Co-optimization of electricity and gas networks: impact of wind power penetration and uncertainty

Abstract

The current focus on the reduction of the environmental footprint from the energy sector throughout the world has motivated energy policy incentives promoting the optimal use of energy resources in the electricity production to satisfy the rising power demand requirements. Besides, the increasing participation of non-conventional renewable energies, which unlike fossil-based power plants where the rate of energy output is controllable, in the renewable power it is variable, uncertain, and therefore non- dispatchable. This creates new challenges for both system planners and operators not only in the electricity system, but also the fossil fuel industry. These challenges in electric power systems have made evident the necessity of anal- ysis techniques and methodologies that include the effect of the interactions between the different primary energy systems: electricity, coal, gas, etc. In this research work, the modeling of these energy networks is performed under the same frame of reference, and the analysis is focused on the interdependencies between primary energy networks, departing from steady-state formulations, toward optimization models, in which the negative impacts of the non-dispatchable energies can be minimized or controlled attaining a fossil fuel-based generation management.

El enfoque actual en la reducción del impacto ecológico del sector energético en el mundo ha motivado la creación de incentivos y políticas energéticas promoviendo el uso óptimo de los recursos energéticos utilizados en la producción de electricidad para satisfacer los crecientes requerimientos en demanda de potencia. Además, la creciente participación de energías renovables no-convencionales, las cuales a diferencia de las plantas de generación basadas en combustibles fósiles donde la cantidad de energía suministrada al sistema de potencia es controlable, en las plantas de generación basadas en energías renovables es variable, con incertidumbre y por lo tanto no despacharle. Esta condición causa nuevos retos para los departamentos de planeación y operación no únicamente en los sistemas eléctricos de potencia, sino además en la industria de los combustibles fósiles. Estos retos en los sistemas eléctricos de potencia han evidenciado la necesidad de nuevas técnicas de análisis y metodologías que incluyan el efecto de las interacciones entre los diferentes sistemas de energía primarias: electricidad, carbón, gas natural, etc. En este proyecto de investigación, el modelado de estas redes de energía se desarrolla bajo un mismo marco de referencia, y el análisis se concentra en las interdependencias existentes entre diferentes infraestructuras de energía primaria, iniciando con formulaciones en estado estable hacia modelos de optimización en los cuales los impactos negativos de las fuentes de energías no despachables pueden ser minimizados o controlados obteniendo una manejo organizado del consumo de combustibles fósiles en la generación de energía eléctrica.