Development of Optimal Energy Management and Sizing Strategies for Large-Scale Electrical Storage Systems supporting Renewable Energy Sources
Amaia González
17/01/2020
- DIRECTORES: Pablo Eguia y Haizea Gaztañaga
- UNIVERSIDAD: UPV/EHU
Resumen:
El desarrollo e integración de las fuentes de energía renovable (RES) conducirá a un futuro energético más sostenible. Sin embargo, surgen varios retos en el diseño y la operación del sistema eléctrico, relacionados con las incertidumbres en la predicción y el aumento de la variabilidad de la generación. Estos factores afectan el balance de energía del sistema y, por lo tanto, la estabilidad y seguridad del sistema eléctrico podrían verse afectadas negativamente, aumentando la cantidad de servicios auxiliares necesarios (de reserva o regulación de frecuencia).
Mientras que se produce un progresivo aumento de la contribución de las energías renovables en el mix energético, las plantas renovables deberán mejorar su participación y operación a través de los mercados de electricidad de una manera más controlada y segura. Además, el diseño actual del mercado está cambiando para permitir una participación inclusiva en mercados de flexibilidad, que son mejor remunerados (como la regulación secundaria). En este contexto, los sistemas de almacenamiento de energía (ESS) se consideran una de las tecnologías flexibles clave que pueden apoyar la operación de las energías renovables, mediante servicios como: 1) control de la potencia firme, 2) compensación de los errores de predicción, y 3) provisión de servicios auxiliares de regulación de frecuencia.
Sin embargo, el desarrollo del almacenamiento está siendo pausado por sus altos costes. Por lo tanto, esta tesis doctoral aborda el “Desarrollo de estrategias óptimas de gestión y dimensionamiento de los sistemas de almacenamiento eléctrico a gran escala como apoyo a fuentes de energía renovable”, con el objetivo de desarrollar una metodología con una perspectiva global, que integra una estrategia de gestión de energía avanzada (EMS) abordando la gestión de activos (RES + ESS) a largo plazo, el cálculo del dimensionamiento y operación óptima del almacenamiento en los mercados eléctricos a corto plazo (en tiempo real), para asegurar un marco adecuado que permita evaluar la rentabilidad de la integración del almacenamiento en aplicaciones conectadas a la red.
En consecuencia, los objetivos principales de la EMS propuesta son: i) optimizar la programación de los mercados de energía y de reserva, ii) ajustar la programación de la generación horariamente para controlar los errores de previsión y gestionar la energía almacenada, iii) operar en tiempo real para asegurar las consignas de red, iv) implementar un control predictivo en lazo cerrado, y v) estimar adecuadamente la vida útil del ESS a través de modelos de degradación.
La estrategia de gestión de energía propuesta es validada a través de dos casos de estudio: en primer lugar, una planta renovable individual con almacenamiento operando de forma independiente (considerando una planta eólica o solar) y, en segundo lugar, un porfolio de generadores renovables con almacenamiento distribuido operando conjuntamente ante diferentes controles de supervisión.