Planteamiento de estrategias para la Gestión de la Demanda desde el usuario activo en una red eléctrica inteligente

Abstract

El principal objetivo de la cadena de energía eléctrica y todos sus sistemas asociados es atender oportuna y eficientemente la demanda de los usuarios, cumpliendo con los requerimientos de calidad y confiabilidad del servicio. Factores como los económicos, sociales y meteorológicos influyen sobre la demanda de energía eléctrica. Puede ser de interés conocer la demanda total que demandará un sistema global o estudiar el comportamiento de la demanda de energía desde los puntos de consumo. Son los usuarios finales de energía quienes determinan, de acuerdo a sus patrones de consumo y las características de su contexto local, la cantidad de energía que demandarán en cada período de tiempo. Esto quiere decir que los grandes generadores del sistema no pueden controlar la demanda de forma directa; por esta razón es necesario entender el comportamiento de la demanda y evaluar estrategias indirectas de para influenciarla. Los patrones de consumo tienen una alta diversidad y pueden ser más estables en unos usuarios que en otros, existen grupos de usuarios que presentan regularidad en la cantidad de energía y los intervalos de tiempo en que la requieren durante el día. También pueden encontrarse grupos de usuarios con patrones de consumo similares debido al uso final que le dan a la energía consumida, este hecho da origen a múltiples estudios de caracterización y predicción de la demanda. Tradicionalmente el sistema de potencia eléctrico ha necesitado adecuarse a la demanda de los usuarios, esto puede interpretarse como una respuesta del sistema a la demanda. Por otro lado, ha existido un interés para modificar los patrones de consumo de los usuarios a través de planes y estímulos se buscan obtener una respuesta de la demanda de los usuarios. Aquí se involucran las nuevas tecnologías como las smart grids. Esta tesis identifica el impacto de las características de los usuarios activos de energía eléctrica en la formulación de una estrategia de implementación de programas locales de Gestión de la Demanda de Energía Eléctrica aplicable a contextos Colombianos. En el Capitulo 1 se introduce el tema y planteamiento general de la investigación, en el capítulo 2 se presenta un marco teórico construido a partir del estado del arte y se propone como complemento un nuevo marco teórico que incluye conceptos que se desarrollan en esta tesis. El capítulo 3 desarrolla un modelo cualitativo del a gestión de la demanda basado en análisis PESTAL y presenta un análisis de influencias que fueron validados por expertos mediante Análisis Jerárquico. En el capítulo 4 se presenta el modelo cuantitativo para estimar las modificaciones en los patrones de consumo ante técnicas clásicas de respuesta de la demanda como los programas de precios variables en el tiempo, considerando adicionalmente nuevos factores como la cultura energética. El capítulo 5 incluye el desarrollo de software en Modelica que permitió implementar el modelo. En el capítulo 6 se presentan los ejercicios de simulación desarrollados con el modelo junto con los resultados encontrados. El capítulo 7 presenta la validación de los resultados realizados por expertos en el área y el capítulo 8 expone las conclusiones y recomendaciones de la investigación. (Texto tomado de la fuente)

Final energy consumers themselves determine the quantity of energy that will be consumed in each period of time, according to their electricity consumption patterns and the particularities of their local context. This implies that large power generators in the system are not able to directly control the demand; therefore, it is necessary to understand its behavior and to evaluate strategies to indirectly control it. Electricity consumption patterns are highly diverse. Some patterns tend to be more stable than others depending on the user behavior, that is, there are users that have a regular behavior in terms of the quantity of consumed electricity and the time intervals during the day when the consumption occurs. Also, there are groups of users that have similar consumption patterns due to the given end use of the electricity consumed, this fact gives rise to a variety of studies dealing with the characterization and forecasting of demand . Traditionally, the electric power system has needed to be tailored to users’ demand, this can be interpreted as a system's response to the demand. Conversely, there has been an interest to modify user consumption patterns through plans and incentives that seek a user’s demand responsiveness. Worldwide, DSM has been studied from different perspectives , mainly the technical aspects of DR; each country or region has characteristics that need to be considered. The Colombian electricity sector has implemented DR programs, for example, the Apagar-Paga program that achieved savings of 500 GWh and 170 MW in one month. Also, the mechanisms Voluntary Disconnectable Demand (DVD) and DR in critical conditions registered availabilities of more than 171 MW and 76 MW, respectively. The diversity of criteria, requirements, and information needed to implement a DSM strategy is wide and depends on the local context. It is necessary to consider all aspects related to loading profile variations for each end-user. Given the limited experience in Colombia in the design and implementation of DSM strategies, it is necessary to create a model to conceptualize, implement and validate a model to determine load profile variations and other variables associated. This thesis identifies the impact of the characteristics of active energy end-users in the formulation of a strategy for the implementation of local programs of Demand-side management applicable to Colombian contexts. In Chapter 1, the topic and general approach of the investigation are introduced, in Chapter 2 presents a theoretical framework built from the state of the art and proposes as a complement, a new theoretical framework that includes concepts that are developed in this thesis. Chapter 3 develops a qualitative model of demand management based on PESTAL analysis and presents an analysis of influences that were validated by experts through Hierarchical Analysis. In chapter 4 the quantitative model to estimate the changes in consumption patterns before classical response techniques of the demand, as well as time-varying price programs, additionally considering new factors such as energy culture. Chapter 5 includes software development in Modelica that allowed the model to be implemented. In chapter 6 the exercises are presented. Simulations developed with the model together with the results found. Chapter 7 presents the validation of the results carried out by experts in the area, and chapter 8 presents the conclusions and recommendations of the investigation.