Progressive hedging aplicado a coordinación hidrotérmica

El problema de Coordinación Hidrotérmica busca encontrar la operación óptima para un Sistema Eléctrico Mixto, combinando en la solución los efectos de las etapas futuras así como los efectos que la hidrología tiene en la operación del sistema. Los Sistemas Eléctricos mixtos corresponden a aquellos sistemas en los que operan tanto centrales de generación hidráulicas, geotérmicos, térmicas y eólicas entre otras. Un ejemplo de estos sistemas es el Sistema Interconectado Central (SIC) chileno, que en particular tiene una alta presencia de centrales hidráulicas y térmicas, en el cual en un año promedio un cuarenta por ciento de la energía viene de fuentes hidráulicas y un sesenta de fuentes térmicas. Desde el punto de vista de los costos de operación, estas dos fuentes de generación presentan importantes diferencias. Mientras los costos variables de una central hidráulica son bajos, los de una central térmica son más altos debido al combustible que requiere para la generación de energía. Por otro lado las centrales hidráulicas tienen costos de inversión más elevados que las centrales térmicas. Otra diferencia entre estas tecnologías es que las centrales hidráulicas son capaces de generar energía de acuerdo a la cantidad de agua que reciben de sus afluentes o que son capaces de almacenar (en embalses o estanques de regulación). Esta característica las hace dependientes del clima, en particular de la hidrología de una determinada zona geográfica. Debido a que no es posible predecir la hidrología, ésta se modela como una variable aleatoria. El problema de Coordinación Hidrotérmica busca la manera óptima de operar un sistema mixto en el mediano y largo plazo. Tiene una naturaleza estocástica, debido a la incertidumbre presente al modelar la operación de las centrales hidráulicas. Corresponde a un problema de gran escala que incorpora muchos elementos; centrales de generación, redes de distribución, centros de consumo y restricciones técnicas y ambientales. En el presente trabajo se desarrollan y aplican metodologías de programación estocástica para la resolución de un problema de Coordinación Hidrotérmica, en particular para un sistema de generación mixto. Se estudian técnicas de descomposición para problemas estocásticos que permitan trabajar con problemas de gran escala y se trabajan métodos de generación y selección de escenarios hidrológicos con el objetivo de representar de manera adecuada las componentes estocásticas del problema. La metodología utilizada para la resolución de este problema se basa en el algoritmo Progressive Hedging (PH). En este trabajo se busca resolver un problema de planificación eléctrica a través de PH. Sobre este algoritmo se desarrollan una serie de ajustes de acuerdo a las características especiales del problema. También se realizan comparaciones con las técnicas que se utilizan actualmente para resolver este problema y se analizan las ventajas que ofrece PH para este problema en particular. El problema de Coordinación Hidrotérmica corresponde a un problema cuadrático debido a que cuenta tanto con función objetivo cuadrática como con algunas restricciones cuadráticas. La función de costos de las centrales térmicas es modelada de manera cuadrática, así como también las pérdidas de energía en las líneas de transmisión son cuadráticas. PH es un algoritmo de descomposición por escenarios que entrega soluciones exactas para programas convexos. Funciona resolviendo sucesivas veces cada escenario por separado, penalizado por desviarse de la solución promedio. Debido a su estructura, es de naturaleza fácilmente paralelizable. Dentro de los resultados se logra solucionar el problema para una serie de instancias, incluyendo instancias de tamaño real del Sistema Interconectado Central chileno. Además se realizan comparaciones entre PH y SDDP, otro de los métodos de solución del problema, mostrando las ventajas y desventajas que PH ofrece. Finalmente se concluye que PH ofrece buenas posibilidades como metodología de solución para el Problema de Coordinación Hidrotérmica. Si bien actualmente no es competitivo, en el futuro, se pueden desarrollar implementaciones basadas en computación paralela que puedan ser competitivas con las técnicas actuales de resolución.