Generation and supply optimisation of a power plant and DHC network

Resumen

El presente doctorado se centra en la optimización de la operación de una planta híbrida que cubre la demanda de una red de distrito de frio y calor (DHC). Esta tesis busca estrategias de suministro energético óptimo, las cuales son una forma económica y prometedora de aumentar la eficiencia energética y reducir los costes de suministro en redes de distrito. Para alcanzar estos objetivos la tesis ha desarrollado heramientas de predicci´pn de precio eléctrico del mercado Español y de demanda térmica que se integrarán en un simulador energético. El simulador determina estrategias de generación optimizando el mix energético que minimice los costes de energía y maximice la fracción de energía renovable. Esto conduce a la optimizacón de la operación en la planta de cogeneración y a la integración del campo solar. La planta en la que se aplica el estudio se denomina Parc Bit y está ubicada en Mallorca, España. La planta puede generar calor, frío y electricidad. Por lo tanto, la planta obtiene beneficios por la venta de electricidad a la red y por el suministro energético a la red de distrito. Para maximizar estos beneficios es necesario el desarrollo de algoritmos que proporcionen estrategias de generación que se ajusten a las curvas de demanda. El responsable de la planta obtiene estrategias de generación óptimas obtenidas a través del sistema de gestión energético desarrollado. Esta herramienta se ha desarrollado en colaboración con el Politécnico de Torino y es capaz de optimizar plantas multi energía en diferentes horizontes temporales. El simulador necesita información como la demanda térmica y eléctrica, las condiciones climáticas, la configuración de la planta y el funcionamiento de los generadores a diferentes cargas. Como resultado la herramienta proporciona el programa de generación, consumos de energía primaria y el beneficio total para el horizonte temporal considerado. Se desarrolla una herramienta de predicci´on de precios el´ectricos de mer cado y demanda térmica en la red de distrito basada en dos modelos: ARIMAX y redes neuronales. Esta información se integra en la herramienta de optimización para determinar futuras estrategias de generación. Adicionalmente, se desarrolla un predictor de energía solar que se integra con el optimizador. De esta forma se maximiza la fracción solar evitando coincidencias innecesarias con la generación térmica de los motores de cogeneración. Las pérdidas térmicas en la red de distrito son consideradas parte de la demanda a suministrar por la planta de generación. Por ello, durante esta tesis se mejora el sistema de comunicación de la red para poder adquirir información de los consumidores térmicos de manera fidedigna. La información adquirida facilita al operador la optimización de la temperatura a suministrar en la red de distrito. Además, la posibilidad de modificar la temperatura de suministro permite a los generadores generar energía de una manera más eficiente. Los generadores energéticos mejoran su eficiencia cuando las condiciones de operación son menos restrictivas. Por otra parte, estas estrategias persiguen reducir las pérdidas energéticas modificando la temperatura de suministro dentro de sus límites. Utilizando conjuntamente la masa térmica de la red de distrito y el ajuste de temperatura de suministro, la red distribución puede ser utilizada como almacenamiento energético.