Reduction of the uncertainty of wind power predictions using energy storage

Résumé

EL OBJETIVO CENTRAL DE ESTA TESIS ES ABORDAR LA PROBLEMÁTICA DE DIMENSIONAMIENTO DE UN SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA (ESS) CAPAZ DE COMPENSAR TOTAL O PARCIALMENTE LOS ERRORES DE LA PREDICCIÓN EÓLICA Y ESTIMAR SU COSTE. SE DESARROLLAN TRES INSTRUMENTOS PROBABILÍSTICOS PARA EL DIMENSIONAMIENTO DE ESS. EL PRIMERO CONSISTE EN LA GENERACIÓN DE LARGAS SERIES TEMPORALES DE DATOS DE PREDICCIÓN MEDIANTE UN MÉTODO BASADO EN LA PERSISTENCIA. ESTE MODELO SE VERIFICA CON DATOS REALES DE PREDICCIÓN. EN SEGUNDO LUGAR, SE CONTEMPLA LA APROXIMACIÓN DE LAS FUNCIONES DE DENSIDAD DE PROBABILIDAD (PDF) DEL ERROR DE PREDICCIÓN CON UN ALGORITMO BASADO EN LA DISTRIBUCIÓN BETA. EN ESE CONTEXTO, SE MEJORA UN MODELO EXISTENTE GRACIAS A LA GRAN CANTIDAD DE DATOS DISPONIBLES. COMO TERCERA HERRAMIENTA, SE DESARROLLA UN MÉTODO DE CORRECCIÓN DEL SESGO O "BIAS" DE LA PREDICCIÓN CON MEDIAS MÓVILES QUE GARANTIZA UN PROMEDIO DE ERROR NULO. SE HA ELEGIDO LA ENERGÍA NO SERVIDA COMO PARÁMETRO OBJETIVO DEL DIMENSIONAMIENTO. ÉSTA SE DEFINE COMO LA ENERGÍA ACUMULADA DE ERRORES NO COMPENSADOS CUANDO SE REDUCE EL TAMAÑO DEL EES, INDICANDO EL GRADO DE COMPENSACIÓN PARCIAL. EL TAMAÑO DE REFERENCIA SE DERIVA DEL CASO PARA EL QUE LA ENERGÍA NO SERVIDA SE ANULA. PARTIENDO DE ESTA REFERENCIA ES POSIBLE OBTENER UNA RELACIÓN ENTRE EL NIVEL DE REDUCCIÓN DEL TAMAÑO DEL ESS Y LA ENERGÍA NO SERVIDA. SE DEMUESTRA QUE LA PDF DEL ERROR DE PREDICCIÓN SIRVE PARA DETERMINAR LA POTENCIA NOMINAL Y LA ENERGÍA NO SERVIDA ASOCIADA. LA DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE ENERGÍA DEL ESS ES UN PROCESO MÁS COMPLEJO QUE CONSISTE EN LA ESTIMACIÓN DEL TIEMPO DE SATURACIÓN EN FUNCIÓN DE LA REDUCCIÓN DEL ESS Y EL POSTERIOR CÁLCULO MEDIANTE LA TASA DE CICLAJE DE ENERGÍA. LA METODOLOGÍA PROPUESTA ES APLICADA A UN CASO DE ESTUDIO QUE REVELA LA IMPORTANCIA DE LA CORRECCIÓN DEL BIAS (O SESGO) EN EL PROCESO DE DIMENSIONAMIENTO. SE DESARROLLA UN MODELO DE COSTE DE CICLO DE VIDA QUE PERMITE COMPARAR DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE ESS. SE IDENTIFICAN REGIONES DE COSTE MÍNIMO PARA CINCO TECNOLOGÍAS DE ALMACENAMIENTO. LOS COSTES MÁS BAJOS SE OBTIENEN CON EL BOMBEO DE AGUA, MIENTRAS QUE LOS MÁS ALTOS CORRESPONDEN A LAS BATERÍAS DE PLOMO-ÁCIDO Y DE FLUJO. POR OTRA PARTE, LOS SISTEMAS BASADOS EN BATERÍAS DE FLUJO Y ALMACENAMIENTO DE HIDRÓGENO PRESENTAN GRANDES POTENCIALES DE REDUCCIÓN DE COSTE. A PESAR DE SU ALTO COSTE DE POTENCIA Y BAJA EFICIENCIA, EL HIDRÓGENO APARECE COMO OPCIÓN ECONÓMICAMENTE INTERESANTE PARA EL CASO CONTEMPLADO EN ESTE TRABAJO. POR ÚLTIMO, LOS COSTES DEL ESS SON UBICADOS EN UN CONTEXTO DE MERCADO. SE ASUME QUE LA ENERGÍA EÓLICA SE VENDE EN UN MERCADO LIBERALIZADO Y LAS DESVIACIONES SE COMPENSAN EN EL MERCADO DE REGULACIÓN. EN CONCRETO, SE ANALIZA EL CASO DE ESPAÑA. COMO RESULTADO DEL ANÁLISIS SE IDENTIFICAN PERFILES DIARIOS DE PRECIOS DE REGULACIÓN. LOS COSTES DE DESVIACIÓN SON OBTENIDOS INTRODUCIENDO DICHOS PERFILES EN UNA ESTRATEGIA PROBABILÍSTICA DE PUJA. SE DEMUESTRA LA IMPORTANCIA DE DISPONER DE UN BUEN MÉTODO DE PREDICCIÓN DE PRECIOS DE DESVÍOS PARA ESTE TIPO DE ESTRATEGIAS. LOS RESULTADOS PRESENTADOS EN ESTE TRABAJO PERMITEN CONCLUIR QUE SE NECESITAN GRANDES SISTEMAS DE ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA PARA COMPENSAR EL ERROR DE PREDICCIÓN EÓLICA, CUYA INSTALACIÓN NO SE PUEDE JUSTIFICAR CON LOS COSTES DE DESVIACIÓN. SIN EMBARGO, LAS FUTURAS REDUCCIONES DE COSTE DE LOS ESS, JUNTO CON EL VALOR AÑADIDO QUE SUPONEN PARA EL SISTEMA ELÉCTRICO PODRÍAN CONDUCIR A SOLUCIONES RENTABLES A MEDIO PLAZO.