Navegando retos en el Mercado Nacional de Electricidad de Australia

El Mercado Nacional de Electricidad de Australia (NEM) es un mercado de energía importante que opera en cinco estados y territorios de Australia. Maneja la oferta y la demanda de electricidad, atendiendo a alrededor de 10 millones de clientes. Sin embargo, el NEM enfrenta desafíos, como el aumento del número de Recursos Energéticos Distribuidos (DER), como paneles solares en techos y baterías, además del cambio hacia la meta de cero emisiones. Esto hace que la modelización del sistema eléctrico sea vital para abordar esos desafíos e informar decisiones relacionadas con la planificación, operación y política energética.

#Desafíos en el NEM

La integración de los DER en la infraestructura de la red existente genera preocupaciones sobre la estabilidad del sistema, la fiabilidad y la congestión en áreas con alta instalación solar. Este problema requiere inversiones en infraestructura de red y ajustes a los marcos regulatorios para apoyar la integración de los DER. Además, avanzar hacia cero emisiones introduce complejidades en la reforma del mercado energético y en la incentivación de recursos renovables. Las incertidumbres en las políticas gubernamentales también pueden impactar las decisiones de inversión a largo plazo.

#Importancia de la Modelización del Sistema Eléctrico

La modelización del sistema eléctrico es esencial para entender y abordar los desafíos que enfrenta el sector eléctrico. Estos modelos ofrecen información sobre varios escenarios, como el despliegue de energía renovable y las actualizaciones de la red, ayudando en decisiones de planificación, operación e inversión. Esto garantiza, en última instancia, la fiabilidad y asequibilidad del sistema eléctrico.

Acceder a datos del sistema eléctrico es necesario para una modelización precisa, pero estos datos a menudo contienen información confidencial. Los Datos sintéticos ofrecen una solución al permitir a los investigadores analizar diferentes escenarios sin exponer información sensible. Al usar datos sintéticos, los ingenieros pueden simular y analizar eficazmente los sistemas eléctricos, identificar problemas potenciales y probar nuevas técnicas para asegurar la fiabilidad y seguridad del suministro eléctrico.

Los datos accesibles abiertamente son críticos en los sistemas eléctricos, ya que fomentan la transparencia, la eficiencia y la innovación. Los datos abiertos animan a la colaboración y al intercambio de conocimientos entre organizaciones e investigadores, llevando a prácticas mejoradas en el sector energético.

#Modelo de Datos Sintéticos y Benchmarking

Para crear un modelo útil del sistema eléctrico, se utiliza un modelo de red sintética basado en el NEM llamado sistema S-NEM2300-bus. Este modelo sirve como referencia para estudios de optimización del sistema eléctrico. El modelo se mejora utilizando marcos de datos existentes para garantizar la viabilidad a través de estudios de flujo de potencia y flujo de potencia óptimo. El modelo actualizado, conocido como sistema S-NEM2000-bus, incorpora parámetros adicionales como Límites Térmicos, categorías de combustible de generación y modelos de costos. Este conjunto de datos abierto permite a los investigadores realizar estudios de optimización en el sistema eléctrico.

Sin embargo, es crucial señalar que el sistema S-NEM2000-bus es un modelo sintético destinado a fines de investigación y no representa exactamente al NEM real. El modelo puede mejorarse al agregar más características y elementos para capturar mejor el NEM del mundo real y su sistema eléctrico asociado para futuros estudios.

#Estructura del NEM

El NEM es uno de los sistemas de energía interconectados más grandes del mundo, con aproximadamente 40,000 km de líneas y cables de transmisión. Opera en tiempo real, equilibrando la oferta de electricidad de grandes generadores, sistemas renovables y DERs con la demanda de electricidad. A medida que aumenta la integración de diversas formas de DER, como paneles solares en techos y vehículos eléctricos, el NEM enfrenta varios obstáculos, incluida la congestión de la red y fluctuaciones de voltaje, lo que puede llevar a cortes de energía.

La transición hacia cero emisiones complica aún más el escenario, lo que requiere reformas en el mercado energético y cambios regulatorios para fomentar el despliegue de energía renovable. Las incertidumbres en torno a las políticas gubernamentales y el apoyo a fuentes renovables pueden dificultar que los inversores hagan planes a largo plazo.

#El Papel de los Datos Abiertos

Los datos abiertos contribuyen de manera significativa al sector de los sistemas eléctricos. Al garantizar el acceso a conjuntos de datos disponibles públicamente, permite a investigadores e ingenieros analizar sistemas energéticos sin comprometer información sensible. El desarrollo de una biblioteca integral de conjuntos de datos de redes de transmisión ha facilitado la realización de estudios de optimización por parte de los investigadores.

La liberación de modelos de red sintética ayuda a facilitar varios estudios, como simulaciones de mercado y el impacto de proyectos a gran escala en el sistema eléctrico en general. Los datos abiertos de la red para la red de transmisión del NEM combinan conjuntos de datos de la red y generación y ubicaciones geoespaciales de los elementos de la red, permitiendo la integración con datos históricos de carga y despacho de generadores.

#Mejorando el Modelo de Red Sintética

El modelo de red S-NEM2300 sirve como base para desarrollar el modelo de referencia S-NEM2000. Al refinar el modelo de datos para reflejar el comportamiento de flujo de potencia en estado estable, los ingenieros pueden identificar ineficiencias potenciales dentro del sistema. El proceso implica limpiar y mejorar los datos relacionales de entrada para desarrollar un modelo de datos bien estructurado para estudios de optimización.

Los modelos de datos PowerModels.jl y MATPOWER son críticos para evaluar problemas de optimización de redes eléctricas. Usando estos modelos, los datos pueden ser organizados y analizados para facilitar evaluaciones computacionales de nuevas formulaciones y algoritmos en la red eléctrica.

#Abordando Limitaciones de Datos

Si bien el modelo S-NEM2300 proporciona una base útil, tiene limitaciones. Los datos sintéticos originales representaron una instantánea del NEM durante un día de verano en 2018, lo que significa que no incluye todos los generadores que pueden haber estado operativos en ese momento. Además, no hay detalles específicos sobre las clasificaciones térmicas de líneas y transformadores.

Para abordar estas limitaciones, se están haciendo esfuerzos para integrar límites térmicos y tipos de combustible de generación en el nuevo modelo S-NEM2000. Al examinar conjuntos de datos existentes, los ingenieros pueden derivar modelos para establecer límites térmicos apropiados basados en datos estadísticos. De esta manera, el modelo de referencia puede incorporar restricciones realistas y mejorar su representación del NEM.

#Desarrollo de Modelos de Límites Térmicos

En la práctica, los límites térmicos pueden calcularse fácilmente si se dispone del tipo de conductor y la longitud de la línea. Sin embargo, el conjunto de datos sintético incluye principalmente valores de impedancia de línea y voltajes nominales de buses. Para mejorar el modelo utilizando los datos disponibles, modelos de regresión lineal ayudan a determinar límites térmicos basados en la reactancia de la línea, la resistencia de la línea y el voltaje nominal.

Los datos de otros sistemas eléctricos, como los de Polonia e Irlanda, informan el desarrollo de límites térmicos en el modelo sintético. Al asegurar que el modelo sintético se alinee más estrechamente con los sistemas del mundo real, se convierte en una mejor herramienta para la investigación y el análisis.

#Generando Modelos de Generadores

Las clasificaciones de generadores en el modelo sintético necesitan reflejar los tipos de combustible encontrados en el NEM real. Al usar conjuntos de datos existentes, los modelos pueden categorizar los tipos de combustible de generadores como carbón negro, carbón marrón, gas, solar, eólico e hidroeléctrico. Esta clasificación permite que el modelo represente de manera más precisa la mezcla de generación del NEM.

Para asignar propiedades de generadores y datos de costos de combustible, se puede realizar una revisión detallada de los recursos disponibles. Estos datos pueden ayudar a modelar propiedades operativas como costos de inicio, tasas de rampa y eficiencia general, que son cruciales para la optimización del flujo de energía.

#Estudio Objetivo sobre el Flujo de Energía

Una parte esencial del desarrollo del modelo de flujo de energía abierto implica realizar estudios óptimos de flujo de energía. Estos estudios evalúan la minimización del costo de generación y ayudan a analizar la limpieza del mercado y el compromiso de unidades. Con el modelo S-NEM2000 completado, los ingenieros pueden ejecutar simulaciones optimizadas que pueden informar decisiones en generación de energía y asignación de recursos.

La naturaleza abierta del modelo S-NEM2000 significa que los investigadores pueden contribuir a las mejoras en curso y compartir hallazgos, lo que permite una mejor colaboración entre profesionales. La participación de la comunidad ayudará a afinar el modelo, asegurando su relevancia y precisión.

#Gestión de Actualizaciones del Modelo

En el futuro, el modelo S-NEM2000 necesitará actualizaciones y mejoras continuas. Añadir componentes como líneas de Corriente Continua de Alta Tensión (HVDC) mejorará su potencial de simulación. Las líneas HVDC juegan un papel significativo en la conexión de regiones dentro del NEM y su incorporación en el modelo llevará a simulaciones de flujo de energía más precisas.

Además, la integración de perfiles de carga y generación detallados proporcionará una mejor comprensión de la dinámica en tiempo real dentro del NEM. Esto ayudará a los investigadores a realizar evaluaciones más precisas del rendimiento del sistema y optimizar estrategias para la gestión de la energía.

#Conclusión

En resumen, el desarrollo del modelo S-NEM2000 representa un avance significativo en la investigación relacionada con el Mercado Nacional de Electricidad de Australia. Con su estructura de acceso abierto, este modelo permite realizar estudios de optimización y examinar varios escenarios relacionados con la planificación energética.

A medida que el panorama energético evoluciona, también deben hacerlo las herramientas utilizadas para el análisis. El modelo S-NEM2000 representa una base sólida para la investigación continua, la colaboración y la mejora en el campo. Involucrarse con la comunidad ayudará a desarrollar el modelo aún más, asegurando que siga siendo un recurso valioso para la optimización del sistema eléctrico en Australia.

El trabajo en curso tiene como objetivo mejorar el modelo incorporando nuevas fuentes de datos y refinando sus componentes. Al fomentar la colaboración entre investigadores y partes interesadas, el S-NEM2000 puede convertirse en una herramienta esencial para entender y dar forma al futuro del mercado energético australiano.