Desarrollo de un modelo de expansión de la transmisión eléctrica considerando la alta penetración de vehículos eléctricos y la flexibilidad de la demanda

Abstract

La transición energética y la masiva adopción de vehículos eléctricos (VEs) representan una oportunidad fundamental para la descarbonización de la matriz energética. Sin embargo, la integración inelástica y no coordinada de estas nuevas cargas podría presentar un desafío crítico para la seguridad, operación y planificación de los sistemas eléctricos de potencia, exacerbando la congestión de las redes y requiriendo una alta capacidad de generación durante los horarios de demanda máxima. En este contexto, el presente trabajo de título evalúa el impacto técnico y económico de la gestión activa de la demanda de VEs en la planificación de la expansión de la transmisión, incorporando restricciones dinámicas operativas mediante un modelo de optimización de Unit Commitment. El problema se formula a través de programación lineal entero mixta, cuyo objetivo es encontrar el plan óptimo de expansión minimizando conjuntamente los costos de inversión en nuevas líneas y los costos de operación. El modelo se evalúa sobre un sistema representativo del sistema eléctrico nacional de Chile bajo distintos escenarios de estrés. Los resultados demuestran que la recarga pasiva de los VEs conduce a ineficiencias estructurales, detonando altos niveles de Energía No Suministrada (ENS) y vertimiento renovable. La implementación de estrategias de gestión activa (\textit{Load Shifting}) transforma significativamente el perfil de carga mediante efectos de recorte de punta (\textit{Peak Shaving}) y relleno de valle (\textit{Valley Filling}). Esta flexibilización permite reducir los costos totales de optimización en más de un 65%, erradicando el vertimiento solar y mitigando la ENS en escenarios de alta exigencia. Además, se evidencia que(...).

The energy transition and the massive adoption of electric vehicles (EVs) represent a fundamental opportunity for the decarbonization of the energy matrix. However, the inelastic and uncoordinated integration of these new loads could pose a critical challenge for the security, operation, and planning of electrical power systems, exacerbating grid congestion and requiring high generation capacity during peak demand hours. In this context, this thesis evaluates the technical and economic impact of active EV demand management on transmission expansion planning, incorporating dynamic operational constraints through a Unit Commitment optimization model. The problem is formulated using Mixed-Integer Linear Programming (MILP), aiming to find the optimal expansion plan by jointly minimizing the investment costs in new lines and the operational costs. The model is evaluated on a representative model of the Chilean National Electric System under various stress scenarios. The results demonstrate that passive EV charging leads to structural inefficiencies, triggering high levels of Energy Not Supplied (ENS) and renewable curtailment. The implementation of active management strategies (Load Shifting) significantly transforms the load profile through Peak Shaving and Valley Filling effects. This flexibility allows for a reduction in total optimization costs by over 65 %, eradicating solar curtailment and mitigating ENS in highly demanding scenarios. Furthermore, it is evidenced that(...).