Algoritmo de gestión dinámica de la demanda para grandes clientes conectados a la red de distribución
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2014
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La rápida evolución de los programas de respuesta de demanda y mecanismos de gestión activa, ha logrado un aumento significativo de su participación en los mercados más evolucionados del sector eléctrico, lográndose en algunos casos su participación en forma activa y dinámica. Junto a esto, los avances en las redes de comunicaciones bajo el paradigma de SmartGrid han llevado a que tanto los dispositivos más intensivos en consumo a nivel residencial, como a nivel comercial e industrial sean también gestionables. El desafío que surge de todo esto, es que en el mediano y largo plazo la gestión de dispositivos será tan grande y compleja que los operadores del mercado no podrán hacerse cargo de dicha gestión de forma eficiente. Luego, se hace necesario diseñar estrategias que permitan un desacoplamiento de las funciones de gestión dinámica de la demanda y permita al mismo tiempo mantener los criterios de optimalidad que ejecuta en operador del sistema. Más aun, se hace necesario incorporar estos esquemas en mercados en donde la demanda aún mantiene un rol pasivo, incorporando desde el principio los mecanismos necesarios para su óptima participación en el mercado.Esta investigación desarrolla una herramienta novedosa en el proceso de reinvención del mercado eléctrico (Market 3.0) en donde se busca una mayor integración de la demanda en el mercado a partir del uso de redes inteligentes. En específico, se ha desarrollado un algoritmo dinámico de gestión de la demanda de electricidad, con aplicación inicial a grandes clientes conectados a la red de distribución. Esta gestión se logra seleccionando una combinación óptima de estrategias factibles, que permita la disminución de la demanda en punta y el aplanamiento de la curva de carga del sistema, cumpliendo las políticas de seguridad y suficiencia aplicadas a dicha red. El objetivo es transformar a la demanda en un agente activo a través del diseño de un mercado secundario que sirva para dichos propósitos, en donde las decisiones de la participación de los agentes se realizan de acuerdo a la valorización de sus preferencias. Las generalidades y mínimos requerimientos han sido diseñados de manera que sea aplicable tanto en mercados de naturaleza marginalista como aquellos en base a ofertas. El algoritmo presenta un doble propósito, por una parte, mantiene el criterio de maximización de utilidad de la empresa distribuidora y optimiza la distribución de los bloques de energía y potencia adquiridos. Por otra parte, minimiza el consumo en punta y con ello el cargo por potencia que paga el distribuidor, logrando reducir los requerimientos de inversión y operación del sistema en horas de demanda máxima. El algoritmo opera horas antes del despacho real y toma en cuenta a un set de grandes clientes que forma parte de este "sub-mercado", en donde la demanda, puede ofrecer productos de energía y potencia; los distribuidores por su parte, pueden ejecutar contratos firmados de gestión con clientes; y la demanda puede aceptar ofertas de parte del distribuidor en función de su grado de elasticidad.Con esta información y junto con la demanda esperada de ese día, se obtiene un nuevo despacho que cumple con los propósitos descritos anteriormente. Junto al desarrollo del algoritmo, se establecen las condiciones necesarias para que el mecanismo pueda ser implementado; esto es, el desarrollo de un mercado secundario de servicios y productos eléctricos en donde la demanda, las distribuidoras y el ente operador son partícipes. De esta manera el modelo logra cumplir su función en forma eficiente, sujeto a un marco regulatorio que permita y viabilice la puesta en operación de acciones de gestión sobre la demanda arrojadas por el algoritmo. Finalmente, se plantean mecanismos para que la participación de los agentes del lado de la demanda perdure a través del tiempo, esto es, el diseño de portafolios de contratos de largo plazo que incluyan servicios en el mercado de corto plazo en donde el suministrador de estos servicios complementarios a partir de recursos del lado de la demanda. Esta investigación es un aporte al pensamiento creativo en el proceso de reinvención del mercado eléctrico en donde se sitúa a la demanda en el eje central no solo como consumidor sino como parte de una nueva visión de mercado en donde su participación activa y dinámica puede llevar a un mejor desempeño técnico-económico desde tanto para la operación como la planificación de la expansión del mismo.La aplicación de un mecanismo de gestión integrada como el propuesto, permitiría una adecuada participación de la demanda, reconociendo las bondades de su participación activa y dinámica en mercados emergentes. Esta metodología además permite evaluar indicadores de competencia y preferencia de los agentes, a través de un análisis de escenarios y toma de decisiones descentralizadas. En efecto, en un contexto bajo el paradigma de SmartGrid, es el cliente quien mediante este mecanismo toma la decisión de participar o no en el mercado. Los resultados obtenidos muestran que es posible desarrollar una matriz de esquemas de ofertas para la demanda a partir de los perfiles de consumo y las preferencias que estos pueden tener de participar de un esquema de gestión de demanda en particular. Se propone la creación de un nuevo producto en el mercado eléctrico asociado a la suficiencia del sistema, construida en función del nivel de riesgo que esté dispuesto a asumir la demanda para ser abastecida. En este sentido, el mecanismo se transforma en un instrumento de cobertura de riesgo que podría ser transado en el mercado secundario de servicios complementarios ofrecidos por la demanda. Otra novedosa idea resultado de esta investigación es el traspaso de las funciones de gestión y respuesta de la demanda (mercados auxiliares, productos y servicios) al comercializador/distribuidor u operadores de un área particular según sea el tamaño del mercado y la cantidad de clientes activos que hacen parte del sistema. Esta acción permitiría descentralizar y alivianar las actuales y futuras funciones del operador del sistema pero manteniendo los criterios establecidos por el operador central. Esta separación puede ser clave en la medida que los dispositivos inteligentes sean masivos.Los resultados también muestran que determinar cuáles son las características de cada potencial agente participante de un programa de DR, el poder inferir cual es el nivel de esfuerzo y la capacidad de reducir los costos, permitiría asignar de forma más eficiente las inversiones futuras en generación o el establecimiento de contratos de energía base por parte de un comercializador, realizando un perfecto acople entre el corto, mediano y largo plazo. Los desarrollos futuros sobre los cuales se considera relevante profundizar son: el desarrollo de portafolios eficientes de contratación, masificación de programas de gestión, desarrollo de aplicaciones móviles de seguimiento de la demanda, caracterizar en forma adecuada a la demanda a través de encuestas que permitan mejorar para determinar estrategias y preferencias de los agentes que participan en el proceso de planificación. Finalmente, implementar la metodología propuesta en un mercado específico.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias de la Ingeniería)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2014