Almacenamiento de energía para el recorte de picos de demanda en microrredes eléctricas

Abstract

Currently demand peak shaving has been one of the main concerns of companies in the electricity sector. The demand peaks generate stress to the electricity grid and require it to be counted with the available installed capacity to satisfy the high demand requirements in short periods of time, as well as the reinforcement of the electrical network. This causes energy to tend to increase its monetary value during peak hours, which significantly affects the industrial sector, and is the reason why industries have the need to implement mechanisms to reduce peak demand in order to reduce energy consumption expenses. Battery based energy storage systems, as well as renewable energy sources as a whole, allow to improve the reliability and safety of the electrical system, and additionally, the benefit can be maximized through energy scheduling and management, such as the case of the reduction of demand peaks. This thesis presents the application of a methodology to size an energy storage system based on batteries for the demand peak shaving in an industrial electrical system and in an electrical microgrid, considering different electricity rates. In the formulation, photovoltaic and wind generation sources are considered, as well as the battery-based energy storage system, the problem is formulated as a linear optimization problem that is solved based on a demand profile with a specific time resolution. Case studies are presented where billing analyzes are carried out for a day, a month and a year for different peak cuts of different profiles of industrial demand and different tariff schemes of two countries.

En la actualidad el recorte de picos de demanda ha sido una de las principales preocupaciones de las empresas del sector eléctrico. Los picos de demanda generan estrés en la red eléctrica y requieren que se cuente con la capacidad instalada para satisfacer la exigencia de alta demanda en periodos cortos de tiempo, así como el reforzamiento de la red eléctrica. Esto provoca que la energía tienda a incrementar su valor monetario en horarios pico, lo que afecta de manera importante al sector industrial, y es la razón por la cual las industrias tienen la necesidad de implementar mecanismos de disminución de demanda pico, para así reducir gastos por consumo de energía. Los sistemas de almacenamiento de energía en base a baterías, así como las fuentes de energía renovable en conjunto, permiten mejorar la confiabilidad y seguridad del sistema eléctrico y adicionalmente se puede maximizar su beneficio mediante la programación y gestión de la energía, como es el caso de la reducción de picos de demanda. En esta tesis se presenta la aplicación de una metodología para dimensionar un sistema de almacenamiento de energía en base a baterías para el recorte de picos de demanda en un sistema eléctrico industrial y en una microrred eléctrica, considerando distintas tarifas eléctricas. En la formulación son consideradas las fuentes de generación fotovoltaica y eólica, así como el sistema de almacenamiento de energía a base de baterías, el problema se formula como un problema de optimización lineal que se resuelve en base a un perfil de demanda con una resolución de tiempo determinado. Se presentan casos de estudio donde se realizan análisis de facturación para un día, un mes y un año para diferentes recortes de pico de diferentes perfiles de demanda industrial y diferentes esquemas tarifarios de dos países.