Optimización por intervalos para un modelo de expansión de capacidad de sistemas eléctricos.

Abstract

El constante crecimiento en la demanda energética a raíz del crecimiento socioeconómico es algo ineludible, es por esto que es necesaria una planificación de una red eléctrica alineada con este hecho, y que sea capaz de proyectar una operación que no se vea sobrepasada por la demanda afectando a quienes la necesitan. Otro factor que debe considerar un plan de esta índole es el impacto ecológico que actualmente conlleva la generación eléctrica, la cual durante la última década ha significado el 72% de los gases de efecto invernadero emanados a la atmosfera; es por esto que, diferentes sectores de la sociedad han llegado a acuerdos que tienen como objetivo disminuir estos niveles, impactando la actual operación de la matriz energética de los países que participan en estos acuerdos, siendo el más conocido de todos el acuerdo de Paris firmado el 2015 buscando disminuir la temperatura promedio del planeta por debajo de los niveles preindustriales. En base a lo expuesto anteriormente se formula un problema de expansión de capacidad de generación, transmisión y almacenamiento eléctrico que minimice los costos totales de inversión y operación, y además aborde los objetivos de satisfacción de demanda y sustentabilidad ecológica requeridos por la sociedad. Este objetivo se ve obstruido por la numerosa cantidad de factores que alteran una posible solución optima de este problema como lo son los costos de inversión, combustible, demanda energética, políticas medioambientales, etc; que además dado el extenso horizonte de planificación que requiere un modelo de estas características, una formulación que no considere la incertidumbre del valor que pueden tomar estos factores impactan negativamente en la viabilidad de la solución óptima obtenida. Es por esto que se plantea aplicar un método de optimización por intervalos, específicamente el método ILP, que posterior a su resolución entrega un intervalo optimo factible en base a la consideración de los parámetros sujetos a incertidumbre como un intervalo factible en base a parámetros mínimos y máximos que lo construyen; de esta manera el tomador de decisiones se enfrenta a un rango optimo factible, pudiendo visibilizar ambos extremos y en base a esto adoptar una operación optima que minimice los costos que conlleva. Para la ejemplificación de este modelo se lleva a cabo dos casos estudios alineados al objetivo de minimizar las emisiones de gases de efecto invernadero o bien fomentar el uso de fuentes renovables de energía, siendo estos la implementación de un impuesto a las emisiones de CO2 y la fijación de una cuota de energía renovable en la matriz energética de la red. En el primer caso desarrollado, donde se plantea un intervalo factible de impuesto al CO2, se aprecia una participación minoritaria de las tecnologías renovables disponibles en el sistema, siendo la generación predilecta a través plantas de ciclo combinado cerrado, esto causado por la dependencia intrínseca de las fuentes renovables de energía a las condiciones ambientales en donde son instaladas, lo cual genera que tengan una capacidad de generación que varia entre los 25,34% y el 67,29% de la capacidad instalada, presentándolos con una desventaja comparativa en relación a la tecnología CCGT, que a pesar de ser una fuente contaminante de energía, sus niveles de emisiones son las más bajas dentro del portafolio de tecnologías no renovables, por lo que el impuesto fijado se hace insuficiente para favorecer el uso de generación ecológicamente sustentable. Este hecho se ve reflejado en los niveles de emisiones que se concretan en el horizonte de planificación, ya que si bien se aprecia una disminución del 18,5% y el 19,2% de las emisiones en el quinto periodo en cada escenario resuelto en el método ILP, en el resto de horizonte se aprecia un repunte de las emisiones a raíz de la constante preferencia por generación de plantas contaminantes, lo que plantea un retraso en el crecimiento de las emisiones más que una disminución estable en el tiempo. Por otro lado en el segundo caso estudio donde se fija una cuota de energía renovable para la energía despachada a través de la red, se concreta una participación considerable de estas tecnologías, con una clara preferencia por las generación a través de plantas hidroeléctricas de pasada y plantas eólicas, dejando una participación marginal de plantas fotovoltaicas a raíz de la capacidad de generación mencionada con anterioridad. Dado a esto se concreta una disminución constante y duradera en el horizonte de planificación de las emisiones producidas por el sistema eléctrico, llegando a niveles cercanos a un 45% inferiores al caso estudio anterior, y una disminución entre el 59% y el 32,7% de las mismas a lo largo del horizonte de planificación en el caso estudio; el cual debido a la exigencia directa sobre el uso de estas tecnologías lo hace perdurar en el tiempo. Este beneficio ecológico trae consigo un aumento considerable en los costos llegando a un 31% de aumento promedio en comparación al caso estudio anterior, reafirmando la desventaja comparativa que tienen la tecnologías renovables. Es por esto que si el objetivo es disminuir las emisiones nocivas para la atmosfera en base a la utilización de fuentes renovables de energía, se deben enfocar los esfuerzos en generar un ambiente propicio para su implementación y que esto sea algo intuitivo, y este objetivo no se vea mermado por las limitaciones económicas que conlleva.