Desarrollo de un modelo operacional de programación linealpara un parque eólico con banco de baterías.

Abstract

El aumento de proyectos e instalación de parques eólicos como fuente para generar energía, con menores niveles de contaminación que los métodos convencionales, es una tendencia que se ha acrecentado en el último tiempo (Han, Liao et al., 2022). Esto, en busca de soportar los requerimientos energéticos de la actividad humana, y en el proceso producir menos emisiones dañinas para el ambiente (Gholami et al., 2022). La capacidad total de energía eólica mundial es poco más de 830 GW, lo que ayuda a evitar más de 1,200 millones de toneladas de CO2 al año, el equivalente a las emisiones anuales de carbono de América del Sur (Global Wind Energy Council, 2022). Este nivel de potencia instalada se debe principalmente a la estabilización de los costos de capital y operación de las tecnologías y el aumento de su eficiencia. Según (Global Wind Energy Council, 2022), "la industria eólica tuvo su segundo mejor año en 2021, con casi 94 GW de capacidad agregada a nivel mundial, por detrás del crecimiento récord de 2020 en solo un 1.8 %". Uno de los principales problemas que tienen este tipo de tecnologías de generación es su variabilidad intrínseca que dificulta el acople con la demanda de energía (B. Zhang et al., 2022), producida, por un lado, ya que parte del tiempo en que se demanda energía no existe suficiente recurso eólico para el balance incurriendo en demanda insatisfecha (B. Zhang et al., 2022). Por otro lado, existen situaciones en las que se posee un exceso de recurso eólico, pero hay una baja demanda de energía, la cual se debe verter o cortar en tierra (Troncoso y Newborough, 2011). China es el país que posee la mayor capacidad instalada de energías renovables, el 28,4% a nivel mundial en el año 2017. Con esta genera 3,057 TWh en el año 2017, de los cuales pierde por vertimiento poco menos de 500 TWh en el mismo año, y la tendencia sigue al alza en este y otros países referentes en la generación de energía renovables (H. Zhang et al., 2020). Es por esto que se debe mitigar este fenómeno y así entregar una mayor eficiencia de los sistemas de generación renovables. Una de las soluciones a este problema es la implementación sistemas de almacenamiento o vectores energéticos, los cuales permitan capturar la energía producida en los momentos de baja demanda y alta capacidad de producción y disponer de esta en los momentos en que la demanda no pueda ser suplida con el viento disponible (B. Zhang et al., 2022). Un ejemplo de sistemas de almacenaje son las baterías o campos de baterías, conocidas por sus siglas en inglés BESS (Battery Energy Storage System). Estas tecnologías poseen distintos niveles de madurez dependiendo su composición, así como distintas propiedades que describen su funcionamiento. Por otra parte, estas tecnologías imponen desafíos. Las baterías suelen ser costosas, sus ciclos de vida son cortos respecto a la de un parque eólico y el modelamiento de su funcionamiento tiene múltiples aristas y niveles de complejidad. Todo lo anterior converge en que exista una gran cantidad de publicaciones abordando el modelamiento de este tipo de sistemas, buscando responder preguntas relacionadas con la operación óptima de campos de baterías en un parque eólico (Gholami et al., 2022). En la presente memoria se presenta un modelo de programación lineal para un parque eólico con una capacidad instalada fija al cual se le integra un sistema BESS, todo esto basándose en elementos planteados en la literatura con tal de simular la operación de la planta, para determinar las mejoras en la eficiencia y factibilidad de este tipo de vector energético.