Integración de redes de gas natural y sistemas de potencia para optimizar la operación de corto plazo del sistema energético peruano

Abstract

Actualmente los sistemas de potencia dependen considerablemente de las centrales térmicas que utilizan gas natural, lo que resalta la estrecha interdependencia entre la generación eléctrica interconectada y el gas natural suministrado. Por consiguiente, es de suma importancia analizar la integración apropiada de los sistemas de potencia y las redes de gas natural. Para abordar esta compleja interacción, se ha desarrollado un Modelo Entero Mixto Cónico de Segundo Orden (MISOCP), que ha sido aproximado al Modelo Entero Mixto No Lineal No Convexo. Respecto a la red de gas, se incluye la formulación del transporte de gas considerando las variaciones de altitud en los nodos, característica fundamental del transporte de gas natural en el Perú dado que el gasoducto atraviesa la cordillera de los Andes. Por el lado del sistema de potencia, se modela un problema de compromiso de unidades hidrotérmicas sin pérdidas. Este modelo ha sido validado con otros casos investigados y su aplicación ha sido evaluada específicamente en el contexto peruano, considerando condiciones de avenida, estiaje y racionamiento. Los resultados obtenidos demuestran que el modelo MISOCP reduce el tiempo de ejecución en un 90% y con un refinamiento adicional se logra un error de convexificación de 1%. Para el caso peruano, la operación integrada reduce el costo operativo en un 0.3% y el costo marginal en un 1.2%. Además, se observa que condiciones hídricas muy secas afectan negativamente la operación integrada, mientras que la gestión del line pack beneficia dicha operación.

Currently power systems depend considerably on thermal power plants that use natural gas, which highlights the close interdependence between interconnected electricity generation and the natural gas supplied. Therefore, it is of utmost importance to analyze the appropriate integration of power systems and natural gas networks. To address this complex interaction, a Second-Order Conical Mixed Integer Model (MISOCP) has been developed, which has been approximated to the Non-Linear Non- Convex Mixed Integer Model. Regarding the gas network, the formulation of gas transportation is included considering the altitude variations in the nodes, a fundamental characteristic of natural gas transportation in Peru given that the gas pipeline crosses the Andes Mountain range. On the power system side, a commitment problem for lossless hydrothermal units is modeled. This model has been validated with other investigated cases and its application has been evaluated specifically in the Peruvian context, considering flood, low water and rationing conditions. The results obtained demonstrate that the MISOCP model reduces the execution time by 90% and with additional refinement a convexification error of 1% is achieved. In the Peruvian case, the integrated operation reduces the operating cost by 0.3% and the marginal cost by 1.2%. Furthermore, it is observed that very dry water conditions negatively affect the integrated operation, while line pack management benefits said operation.