Metodología multiobjetivo para la planificación sostenible de la expansión de generación y transmisión del sector eléctrico - Valdés García, Eduardo (2019)
Objetivos y método de estudio: ´ El objetivo principal de esta investigación es desarrollar una metodología de optimización multiobjetivo que apoye a la toma de decisiones en la planificación a largo plazo de la expansión de generación y transmisión del sistema eléctrico. Este enfoque plantea la obtención de soluciones al problema que representen un adecuado compromiso entre objetivos económicos, ambientales y sociales que den respuesta al denominado trilema energético. Para alcanzar esta meta, se plantean los siguientes objetivos específicos: 1. Revisar el estado del arte del problema de planificación de la expansión de la generación, del problema de planificación de la expansión de la transmisión y del problema de planificación de la expansión de la generación y transmisión: funciones objetivo, metodologías de solución y consideraciones. 2. Desarrollar una formulación maten ática al problema. 3. Recopilar información del sistema eléctrico mexicano como caso de estudio. 4. Diseñar operadores adecuados al problema que permitan la implementación de un algoritmo gen ético. 5. Desarrollar una estructura para el análisis de las soluciones compromiso obtenidas. Contribuciones y conclusiones: Este trabajo aborda el estudio del problema de planificación de la expansión de la capacidad de generación y transmisión de la red de suministro eléctrico, bajo un enfoque multiobjetivo que considera simultáneamente la minimización de los costos del sistema, la minimización de las emisiones de gases de efecto invernadero y del uso de agua debido a la generación eléctrica y, la minimización del precio de la energía a los consumidores finales. Se propone una formulación no lineal entera mixta que representa los tres vértices del trilema energético: la seguridad energética con la consideración de márgenes de reserva y la obligación del completo suministro eléctrico; la equidad energética con la minimización del precio final al consumidor y; la sostenibilidad ambiental con la minimización de los gases de efecto invernadero y la reducción del uso de agua en las plantas generadoras. Se consideran perdidas de electricidad debidas a la transmisión y uso e importación de combustibles. Se desarrolla una metodología de optimización multiobjetivo que utiliza un algoritmo genético NSGA-II para obtener una aproximación al frente de Pareto. Esta investigación representa el primer estudio del Problema de Expansión de Generación y Transmisión con las características mencionadas cuyo objetivo es la determinación de soluciones al problema que manifiesten un buen compromiso entre las funciones objetivo. El algoritmo gen ético no es contrastado contra otros algoritmos multiobjetivo para evaluar su calidad; sin embargo, si se presenta una análisis de la convergencia del algoritmo midiendo diferentes métricas de calidad multiobjetivo, la variación de los valores objetivo, la evolución de los incumben tés de cada objetivo y, la variación de las variables de decisión. El enfoque multiobjetivo permite la obtención de múltiples y diversas soluciones para el caso de estudio, algunas de las cuales son competitivas con la planificación 2018-2032 de la Secretaria de Energía. Se presenta un análisis holístico de las soluciones que permite visualizar el impacto de las preferencias que se tengan por los objetivos. Por la naturaleza de la investigación, no se cuenta con el apoyo de personal calificado que pueda fungir como tomador de decisiones; por lo tanto, este trabajo carece de una metodología formal de apoyo a la toma de decisiones. Una línea de continuación seria conducir a un tomador de decisiones a la selección de una solución no dominada de acuerdo a sus preferencia. Como ejercicio de selección de una solución, se introduce un criterio ajeno a la formulación del problema: los Acuerdos de Paris fijan una tendencia en la generación de gases de efecto invernadero para coadyuvar en la mitigación de los efectos del calentamiento global, la solución propuesta es aquella de menor costo que cumple los Acuerdos de Paris. Las contribuciones de esta tesis son: el estudio de características no estudiadas en conjunto para el problema de la planificación de la expansión de generación y transmisión; el enfoque multiobjetivo que considera aspectos económicos, ambientales y sociales del sector eléctrico y el desarrollo de una metodología multiobjetivo como alternativa robusta al análisis de escenarios.