Modelo multiobjetivo de despacho económico, ambiental y social para sistemas de poligeneración con fuentes renovables y almacenamiento

Abstract

El paradigma clásico del despacho eléctrico, centrado exclusivamente en la minimización de costos operativos, enfrenta limitaciones frente a los objetivos multidimensionales de una transición energética justa. Este trabajo de grado propone y evalúa el marco de Despacho Económico, Ambiental y Social (EEDS): un modelo de unit commitment formulado como MILP que integra, junto al costo económico, externalidades ambientales y sociales en una señal de precio contable unificada. El simulador opera en dos capas (D-1 planificado y D en tiempo real) con resolución de 5 min y se implementa en Python bajo una arquitectura modular. La metodología se aplica a un sistema de prueba híbrido conformado por generación térmica, renovables variables (solar y eólica), PCH y almacenamiento BESS. Se ejecutan análisis de sensibilidad en dos frentes: (i) superficies Solar × Eólica para precio, energía no servida (ENS) y vertimiento, e (ii) el dimensionamiento energético del BESS. Los indicadores clave analizados incluyen precio contable, ENS, vertimiento, emisiones y costo total del sistema. Los resultados indican que: (1) la internalización de costos sociales reordena el mérito de despacho, penalizando tecnologías socialmente regresivas; (2) la morfología de la demanda es determinante para el desempeño del sistema, identificándose una región de diseño (p. ej., ∼25--26 MWp solar y ∼18 MW eólica en la semana arquetipo) donde se minimiza la ENS y se acotan los vertimientos; y (3) el BESS contribuye a la equidad y flexibilidad operativa al reducir vertimientos y limitar el uso de unidades de punta, presentando rendimientos marginales decrecientes más allá de un umbral de capacidad. En conjunto, el marco EEDS proporciona una base cuantitativa para explorar políticas de operación que equilibren eficiencia económica con consistencia ambiental y justicia social. (Texto tomado de la fuente)

The conventional economic dispatch paradigm, focused exclusively on minimizing operating costs, faces limitations regarding the multidimensional objectives of a just energy transition. This work proposes and evaluates the Economic, Environmental, and Social Dispatch (EEDS) framework: a MILP-based unit commitment model that integrates environmental and social externalities alongside economic costs into a unified computable price signal. The simulator runs a two-layer process (day-ahead planning, real-time dispatch) at a 5-minute resolution and is implemented in Python under a modular architecture. The methodology is applied to a hybrid test system comprising thermal generation, variable renewables (PV and wind), small hydro, and a battery energy storage system (BESS). Two sensitivity tracks are conducted: (i) Solar × Wind response surfaces for price, unserved energy, and curtailment; and (ii) the energy sizing of the BESS. Key performance indicators analyzed include the computable price, unserved energy, curtailment, emissions, and total weekly system cost. Results indicate that: (1) internalizing social costs reshapes the merit order, penalizing socially regressive technologies; (2) demand morphology is a determinant factor for system performance, identifying a design region (e.g., ∼25--26 MWp PV and ∼18 MW wind for the archetype week) where ENS is minimized and curtailment is bounded; and (3) the BESS contributes to equity and operational flexibility by reducing curtailment and limiting peaker unit usage, showing diminishing marginal returns beyond a capacity threshold. Overall, the EEDS framework provides a quantitative basis for exploring operational policies that balance economic efficiency with environmental consistency and social justice.