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por el denominado formalismo de "centro de energía": un enfoque genérico, expandible y de modelado modular que proporciona la flexibilidad para captar factores de conversión de
energía en diversas escalas espaciales. En particular, el modelo
matemático relacionado con el centro de energía que se muestra
en el Gráfico 2 podría ofrecer representaciones de las interdependencias entre los portadores de energía a nivel doméstico,
comercial y urbana, y facilitar la formulación (y soluciones) de
sistemas de control y optimización para el control de las centrales de cogeneración y trigeneración en marcos de distribución,
así como plantas de conversión de gas a energía y de energía a
gas y plantas hidráulicas a nivel de transmisión.
Los esquemas genéricos en el Gráfico 2 incluyen un
número de vectores de entrada de energía (electricidad,
agua, gas natural, hidrógeno y calefacción urbana); elementos típicos de la conversión, como unidades de cogeneración;
enfriadores de absorción y bombas de agua; y una importante potencia de salida que representa la producción local
y la demanda de electricidad, calor y refrigeración, gas y
agua. El centro de energía representado en el Gráfico 2 contiene también un intercambiador de calor para la conexión
de red de calefacción urbana, sistemas de almacenamiento
de energía y TES en forma de, por ejemplo, almacenamiento
de agua caliente y hielo termal. Se podrían incluir elementos
adicionales que no se encuentran descritos en el Gráfico 2,
como las bombas de calefacción eléctricas reversibles, los
enfriadores de absorción, los recursos de energía renovable con interfaz de electrónica de potencia, electrolizadores
(con salida de hidrógeno) y diferentes tipos de motores y
turbinas.
Las etapas de conversión se pueden captar a través de
factores de acoplamiento y/o eficiencias de conversión. Este
enfoque de caja negra reduce el nivel de complejidad y la
cantidad de parámetros necesarios para describir el funcionamiento del centro de energía y, por consiguiente, facilitar
el desarrollo de esquemas de control y optimización computacionalmente asequibles, al tiempo que se mantiene una
precisión adecuada en la representación de la física de sistemas subyacente. Un modelo genérico de central de energía
del Gráfico 2 se puede adaptar a configuraciones específicas
(por ejemplo, la unidad, central, planta o zona geográfica a
ser modelada) mediante retención de componentes y etapas
de conversión importantes e incorporando diferentes niveles
de simplificaciones o reducciones. En general, el modelo que
se obtiene consiste en una matriz de eficiencia de entrada y
salida que puede servir como piedra angular para la formulación y solución de problemas de optimización a nivel de
multisistemas. Los problemas de optimización pertinentes
pueden utilizarse para calcular la mezcla óptima de energía
que requiere el centro para reducir al mínimo los costos operativos o para optimizar el funcionamiento de un sistema de
centros de energía interconectados.
Este artículo proporciona una visión general de posibles planteamientos de optimización y control integrados
para sistemas multienergéticos. Además, profundiza en los
enero/febrero 2017
desafíos esenciales relacionados con el desarrollo de algoritmos de optimización y control distribuidos, que permiten
que distintas partes conserven la capacidad de controlar sus
propios activos energéticos y perseguir sus objetivos individuales de rendimiento y fiabilidad, al tiempo que se reconocen las interdependencias entre los subsistemas de energía.
Ejemplo de Aplicaciones y Modelado
a Nivel de Transmisión
Esfuerzos recientes han analizado la infraestructura a nivel
de transmisión desde el punto de vista de sistema mutienergéticos, con el objetivo de evaluar el potencial para un funcionamiento flexible y fiable, y el desarrollo de planteamientos de control innovadores que aprovechen las posibilidades
identificadas para la flexibilidad. Esto se refiere, principalmente, a la interacción entre las redes de electricidad y gas,
así como a su interacción con otros sectores de la energía
y vectores, tales como la calefacción y, potencialmente, el
hidrógeno. Presumiblemente, la red de gas podría constituir
una planta de almacenamiento muy grande que ayudaría
en el manejo de cualquier exceso de producción de energía
eléctrica renovable. Mediante el uso de electricidad renovable para producir hidrógeno (a través de electrolizadores,
gracias al proceso que recibe el nombre de conversión de
energía en gas), el cual podría ser combinado con gas natural o transformado en metano, esta energía limpia, que de
otra forma quedaría restringida, podría así ser transportada
y almacenada en la red de gas para su uso posterior (incluso
de una temporada a otra). Este proceso podría contribuir
también a la descarbonización del sector del gas, donde es
más complicado lograrla.
Un entorno multienergético también podría poner de
relieve las restricciones de flexibilidad operativa entre sistemas que surgen debido, entre otros, a los límites en la
cantidad local de gas que puede aportar a las turbinas de
gas para equipararse con la carga neta, por ejemplo, debido
a la reducción inesperada en la energía eólica. De hecho,
+/-
Electricidad
Agua
Electricidad
Agua
Gas Natural
Refrigeración
Hidrógeno
Calor
Distribuido
Calefacción
gráfico 2. Un modelo de centro de energía genérico que
capta una serie de entradas y salidas y estados de conversión, junto con el almacenamiento de distintos tipos de
energía.
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