (soc,
state of charge) en el momento inicial y final del sistema de almacenamiento. El valor es el mismo
en ambos casos y se ha tomado como la mitad del valor maximo de energıa admitido por el sistema
de almacenamiento. Esto se muestra en las ecuaciones (4.20) y (4.21).
eess,0 = E0ess (4.20)
eess,hfinal = E0ess (4.21)
4.3 Procesado de resultados 41
4.2.2.10. Casos especiales
Las resctricciones descritas anteriormente, se aplican en los casos en lo que el sistema provee
simultaneamente reserva primaria y peak-shaving. En el caso en el que solo actue para proporcionar
reserva primaria, la (4.16) y (4.17) deben ser sustituidas por:
pdischess,h = 0 ∀h (4.22)
pcharess,h = 0 ∀h (4.23)
Por el contrario, si el sistema de almacenamiento, solo provee servicio de peak-shaving, la (4.14)
y (4.15) deben ser sustituidas por:
resessuph = 0 ∀h (4.24)
resessdownh = 0 ∀h (4.25)
4.3. Procesado de resultados
Para el procesado de los resultados obtenidos, se ha hecho uso de dos diferentes programas:
Microsoft Excel y Matlab R2016. La estructura de obtencion de resultados es la que se muestra en
la Figura 4.1.
Figura 4.1: Procesado de resultados
A traves de un archivo de datos, dado en un archivo con extension “.dat” se ejecuta, mediante
una ventana en el terminal, el modelo con los datos dados. La resolucion se realiza a traves del
solver gurobi. Este solver, permite la resolucion de problemas del tipo [11]:
Programacion lineal (LP).
Programacion lineal entera mixta (MILP).
Programacion cuadratica entero mixta (MIQP).
4.3 Procesado de resultados 42
Programacion cuadratica (QP).
Programacion restringido cuadraticamente (QCP).
Programacion entera mixta restringido cuadraticamente (MIQCP).
Esta herramienta para la resolucion de problemas, cuenta con interfaces para variados progra-
mas. Entre ellos, se encuentran AIMMS, AMPL, GAMS y MPL.
Tras la obtencion de resultados a traves de un fichero de texto, se procesan, obteniendo un
fichero excel con los datos relevantes de variables del problema.
Una vez obtenido dicho excel, con la ayuda de un script de matlab, se representaran los resul-
tados que se muestran en el siguiente capıtulo.
CAPITULO 5
RESULTADOS
A continuacion, se muestran los resultados que se han obtenido mediante la aplicacion del
modelo matematico y los datos de los sistemas de almacenamiento. Los demas datos necesarios,tales
como costes de generacion, demanda, etc. se encuentran en el Apendice A.
5.1. ESS para Regulacion Primaria
A continuacion se muestran los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento propor-
cionando solo regulacion primaria. Se estudiaran los escenarios correspondientes a :
Escensario ESS 0: sin sistema de almacenamiento
Escenario ESS 1 : utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.1
Escensario ESS 2: utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.2
Ecensario ESS 3: utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.3
5.1.1. ESS 0
Los resultados que se presentan se han obtenido sin sistema de almacenamiento. La generacion
convencional, se puede observar en la Figura 5.1. La funcion objetivo tiene un valor de 785431.79e.
Este valor de la funcion objetivo, puede ser tomado como punto de referencia. A continuacion, se
muestra la generacion convencional habiendo resuelto el problema de optimizacion completo.
43
5.1 ESS para Regulacion Primaria 44
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.1: Generacion Convencional ESS0 RP
Es posible observar en la Figura 5.1 la evolucion horaria de la generacion termica. Cabe destacar,
que el generador 4 no entra en la resolucion del problema. Es posible observar que existe generacion
de sobra, ya que ni siquiera se utiliza toda la renovable posible. La generacion renovable utilizada,
con respecto a la maxima posible, se muestra en la Figura 5.2.
Figura 5.2: Generacion Renovable ESS0 RP
La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que la generacion
renovable utilizada aparece en lınea azul continua.
5.1 ESS para Regulacion Primaria 45
Debido a que no existen sistemas de almacenamiento, los valores de energıa y potencias tanto
de carga como de descarga seran 0. Cabe destacar que estos valores de potencia de carga/descarga
seran 0 a lo largo de los 4 escenarios en los que se proporciona solo reserva primaria.
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda obtenida y
la demanda real (dato) del sistema.
Figura 5.3: Balance de Potencia ESS0 RP
5.1.2. ESS 1
Los resultados se han obtenido considerando el sistema de almacenamiento que aparece en la
Tabla 3.1, estos resultados se presentan a continuacion . La generacion convencional horaria en
MW y por generadores, se puede observar en la Figura 5.4. La funcion objetivo tiene un valor de
721775.80e , menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0 de esta misma seccion.
Esto es ası, debido a la inclusion de los sistemas de almacenamiento.
5.1 ESS para Regulacion Primaria 46
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.4: Generacion Convencional ESS1 RP
Se observa en este caso, que existe una mayor oferta de generacion termica de la necesaria,
con lo que el generador 4 queda fuera del problema debido a los costes asociados, potencia mıni-
ma y rampas de subida/bajada. Por otra parte, tampoco se utiliza toda la generacion renovable
disponible, por lo que la restante podra almacenarse en caso de que sea posible.
La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la Figura 5.5.
La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que la generacion
renovable utilizada aparece en lınea azul continua.
Figura 5.5: Generacion Renovable ESS1 RP
5.1 ESS para Regulacion Primaria 47
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.6. Como cabıa esperar, la energıa tiene un valor constante en todo momento y con valor 50
MW h. Por otra parte, las potencias tanto de carga como de descarga del sistema de almacenamiento
seran 0.
Figura 5.6: Evolucion Energıa en el ESS1 RP
Se va a mostrar a continuacion, la evolucion de los valores de reserva tanto de los generadores
convencionales como los del sistema de almacenamiento. En la Tabla 5.1 es posible observar la
evolucion de los valores de reserva en las unidades generadoras y sistemas de almacenamiento.
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
Figura 5.7: Balance de Potencia ESS1 RP
5.1.3. ESS 2
Los resultados se han obtenido considerando el sistema de almacenamiento que aparece en la
Tabla 3.2 . La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.8. La funcion objetivo
tiene un valor de 694709.61e menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0 y ESS1 de
5.1 ESS para Regulacion Primaria 48
Hora ressouph(MW)
ressodownh
(MW)
resgenuph(MW)
resgendownh
(MW)
resessuph(MW)
resessdownh
(MW)
1 183 92 183 67 0 25
2 183 92 183 67 0 25
3 183 92 183 67 0 25
4 183 92 183 67 0 25
5 183 92 183 67 0 25
6 183 92 183 67 0 25
7 196 98 177 73 19 25
8 246 129 221 104 25 25
9 234 141 209 116 25 25
10 233 142 208 117 25 25
11 228 147 203 122 25 25
12 245 130 220 105 25 25
13 246 124 226 99 20 25
14 242 121 229 96 13 25
15 233 117 233 92 0 25
16 233 117 233 92 0 25
17 233 117 233 92 0 25
18 227 148 202 123 25 25
19 350 175 350 150 0 25
20 350 200 325 175 25 25
21 325 225 300 200 25 25
22 297 253 272 228 25 25
23 349 176 349 151 0 25
24 240 120 230 95 10 25
Tabla 5.1: Reserva del Sistema ESS1 RP
esta misma seccion. Esto es ası, debido a una mayor penetracion de los sistemas de almacenamiento
en la operacion del sistema.
5.1 ESS para Regulacion Primaria 49
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.8: Generacion Convencional ESS2 RP
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis gene-
radores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta
del sistema es mayor que la demanda en ese momento, pudiendo ver esto tambien en la utilizacion
de la potencia renovable.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se
muestra en la Figura 5.9. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua,
mientras que la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua.
Figura 5.9: Generacion Renovable ESS2 RP
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
5.1 ESS para Regulacion Primaria 50
Figura 5.10. Como cabıa esperar, la energıa tiene un valor constante en todo momento y con
valor 150 MW h. Por otra parte, las potencias tanto de carga como de descarga del sistema de
almacenamiento seran 0.
Figura 5.10: Evolucion Energıa en el ESS2 RP
Se va a mostrar a continuacion, la evolucion de los valores de reserva tanto de los generadores
convencionales como los del sistema de almacenamiento. En la Tabla 5.2 es posible observar la
evolucion de los valores de reserva en las unidades generadoras y sistemas de almacenamiento.
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
Figura 5.11: Balance de Potencia ESS2 RP
5.1.4. ESS 3
Los resultados se han obtenido considerando el sistema de almacenamiento que aparece en la
Tabla 3.3 . La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.12. La funcion objetivo
5.1 ESS para Regulacion Primaria 51
Hora ressouph(MW)
ressodownh
(MW)
resgenuph(MW)
resgendownh
(MW)
resessuph(MW)
resessdownh
(MW)
1 196 104 196 54 0 50
2 200 100 200 50 0 50
3 158 83 142 33 16 50
4 161 86 139 36 22 50
5 163 88 137 38 26 50
6 200 100 200 50 0 50
7 227 123 177 73 50 50
8 221 154 221 104 0 50
9 227 166 209 116 18 50
10 228 167 208 117 20 50
11 233 172 203 122 30 50
12 241 155 220 105 21 50
13 246 149 226 99 20 50
14 254 134 241 84 13 50
15 240 135 240 85 0 50
16 247 128 247 78 0 50
17 280 140 235 90 45 50
18 227 173 202 123 25 50
19 210 215 160 165 50 50
20 325 225 325 175 0 50
21 300 250 300 200 0 50
22 300 278 272 228 28 50
23 399 201 349 151 50 50
24 180 170 130 120 50 50
Tabla 5.2: Reserva del Sistema ESS2 RP
5.1 ESS para Regulacion Primaria 52
tiene un valor de 689111.25e menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0 , ESS1
y ESS2 de esta misma seccion. Esto es ası, debido a una mayor penetracion de los sistemas de
almacenamiento en la operacion del sistema. Se puede comprobar por tanto, que a mayor inclusion
de los sistemas de almacenamiento, proporcionando estos reserva primaria, se incurren en menores
costes del sistema.
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.12: Generacion Convencional ESS3 RP
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable, se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.13. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que la
generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, ambas coinciden.
5.1 ESS para Regulacion Primaria 53
Figura 5.13: Generacion Renovable
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.14.La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra
en la Figura 5.10. Como cabıa esperar, la energıa tiene un valor constante en todo momento y con
valor 225 MW h. Por otra parte, las potencias tanto de carga como de descarga del sistema de
almacenamiento seran 0.
Figura 5.14: Evolucion Energıa en el ESS3 RP
Se va a mostrar a continuacion, la evolucion de los valores de reserva tanto de los generadores
convencionales como los del sistema de almacenamiento. En la Tabla 5.3 es posible observar la
evolucion de los valores de reserva en las unidades generadoras y sistemas de almacenamiento.
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
5.1 ESS para Regulacion Primaria 54
Hora ressouph(MW)
ressodownh
(MW)
resgenuph(MW)
resgendownh
(MW)
resessuph(MW)
resessdownh
(MW)
1 196 129 196 54 0 75
2 195 130 120 55 75 75
3 158 108 142 33 16 75
4 161 111 139 36 22 75
5 163 113 137 38 26 75
6 216 109 216 34 0 75
7 187 148 177 73 10 75
8 196 204 121 129 75 75
9 227 191 209 116 18 75
10 228 192 208 117 20 75
11 233 197 203 122 30 75
12 295 180 220 105 75 75
13 246 174 226 99 20 75
14 254 159 241 84 13 75
15 240 160 240 85 0 75
16 306 153 247 78 59 75
17 235 165 235 90 0 75
18 233.5 198 202 123 31.5 75
19 235 240 160 165 75 75
20 325 250 325 175 0 75
21 300 275 300 200 0 75
22 300 303 272 228 28 75
23 349 226 349 151 0 75
24 205 195 130 120 75 75
Tabla 5.3: Reserva del Sistema ESS3 RP
5.2 ESS para Peak-Shaving 55
Figura 5.15: Balance de Potencia ESS3 RP
5.2. ESS para Peak-Shaving
A continuacion se muestran los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento propor-
cionando peak-shaving. Se estudiaran los escenarios correspondientes a :
Escensario ESS 0: sin sistema de almacenamiento
Escenario ESS 1 : utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.1
Escensario ESS 2: utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.2
Ecensario ESS 3: utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.3
5.2.1. ESS 0
Los resultados obtenidos sin tener en cuenta el sistema de almacenamiento. La generacion con-
vencional, se puede observar en la Figura 5.16. La funcion objetivo tiene un valor de 785431.79e.Este
valor de la funcion objetivo, es el mismo punto de referencia en cuanto a costes que en el caso an-
terior, en el que almacenamiento proporcionaba reserva primaria. A continuacion, se muestra la
generacion convencional habiendo resuelto el problema de optimizacion completo.
5.2 ESS para Peak-Shaving 56
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.16: Generacion Convencional ESS0 PS
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible
en el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en
laFigura 5.17. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible.
5.2 ESS para Peak-Shaving 57
Figura 5.17: Generacion Renovable ESS0 PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.18. Al no tener sistema de almacenamiento, tanto la energıa como las potencias de carga
y descarga seran 0.
Figura 5.18: Evolucion Energıa ESS0 PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
5.2 ESS para Peak-Shaving 58
Figura 5.19: Balance de Potencia ESS0 PS
5.2.2. ESS 1
Los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento de la Tabla 3.1 son los que se
muestran a continuacion. La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.20. La
funcion objetivo tiene un valor de 733542.05e menor que el valor de la funcion objetivo en el
caso ESS0 de esta misma seccion. Esto es ası, debido a una mayor penetracion de los sistemas de
almacenamiento en la operacion del sistema que proporcionan servicios de control de los picos de
demanda.
5.2 ESS para Peak-Shaving 59
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.20: Generacion Convencional ESS1 PS
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.21. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible.
5.2 ESS para Peak-Shaving 60
Figura 5.21: Generacion Renovable ESS1 PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.22. Es posible observar que tanto el valor inicial como el final es la mitad del valor
maximo que puede alcanzar.
Figura 5.22: Evolucion Energıa en el ESS1 PS
En este caso, los valores de reserva del sistema de almacenamiento seran 0. Luego solo se
presentaran los resultadaos que corresponde a los valores de reserva de subida y bajada del sistema
completo, que son los mismos que los valores de reserva de las unidades generadoras.
5.2.3. ESS 2
Los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento de la Tabla 3.2 son los que se
muestran en este apartado . La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.23. La
5.2 ESS para Peak-Shaving 61
Horas ressoup
(MW)
ressodown
(MW)
1 167 83
2 167 83
3 167 83
4 167 83
5 167 83
6 167 83
7 167 83
8 217 108
9 209 116
10 210 115
11 217 108
12 217 108
13 217 108
14 217 108
15 217 108
16 217 108
17 210 115
18 202 123
19 185 140
20 300 200
21 291 209
22 276 224
23 324 176
24 152 98
Tabla 5.4: Reserva del Sistema ESS1 PS
5.2 ESS para Peak-Shaving 62
funcion objetivo tiene un valor de 721534.58e menor que los costes asociados a los escenarios de
esta misma seccion y que corresponden con ESS0 y ESS1.
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.23: Generacion Convencional ESS2 PS
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.24. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible. La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima
posible, se muestra en la Figura 5.24.
5.2 ESS para Peak-Shaving 63
Figura 5.24: Generacion Renovable ESS2 PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.25. Es posible observar que tanto el valor inicial como el final es la mitad del valor
maximo que puede alcanzar.
Figura 5.25: Evolucion Energıa en el ESS2 PS
En este caso, los valores de reserva del sistema de almacenamiento seran 0. Luego solo se
presentaran los resultadaos que corresponde a los valores de reserva de subida y bajada del sistema
completo, que son los mismos que los valores de reserva de las unidades generadoras.
5.2 ESS para Peak-Shaving 64
Horas ressoup
(MW)
ressodown
(MW)
1 167 83
2 167 83
3 167 83
4 167 83
5 167 83
6 167 83
7 167 83
8 166 84
9 209 116
10 210 115
11 217 108
12 217 108
13 217 108
14 217 108
15 217 108
16 217 108
17 217 108
18 202 123
19 202 123
20 306 194
21 300 200
22 288 212
23 306 194
24 166 84
Tabla 5.5: Reserva del Sistema ESS2 PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
5.2 ESS para Peak-Shaving 65
Figura 5.26: Balance de Potencia ESS2 PS
5.2.4. ESS 3
Los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento de la Tabla 3.3 se presentan a
continuacion. La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.27. La funcion objetivo
tiene un valor de 712575.18e menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0 , ESS1
y ESS2 de esta misma seccion. Esto es ası, debido a una mayor penetracion de los sistemas de
almacenamiento en la operacion del sistema. Se puede comprobar por tanto, que a mayor inclusion
de los sistemas de almacenamiento, proporcionando estos control de picos, se incurren en menores
costes del sistema. Cabe destacar tambien que el valor de la funcion objetivo en este escenario es
mayor, que en el caso ESS3 proporcionando reserva primaria.
5.2 ESS para Peak-Shaving 66
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.27: Generacion Convencional ESS3 PS
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.28. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible. La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima
posible, se muestra en la Figura 5.28.
5.2 ESS para Peak-Shaving 67
Figura 5.28: Generacion Renovable ESS3 PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.29.
Figura 5.29: Evolucion Energıa en el ESS3 PS
En este caso, los valores de reserva del sistema de almacenamiento seran 0. Luego solo se
presentaran los resultadaos que corresponde a los valores de reserva de subida y bajada del sistema
completo, que son los mismos que los valores de reserva de las unidades generadoras.
5.2 ESS para Peak-Shaving 68
Horas ressoup
(MW)
ressodown
(MW)
1 167 83
2 167 83
3 167 83
4 167 83
5 167 83
6 167 83
7 167 83
8 157 93
9 209 116
10 210 115
11 217 108
12 217 108
13 217 108
14 217 108
15 217 08
16 217 108
17 210 115
18 202 123
19 194 131
20 194 131
21 175 150
22 296 204
23 324 176
24 157 93
Tabla 5.6: Reserva del Sistema ESS3 PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 69
Figura 5.30: Balance de Potencia ESS3 PS
5.3. ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving
A continuacion se muestran los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento propor-
cionando tanto regulacion primaria como peak-shaving. Se estudiaran los escenarios correspondien-
tes a :
Escensario ESS 0: sin sistema de almacenamiento
Escenario ESS 1 : utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.1
Escensario ESS 2: utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.2
Ecensario ESS 3: utilizando los datos que se dan en la Tabla 3.3
5.3.1. ESS 0
Los resultados obtenidos sin tener en cuenta el sistema de almacenamiento son los siguientes.
La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.31. La funcion objetivo tiene un valor
de 785431.79 e. Este valor de la funcion objetivo, se puede comprobar que es el mismo que en
los casos en los que se proporciona o reserva primaria o peak-shaving. Luego este es el punto de
partida para comparar el ahorro obtenido.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 70
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.31: Generacion Convencional ESS0 RP y PS
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.32. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible. La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima
posible, se muestra en la Figura 5.32.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 71
Figura 5.32: Generacion Renovable ESS0 RP y PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.33. La evolucion en este primer escenario sera 0, por lo que las potencias de carga y
descarga tambien lo seran. La reserva del sistema, vendra determinada solo por las reservas de los
generadores. Se muestran los valores de reserva en la Tabla 5.7.
Figura 5.33: Evolucion Energıa en el ESS0 RP y PS
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 72
Horas ressoup
(MW)
ressodown
(MW)
1 166.67 83.33
2 166.67 83.33
3. 166.67 83.33
4 166.67 83.33
5 166.67 83.33
6 166.67 83.33
7 166.67 83.33
8 216.67 108.33
9 209.00 116.00
10 283.33 141.67
11 283.33 141.67
12 283.33 141.67
13 283.33 141.67
14 283.33 141.67
15 216.67 108.33
16 216.67 108.33
17 216.67 108.33
18 202.00 123.00
19 333.33 166.67
20 325.00 175.00
21 300.00 200.00
22 272.00 228.00
23 333.33 166.67
24 216.67 108.33
Tabla 5.7: Reserva del Sistema ESS0 RP y PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 73
Figura 5.34: Balance de Potencia ESS0 RP y PS
5.3.2. ESS 1
Los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento que se muestra en la Tabla 3.1 son
los siguientes. La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.35. La funcion objetivo
tiene un valor de 708061.50 e menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0 de esta
misma seccion. Esto es ası, debido a una mayor penetracion de los sistemas de almacenamiento en
la operacion del sistema. Se puede comprobar por tanto, que a mayor inclusion de los sistemas de
almacenamiento, proporcionando estos control de picos y reserva primaria, se incurren en menores
costes del sistema que si solo se proporciona uno de los dos servicios.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.36. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible. La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima
posible, se muestra en la Figura 5.36.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 74
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.35: Generacion Convencional ESS1 RP y PS
Figura 5.36: Generacion Renovable ESS1 RP y PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.37. La reserva del sistema, viene ahora determinada por las reservas de los generadores y
del sistem de almacenamiento. Se muestran los valores de reserva en la Tabla 5.8.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 75
Figura 5.37: Evolucion Energıa ESS 1 RP y PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
Figura 5.38: Balance de Potencia ESS1 RP y PS
5.3.3. ESS 2
Los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento que se muestra en la Tabla 3.2
son los siguientes. La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.39. La funcion
objetivo tiene un valor de 687258,49 e menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0 y
ESS1 tanto de este misma seccion como de la anteriores secciones Esto es ası, debido a una mayor
penetracion de los sistemas de almacenamiento en la operacion del sistema y el tipo de servicio que
proporcionan.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 76
Hora ressouph(MW)
ressodownh
(MW)
resgenuph(MW)
resgendownh
(MW)
resessuph(MW)
resessdownh
(MW)
1 200.00 100.00 200.00 50.00 0.00 50.00
2 166.67 83.33 166.67 83.33 0.00 0.00
3 175.00 87.50 175.00 75.00 0.00 12.50
4 150.00 75.00 150.00 25.00 0.00 50.00
5 150.00 75.00 150.00 25.00 0.00 50.00
6 175.00 87.50 175.00 75.00 0.00 12.50
7 196.00 98.00 165.91 84.09 30.09 139.13
8 246.00 129.00 221.00 104.00 25.00 25.00
9 234.00 141.00 209.00 116.00 25.00 25.00
10 233.00 142.00 208.00 117.00 25.00 25.00
11 228.00 147.00 203.00 122.00 25.00 25.00
12 241.00 130.00 220.00 105.00 21.00 25.00
13 246.00 124.00 221.78 103.22 24.22 207.84
14 242.00 121.00 221.78 103.22 20.22 177.84
15 233.33 116.67 221.78 103.22 11.55 134.51
16 220.00 110.00 220.00 105.00 0.00 5.00
17 230.00 115.00 221.78 103.22 8.22 117.84
18 227.00 148.00 202.00 123.00 25.00 25.00
19 185.00 190.00 185.00 140.00 0.00 50.00
20 325.00 200.00 325.00 175.00 0.00 25.00
21 325.00 225.00 300.00 200.00 25.00 25.00
22 297.00 253.00 272.00 228.00 25.00 25.00
23 349.00 176.00 349.00 151.00 0.00 25.00
24 155.00 145.00 150.00 100.00 5.00 45.00
Tabla 5.8: Reserva del Sistema ESS 1 RP y PS
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.39: Generacion Convencional ESS2 RP y PS
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 77
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 4, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable,no se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.40. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que
la generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua. En este caso, se utiliza menos
generacion renovable de la disponible, aunque en casi todas las horas, excepto en los momentos
inciales, se utiliza toda la capacidad renovable disponible. La generacion renovable utilizada, con
respecto a la maxima posible, se muestra en la Figura 5.40.
Figura 5.40: Generacion Renovable ESS2 RP y PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.41. La reserva del sistema, viene ahora determinada por las reservas de los generadores y
del sistem de almacenamiento. Se muestran los valores de reserva en la Tabla 5.9.
Figura 5.41: Evolucion Energıa ESS2 RP y PS
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 78
Hora ressouph(MW)
ressodownh
(MW)
resgenuph(MW)
resgendownh
(MW)
resessuph(MW)
resessdownh
(MW)
1 233.33 116.67 233.33 16.67 0.00 100.00
2 170.00 105.00 130.00 45.00 40.00 60.00
3 166.00 83.00 134.00 41.00 32.00 42.00
4 172.00 86.00 128.00 47.00 44.00 39.00
5 176.00 88.00 124.00 51.00 52.00 37.00
6 175.00 87.50 175.00 75.00 0.00 12.50
7 227.00 123.00 157.03 92.97 69.97 30.03
8 171.00 179.00 138.85 111.15 32.15 67.85
9 225.85 166.00 209.00 116.00 16.85 50.00
10 227.93 167.00 208.00 117.00 19.93 50.00
11 232.57 172.00 203.00 122.00 29.57 50.00
12 241.00 155.00 220.00 105.00 21.00 50.00
13 246.00 149.00 226.00 99.00 20.00 50.00
14 254.00 134.00 235.04 89.96 18.96 44.04
15 240.00 135.00 235.04 89.96 4.96 45.04
16 235.04 128.00 235.04 89.96 0.00 38.04
17 235.00 140.00 235.00 90.00 0.00 50.00
18 252.00 173.00 202.00 123.00 50.00 50.00
19 210.00 215.00 173.14 151.86 36.86 63.14
20 175.00 250.00 175.00 150.00 0.00 100.00
21 350.00 250.00 300.00 200.00 50.00 50.00
22 322.00 278.00 272.00 228.00 50.00 50.00
23 399.00 201.00 349.00 151.00 50.00 50.00
24 180.00 170.00 130.00 120.00 50.00 50.00
Tabla 5.9: Reserva del Sistema ESS2 RP y PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 79
Figura 5.42: Balance de Potencia ESS2 RP y PS
5.3.4. ESS 3
Los resultados obtenidos con el sistema de almacenamiento que se muestra en la Tabla 3.3
son los siguientes. La generacion convencional, se puede observar en la Figura 5.43. La funcion
objetivo tiene un valor de 677995,44 e menor que el valor de la funcion objetivo en el caso ESS0
, ESS1 y ESS2 de esta misma seccion y de las anteriores tambien. Esto es ası, debido a una mayor
penetracion de los sistemas de almacenamiento en la operacion del sistema. Se puede comprobar
por tanto, que a mayor inclusion de los sistemas de almacenamiento, proporcionando estos tanto
control de picos como reserv primaria, se incurren en menores costes del sistema.
Se observa por tanto, la potencia de generacion en cada hora y de cada uno de los seis genera-
dores. El generador numero 6, queda fuera del problema, observandose por tanto que la oferta del
sistema es mayor que la demanda.
Con respecto a la utilizacion de la potencia renovable, se hace uso de toda la disponible en
el sistema.La generacion renovable utilizada, con respecto a la maxima posible, se muestra en la
Figura 5.44. La generacion renovable maxima se muestra en lınea roja discontinua, mientras que la
generacion renovable utilizada aparece en lınea azul continua.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 80
(a) Generador 1 (b) Generador 2 (c) Generador 3
(d) Generador 4 (e) Generador 5 (f) Generador 6
Figura 5.43: Generacion Convencional ESS3 RP y PS
Figura 5.44: Generacion Renovable ESS3 RP y PS
La evolucion de la energıa almacenada en el sistema de almacenamiento, se muestra en la
Figura 5.45 .La reserva del sistema, viene ahora determinada por las reservas de los generadores y
del sistem de almacenamiento. Se muestran los valores de reserva en la Tabla 5.10.
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 81
Figura 5.45: Evolucion Energıa en el ESS3 RP y PS
Por ultimo, se muestra la evolucion de la demanda y una comprobacion de que el balance de
potencia se cumple en todo momento. Se representan por tanto los datos de demanda y la demanda
real que es proporcionada por el sistema.
Figura 5.46: Balance de Potencia ESS3 RP y PS
5.3 ESS para Regulacion Primaria y Peak-Shaving 82
Hora ressouph(MW)
ressodownh
(MW)
resgenuph(MW)
resgendownh
(MW)
resessuph(MW)
resessdownh
(MW)
1 250.00 129.00 250.00 0.00 0.00 129.00
2 210.00 105.00 210.00 40.00 0.00 65.00
3 166.67 83.33 166.67 83.33 0.00 0.00
4 172.00 86.00 172.00 78.00 0.00 8.00
5 176.00 88.00 176.00 74.00 0.00 14.00
6 216.00 109.00 216.00 34.00 0.00 75.00
7 187.07 148.00 177.00 73.00 10.07 75.00
8 196.00 204.00 121.00 129.00 75.00 75.00
9 184.00 216.00 128.84 121.16 55.16 94.84
10 227.93 192.00 208.00 117.00 19.93 75.00
11 278.00 197.00 203.00 122.00 75.00 75.00
12 241.00 180.00 220.00 105.00 21.00 75.00
13 246.00 174.00 226.00 99.00 20.00 75.00
14 254.00 159.00 241.00 84.00 13.00 75.00
15 240.00 160.00 240.00 85.00 0.00 75.00
16 247.00 153.00 247.00 78.00 0.00 75.00
17 235.00 165.00 235.00 90.00 0.00 75.00
18 277.00 198.00 202.00 123.00 75.00 75.00
19 235.00 240.00 160.00 165.00 75.00 75.00
20 200.00 275.00 187.84 137.16 12.16 13.78
21 175.00 300.00 175.00 150.00 0.00 150.00
22 456.00 228.00 422.00 153.00 34.00 75.00
23 224.00 251.00 163.84 161.16 60.16 89.84
24 205.00 195.00 130.00 120.00 75.00 75.00
Tabla 5.10: Reserva del Sistema ESS3 RP y PS
CAPITULO 6
CONCLUSIONES
A modo de conlusiones, se incluyen las siguientes tablas mediante las cuales es posible observar
la evolucion de la funcion objetivo en los distintos escenarios estudiados. Se comprueba que con la
utilizacion de sistemas de almacenamiento dentro de los sistemas electricos de potencia, los ahorros
en los que se incurren son significativos.Por otra parte, es posible observar, el nivel de vertidos que
se experimenta en cada escenario. Se puede comprobar que en el caso base, existen vertidos de
renovables, pero dependiendo de la aplicacion y del sistema de almacenamiento, estos existiran o
no. El escenario base del que parten todos los sistemas es el ESS0. Se comprueba que el valor de la
funcion objetivo en todos los escenarios iniciales es el mismo.
ESS con Reserva Primaria: A continuacion se muestran en la Tabla 6.2 los valores de la
funcion objetivo, tras resolver el problema de minimizacion de costes. Se puede comprobar
que a medida que a mayor capacidad de los sistemas de almacenamiento, menores costes
totales se obtienen.
Escenario Vertidos de Renovables
ESS 0 Si
ESS 1 Si
ESS 2 Si
ESS 3 No
Tabla 6.1: Evolucion de los vertidos en los escenarios de Reserva Primaria
Tal y como se aprecia en el apartado de resultados anterior y en la Tabla 6.1 existen vertidos en
todos los escenarios excepto en el ultimo donde el sistema de almacenamiento tiene mayor capacidad.
83
84
Cabe destacar tambien, que los vertidos de renovable disminuyen a medida que la capacidad del
almacenamiento aumenta, si los ESS proporcionan solo reserva primaria.
Escenario F.O.
ESS 0 785431,79 e
ESS 1 721775,80 e
ESS 2 694709,61 e
ESS 3 689111,25 e
Tabla 6.2: Evolucion de la F.O en los escenarios de Reserva Primaria
ESS con Peak-Shaving: En la Tabla 6.4 se muestran los valores de la funcion objetivo de
minimizacion de costes tras resolver el problema de optimizacion. Se incurren en menores
costes, a medida que el sistema de almacenamiento se hace mayor. Es posible observar que
los costes asociados a proporcionar reserva primaria, son menores en todos los escenarios, si
se comparan con los que se muestran en la Tabla 6.4
Escenario Vertidos de Renovables
ESS 0 Si
ESS 1 Si
ESS 2 Si
ESS 3 Si
Tabla 6.3: Evolucion de los vertidos en los escenarios de Peak-Shaving
Como es posible observar tanto de la Tabla 6.3 como de los resultados mostrados en el Capıtulo
anterior, existen vertidos de renovables en todos los escenarios, cuando el sistema de almacenamiento
proporciona Peak-Shaving. Estos vertidos, son practicamente iguales en todos los escenarios, a
diferencia del caso en el que el ESS proporcionaba solo reserva primaria.
Escenario F.O.
ESS 0 785431,79 e
ESS 1 733542,05 e
ESS 2 721534,58 e
ESS 3 712575,18 e
Tabla 6.4: Evolucion de la F.O en los escenarios de Peak-Shaving
ESS con Peak-Shaving y Reserva Primaria: Por ultimo, se muestra la evolucion de
los valores de la funcion objetivo, tras resolver el problema de optimizacion. En este caso,
se considera que los sistemas de almacenamiento se utilizan para proporcionan tanto reserva
primaria como en el control de picos. Cabe destacar que en este caso, en los tres escenarios (
ESS1, ESS2 y ESS3 ) los costes son menores que en las Tablas 6.2 y 6.4.
85
Escenario Vertidos de Renovables
ESS 0 Si
ESS 1 Si
ESS 2 Si
ESS 3 No
Tabla 6.5: Evolucion de los vertidos en los escenarios de PS y RP
Como es posible observar en la Tabla 6.5, existen vertidos de renovables en todos los escenarios,
excepto en el ultimo. Este es el que presenta una mayor capacidad del sistema de almacenamiento.
Se puede comprobar, que los vertidos tienen a disminuir a medida que el Sistema de almacenamiento
aumenta, proporcionando este tanto reserva primaria como peak-shaving.
Escenario F.O.
ESS 0 785431,79 e
ESS 1 708061,50 e
ESS 2 687258,48 e
ESS 3 677995,44 e
Tabla 6.6: Evolucion de la F.O en los escenarios de Peak-Shaving y Reserva Primaria
Se muestra en la siguiente grafica, la evolucion de las tres funciones objetivos. Se comprueba
que en los tres apartados, se parte del mismo valor de Funcion Objetivo, pudiendose comprobar,
lo ya mencionado anteriormente. En los tres escenarios (reserva primaria, peak-shaving y ambos)
los costes asociados a cada sistema de almacenamiento disminuyen, pero tambien existe una dis-
minucion de costes segun el uso que proporcionan estos sistemas de almacenamiento. Esto puede
observarse con claridad en la Figura 6.1.
Figura 6.1: Evolucion de F.O. en los distintos esceneracios
Por ultimo, se han determinado, los ahorros que se obtienen en el sistema de potencia al propor-
86
cionar tanto reserva primaria como peak-shaving mediante sistemas de almacenamiento de energıa
electrica. Se observa que , al combinar ambas aplicaciones, se proporciona un mayor ahorro en al
sistema completo, que si utilizaramos los sistemas de almacenamiento de forma independiente.
Los ahorros que se proporcionan al sistema, se resumen en la siguiente Tabla 6.7:
Ahorro Reserva Primaria Peak-Shaving Ambas
ESS 1 8,1 % 6,61 % 9,85 %
ESS 2 11,55 % 8,14 % 12,5 %
ESS 3 12,26 % 12,26 % 13,68 %
Tabla 6.7: % Ahorro del Sistema
Por tanto, se ha demostrado, que los sistemas de almacenamiento son un alternativa economica
en la planificacion de la capacidad de generacion de reserva. Se ha comprobado por tanto, que la
utilizacion combinada de los sistemas de almacenamiento para aplicaciones de reserva primaria y
peak-shaving, aumento el ahorro con respecto a la utilizacion separada de ambos. Se comprobo
tambien que gracias a la utilizacion de sistemas de almacenamiento, se minimizaron los vertidos de
Renovables, optimizando aun mas el Sistema.
Los resultados, tambien indican que la presencia de sistemas de almacenamiento de energıa con
mayor capacidad, es mas beneficiosa, que la utilizacion de menores sistemas de almacenamiento.
En terminos economicos y en los escenarios de reserva primaria, peak-shaving y ambos.
APENDICE A
DATOS DEL SISTEMA
set g := 1 2 3 4 5 6 ;
set e s s := 1 ;
set h := 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ;
set h1 := 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 ;
param Cg f ix :=
1 255
2 255
3 45
4 1500
5 1500
6 1250
;
param Cg l in := [ ∗ ]
1 83 .4
2 83 .4
3 75
4 125
5 110
6 150
;
param Cg qua := [ ∗ ]
1 0 .015
2 0 .015
3 0 .195
4 0 .09
5 0 .09
6 0 .35
87
88
;
param Cg stup := [ ∗ ]
1 15026
2 15026
3 1859
4 3012
5 3012
6 4381
;
param Cg sd := [ ∗ ]
1 1503
2 1503
3 186
4 301
5 301
6 438
;
param Pg min := [ ∗ ]
1 5
2 150
3 25
4 100
5 25
6 50
;
param Pg max := [ ∗ ]
1 30
2 300
3 100
4 350
5 100
6 300
;
param Rg up := [ ∗ ]
1 15
2 150
3 50
4 175
5 50
6 150
;
param Rg down := [ ∗ ]
1 15
2 150
3 50
4 175
5 50
6 150
;
param Dh := [ ∗ ]
0 374
89
1 344
2 323
3 314
4 311
5 325
6 374
7 446
8 502
9 532
10 552
11 551
12 550
13 543
14 530
15 510
16 501
17 507
18 511
19 523
20 557
21 583
22 514
23 440
;
param WINDh := [ ∗ ]
0 140
1 134
2 135
3 123
4 118
5 111
6 121
7 137
8 181
9 210
10 225
11 241
12 246
13 254
14 240
15 227
16 206
17 179
18 141
19 118
20 127
21 125
22 133
23 140
;
APENDICE B
CODIGO DEL PROBLEMA DE OPTIMIZACION
# In [ 1 ] :
from pyomo . envi ron import ∗
model = AbstractModel ( )
# In [ 2 ] :
model . g = Set ( ) #Unidad t ermica
model . h = Set ( ) #Horas
model . h1 = Set ( ) #I n d i c e a u x i l i a r
model . e s s = Set ( ) #Unidad de almacenamiento
# In [ 3 ] :
# Parametros r e l a t i v o s a l a generac i on convenc iona l
model . Cg f ix = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Coste f i j o de l a unidad g (
euro )
model . Cg l in = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Coste l i n e a l de l a unidad g
( euro /MW)
model . Cg qua = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Coste c u a d r a t i c o de l a
unidad g ( euro /MW2)
model . Cg stup = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Coste de arranque d e l
generador g ( euro )
model . Cg sd = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Coste de apagar l a unidad g
( euro )
model . Pg min = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Mınima po ten c ia de
generac i on de l a unidad g (MW)
90
91
model . Pg max = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Maxima pote nc i a de
generac i on de l a unidad g (MW)
model . Rg up = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Rampa de sub ida de l a
unidad g (MW/h )
model . Rg down = Param( model . g , with in=P o s i t i v e R e a l s ) # Rampa de bajada de l a
unidad g (MW/h )
# Parametros r e l a t i v o s a l almacenamiento
model . Pess cmax = Param( model . e s s ) # Maxima pote nc i a en carga de l a e s s (MW)
model . Pess dmax = Param( model . e s s ) # Maxima pote nc i a en descarga de l a e s s (MW)
model . Eess min = Param( model . e s s ) # Mınima SoC (MWh)
model . Eess max = Param( model . e s s ) # Maxima SoC (MWh)
model . Eess0 = Param( model . e s s ) # SoC i n i c i a l (MWh)
model . Etad ess = Param( model . e s s ) # Rendimiento de descarga de l a e s s
model . Etac e s s = Param( model . e s s ) # Rendimiento de carga de l a e s s
#Parametros r e l a t i v o s a l a r e s e r v a d e l s i s tema
model . Rg down = Param( model . g )
model . Rg up = Param( model . g )
# Otros parametros
model .WINDh = Param( model . h ) # Capacidad de producci on e o l i c a en l a hora h
model .Dh = Param( model . h ) # Demanda de l a hora h (MW)
# In [ 4 ] :
# V a r i a b l e s cont inuas
model . p gh = Var ( model . g , model . h , with in=NonNegativeReals ) # Generacion de po ten c ia
de l a unidad g en l a hora h (MW)
model . p c e s s = Var ( model . ess , model . h , with in=NonNegativeReals ) # Potencia de carga
de l a e s s en l a hora h (MW)
model . pd es s = Var ( model . ess , model . h , with in=NonNegativeReals ) # Potencia de
descarga de l a e s s en l a hora h (MW)
model . e e s s = Var ( model . ess , model . h , with in=NonNegativeReals ) # SoC en hora h
model .wh = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) # Produccion e o l i c a en hora h
model . r e s so up = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) #Reserva primaria rampa sub ida
model . resso down = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) #Reserva primaria rampa
bajada
model . resgen up = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) #Reserva primaria rampa
sub ida por par te de l o s generadores
model . resgen down = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) #Reserva primaria rampa
bajada por p ar te de l o s generadores
model . r e s e s s u p = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) #Reserva primaria rampa
sub ida por par te de l o s e s s
model . resess down = Var ( model . h , with in=NonNegativeReals ) #Reserva primaria rampa
bajada por p ar te de l o s e s s
# In [ 5 ] :
92
# V a r i a b l e s b i n a r i a s
model . d e l t a gh = Var ( model . g , model . h , with in=Binary ) # Estado de l a unidad g en l a
hora h
model . cx gh = Var ( model . g , model . h , with in=Binary ) # Decis i on de pues ta en marcha
de l a unidad g en hora h
model . dx gh = Var ( model . g , model . h , with in=Binary ) # Decis i on de desconexi on de
l a unidad g en hora h
# In [ 6 ] :
# Funcion o b j e t i v o
def f o b j e t i v o ( model ) :
return sum( ( model . Cg f ix [ g ]∗ model . d e l t a gh [ g , h ] + model . Cg l in [ g ]∗ model . p gh [ g , h ] +
model . Cg qua [ g ] ∗ ( model . p gh [ g , h ] ) ∗∗2
+ model . cx gh [ g , h ]∗ model . Cg stup [ g ] + model . dx gh [ g , h ]∗ model . Cg sd [ g ]
+ 0 .1∗model . p c e s s [ ess , h ] + 0 .1∗model . pd es s [ ess , h ] )
for g in model . g
for h in model . h
for e s s in model . e s s )
model . o b j e t i v o = Object ive ( r u l e=f o b j e t i v o , s ense=minimize , doc=’ d e f i n e l a func i on
o b j e t i v o ’ )
# In [ 7 ] :
# R e s t r i c c i o n e s
def Bal pot ( model , h ) :
return sum( model . p gh [ g , h ] for g in model . g ) + sum( model . pd es s [ ess , h ] − model .
p c e s s [ ess , h ] for e s s in model . e s s ) + model .wh [ h ] == model .Dh[ h ]
model . con Bal pot = Constra int ( model . h , r u l e=Bal pot , doc=’ Balance de potenc ia ’ )
def W max( model , h ) :
return model .wh [ h ] <= model .WINDh[ h ]
model . con w max = Constra int ( model . h , r u l e=W max, doc=’Maxima producci on e o l i c a ’ )
def g l i m i n f ( model , g , h ) :
return model . Pg min [ g ]∗ model . d e l t a gh [ g , h ] <= model . p gh [ g , h ]
model . c o n g l i m i n f = Constra int ( model . g , model . h , r u l e=g l i m i n f , doc= ’ L ımite
i n f e r i o r generac i on t e rmica ’ )
def g l imsup ( model , g , h ) :
return model . p gh [ g , h ] <= model . Pg max [ g ]∗ model . d e l t a gh [ g , h ]
model . con g l imsup = Constra int ( model . g , model . h , r u l e=g l imsup , doc= ’ L ımite
s u p e r i o r generac i on t e rmica ’ )
def g s t a r t ( model , g , h ) :
return model . d e l t a gh [ g , h ] − model . d e l t a gh [ g , h−1] <= model . cx gh [ g , h ]
model . c o n g s t a r t = Constra int ( model . g , model . h1 , r u l e=g s t a r t , doc=’ Arranque
generador ’ )
93
def g shutdown ( model , g , h ) :
return model . d e l t a gh [ g , h−1] − model . d e l t a gh [ g , h ] <= model . dx gh [ g , h ]
model . con g shutdown = Constra int ( model . g , model . h1 , r u l e=g shutdown , doc=’ Parada
generador ’ )
#R e s t r i c c i o n e s de rampa de sub ida y bajada
def r down ( model , g , h ) :
return −model . Rg down [ g ] <= model . p gh [ g , h ] − model . p gh [ g , h−1]
model . con r down = Constra int ( model . g , model . h1 , r u l e=r down , doc=’ L ımite rampa
bajada generador ’ )
def r up ( model , g , h ) :
return model . Rg up [ g ] >= model . p gh [ g , h ] − model . p gh [ g , h−1]
model . con r up = Constra int ( model . g , model . h1 , r u l e=r up , doc=’ L ımite rampa subida
generador ’ )
#R e s t r i c c i o n e s de r e s e r v a d e l s i s tema
def r s i s t ema up ( model , h ) :
return model . r e s so up [ h ] == model . resgen up [ h ] + model . r e s e s s u p [ h ]
model . con r s i s t ema up = Constra int ( model . h , r u l e=rs i s t ema up , doc=’Rampa subida
s i s tema ’ )
def rs istema down ( model , h ) :
return model . resso down [ h ] == model . resgen down [ h ] + model . re sess down [ h ]
model . con rs i stema down = Constra int ( model . h , r u l e=rsistema down , doc=’Rampa bajada
s i s tema ’ )
def r l i m i t ( model , g , h ) :
return model . r e s so up [ h ] >= model . p gh [ g , h ]
model . c o n r l i m i t = Constra int ( model . g , model . h , r u l e=r l i m i t , doc=’ Reserva l ı m i t e
s i s tema ’ )
def r r enovab l e ( model , h ) :
return model . r e s so up [ h ] >= model .wh [ h ]
model . c on r r enovab l e = Constra int ( model . h , r u l e=r r enovab l e , doc=’ Reserva l ı m i t e
renovable ’ )
def r ud ( model , h ) :
return model . resso down [ h ] >= 0.5∗model . r e s so up [ h ]
model . con r ud = Constra int ( model . h , r u l e=r ud , doc=’ Reserva bajada y subida ’ )
#Reserva de l o s generadores
def r gendown ( model , h ) :
return model . resgen down [ h ] == sum ( model . p gh [ g , h ] − ( model . Pg min [ g ]∗ model .
d e l t a gh [ g , h ] ) for g in model . g )
model . con r gendown = Constra int ( model . h , r u l e=r gendown , doc=’ Reserva bajada
generador ’ )
94
def r genup ( model , h ) :
return model . resgen up [ h ] == sum ( ( model . Pg max [ g ]∗ model . d e l t a gh [ g , h ] ) − model . p gh
[ g , h ] for g in model . g )
model . con r genup = Constra int ( model . h , r u l e=r genup , doc=’ Reserva subida generador
’ )
#Reserva ESS
def r e s sup ( model , h ) :
return model . r e s e s s u p [ h ] <= sum( model . Pess dmax [ e s s ] − model . pd es s [ ess , h ] + model .
p c e s s [ ess , h ] for e s s in model . e s s )
model . c on r e s sup = Constra int ( model . h , r u l e=r e s sup , doc=’ Reserva subida ESS ’ )
def r essdown ( model , h ) :
return model . resess down [ h ] <= sum( model . pd es s [ ess , h ] + model . Pess dmax [ e s s ] −model . p c e s s [ ess , h ] for e s s in model . e s s )
model . con r essdown = Constra int ( model . h , r u l e=r essdown , doc=’ Reserva bajada ESS ’ )
def l imchar ( model , ess , h ) :
return model . p c e s s [ ess , h ] <= model . Pess cmax [ e s s ]
model . con l imchar = Constra int ( model . e s s , model . h , r u l e=l imchar , doc=’ L ımite
carga e s s ’ )
def l imd i s cha r ( model , ess , h ) :
return model . pd es s [ ess , h ] <= model . Pess dmax [ e s s ]
model . c on l imd i s cha r = Constra int ( model . e s s , model . h , r u l e=l imd i s cha r , doc=’
L ımite descarga e s s ’ )
def soc0 ( model , e s s ) :
return model . e e s s [ ess , 0 ] == model . Eess0 [ e s s ]
model . con soc0 = Constra int ( model . ess , r u l e=soc0 , doc=’ Energ ıa almacenada e s s ’ )
def s o c f i n a l ( model , e s s ) :
return model . e e s s [ ess , 2 3 ] == model . Eess0 [ e s s ]
model . c o n s o c f i n a l = Constra int ( model . ess , r u l e=s o c f i n a l , doc=’ Energ ıa almacenada
e s s f i n a l ’ )
def ealm ( model , ess , h ) :
return model . e e s s [ ess , h ] == model . e e s s [ ess , h−1] − model . pd es s [ ess , h ] / model .
Etad ess [ e s s ] + model . p c e s s [ ess , h ]∗ model . Etac e s s [ e s s ]
model . con ealm = Constra int ( model . e s s , model . h1 , r u l e=ealm , doc=’ Energ ıa
almacenada e s s ’ )
def e l e v e l i n f ( model , ess , h ) :
return model . Eess min [ e s s ] <= model . e e s s [ ess , h ]
model . c o n e l e v e l i n f = Constra int ( model . e s s , model . h , r u l e=e l e v e l i n f , doc=’ Nive l
ene rg ı a i n f e r i o r e s s ’ )
def e l e v e l s u p ( model , ess , h ) :
return model . e e s s [ ess , h ] <= model . Eess max [ e s s ]
95
model . c o n e l e v e l s u p = Constra int ( model . e s s , model . h , r u l e= e l eve l sup , doc=’ Nive l
ene rg ı a s u p e r i o r e s s ’ )
BIBLIOGRAFIA
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