Desarrollo de un sistema de soporte a la gestión de energía para microrredes utilizando herramientas de Inteligencia Artificial

Hoyos Velásquez, Santiago Horacio | 2022

RESUMEN: Los países se encuentran en un proceso de transición energética, donde se está intensificando el uso de las energías renovables, de manera centralizada como también distribuida, al igual que las grandes empresas, los pequeños consumidores buscan ser prosumidores[1] lo que trae consigo beneficios energéticos, económicos y ambientales. Los países buscan contribuir a la reducción de emisiones de CO2, como mecanismo de adaptación y mitigación al cambio climático, realizando un cambio de las energías no renovables[2], a energías limpias como lo es la energía solar, la cual ha tenido reducciones de precios de una manera considerable en los últimos años, estimulando así la adopción de este tipo de energías en un mercado mucho más amplio, que va desde la gran empresa hasta los hogares independientes, donde cada vez se busca reducir el consumo de la red tradicional y autogenerar su propia energía por parte de los ahora nuevos prosumidores. Adicionalmente, los mercados energéticos, requieren de una estimación de la demanda de energía por parte de los consumidores a nivel de todos los sectores, residencial, industrial y comercial, con el propósito de planificar tanto la operación como la expansión del sistema eléctrico y así garantizar el suministro en todo momento de una manera confiable y de calidad. Además, la estimación de la demanda contribuye a determinar precios de la energía para el corto y largo plazo[3] por medio de las cuales se soportan decisiones. Para lograr la satisfacción de la demanda, se requiere también conocer la generación de energía que habrá disponible en determinado momento, asunto que para la energía fotovoltáica es crucial, dada su naturaleza variable[4]. Estas estimaciones de energía proveen también las herramientas necesarias para la gestión y planeación de manejo de una red eléctrica, como lo es una microrred, la cual posee nodos que consumen y/o generan energía; Las microrredes son pequeños sistemas eléctricos que comparten energía entre sí, pero para lo cual, necesitan un sistema de gestión que les permita distribuir la energía de una manera eficiente y precisa, priorizando el consumo de la energía generada por la propia microrred. Por estas razones, en esta investigación se propone una metodología basada en herramientas de inteligencia artificial, sistemas de simulación, e interfaces de usuario, para proveer así un sistema que permita contribuir a la planeación de la gestión de energía dentro de una microrred, donde los resultados obtenidos con el mismo fueron satisfactorios, puesto que los datos entregados por el sistema, permiten realizar una planeación de distribución de energía que contribuye al cálculo de beneficios energéticos, económicos y ambientales. Ya con el contexto del porque es necesaria una aproximación diferente al problema, en este proyecto se realiza un sistema de simulación de microrredes de energía completamente configurable, donde el usuario puede diseñar una microrred completa y analizar los resultados obtenidos por la simulación, donde esta se realiza en base a un sistema de gestión de energía y un sistema de predicción que permite pronosticar el comportamiento futuro de cada nodo, para luego poder así entregar unos resultados que puedan ser analizados por el usuario y así determinar la mejor configuración para la microrred. Para este programa se realizó un estudio completo de las microrredes existentes y sus topologías, para así sintetizar un modelo acorde a lo que se busca realizar, donde se extrajeron los componentes de la red y sus funcionamientos, como también la manera de compartir información y energía entre ellos, para poder así sintetizar un modelo parametrizable de una microrred, que pueda ser aplicado a cualquier caso donde se busque diseñar y simular una microrred. Con el modelo parametrizable de la microrred, se procede a diseñar una interfaz de usuario, donde un usuario pueda configurar en detalle la microrred que se piensa simular, donde se optó por un diseño web, el cual provee portabilidad y escalabilidad a futuro. Ya con la interfaz diseñada, se procede a realizar toda la programación que conlleva la simulación de la microrred, donde se tienen algoritmos neuronales de predicción, como también los códigos de comunicación y gestión de energía; Ya con todos los componentes del programa se consolida un sistema de simulación completamente funcional, que permite al usuario analizar los resultados y realizar cambios a la configuración de la simulación. Ya con el programa probado y funcional, se realizó una síntesis del sistema eléctrico de la Universidad EIA como una microrred, donde se tiene generación almacenamiento y consumo en diferentes puntos de la misma, para desarrollar así una lista de parámetros de una microrred basada en la Universidad. Se realizó una simulación de la microrred de la Universidad EIA, utilizando datos históricos, para lograr así una validación de los resultados entregados por el programa, llegando así a la conclusión de que el programa funciona y presenta resultados válidos que permitirán a la universidad, realizar una mejor planeación y distribución de su propia microrred.