Cómo ahorrar en la factura energética?

Transcripción

1 Cómo ahorrar en la factura energética? Cruz Enrique Borges Hernández Tercer Encuentro de Jóvenes Investigadores en Matemáticas La Laguna, 18 de octubre de 2013 This work is licensed under the Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 License.

2 Vamos a jugar a un juego de rol Y eso cómo se hace? Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 2/53

3 Vamos a jugar a un juego de rol Y eso cómo se hace? Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 2/53

4 Vamos a jugar a un juego de rol Supongamos que el rector nos pide disminuir la factura eléctrica de este edificio Y eso cómo se hace? Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 2/53

5 Vamos a jugar a un juego de rol Supongamos que el rector nos pide disminuir la factura eléctrica de este edificio Y eso cómo se hace? Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 2/53

6 Contenidos 1 Entender el mercado eléctrico 2 Entender tu propio consumo 3 Optimizar tu tarifa eléctrica 4 Otras opciones Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 3/53

10 De verdad, lo primero que tenemos que hacer es Pasar una auditoría energética! Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 4/53

11 Contenidos 1 Entender el mercado eléctrico Despacho Eléctrico Mercado eléctrico diario Mercado eléctrico a plazos 2 Entender tu propio consumo 3 Optimizar tu tarifa eléctrica 4 Otras opciones Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 5/53

12 El sistema eléctrico en la actualidad I Problema No sabemos como almacenar energía de forma eficaz! La idea es bien simple: El consumo debe ser igual a la generación en cada instante Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 6/53

13 El sistema eléctrico en la actualidad I Problema No sabemos como almacenar energía de forma eficaz! La idea es bien simple: El consumo debe ser igual a la generación en cada instante Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 6/53

14 El sistema eléctrico en la actualidad II El sistema eléctrico actual Grandes centros de generación [alejados de los consumidores] Redes de transporte a alta tensión [grafo] Redes de distribución a media y baja tensión [árbol] Empresas comercializadoras de energía Problemas Oligopolio Fragilidad Dependencia de recursos no renovables Existencia de puntos de ruptura Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 7/53

23 El sistema eléctrico en la actualidad III Plan de operación de la red Quién genera energía y en qué cantidad? Quién tiene que prepararse para apoyar al sistema? 1 Despacho eléctrico 2 Mercado eléctrico Cómo se prepara? En ambos casos la solución está sujeta a: que se pueda generar esa cantidad de energía que la red soporte ese tráfico Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 8/53

31 Despacho eléctrico Cómo se hace un despacho eléctrico? El operador realiza una predicción de la demanda para el día siguiente El operador solicita la disponibilidad y el precio de las plantas de generación El operador resuelve el problema de optimización y envía las órdenes pertinentes Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 10/53

34 Modelo lineal de la red de transporte: Formulación E P n e N P n t T mín e n(n e + n i + n c + n t )+ + e e(e n + e i ) + e t (t n + t c) s.a. N p n e + pn i + p n c + pn t E p n e + pe i, T pn t + pt c P n i P n c C = p t c + pn c + pi c, I = pe i + pn i + p i c P e i P t c p n e = ne + en, pn t = n t + t n p n i = n i + i n, p n c = nc + cn p e i = e i + i e, p t c = tc + c t I P i c C p i c = ic + c i P t c pt c, Pe i p e i, Pi c pi c P n t p n t, Pn e pn e P n c pn c, Pn i p n i Simplex Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 11/53

35 Modelo lineal de la red de transporte: Formulación E P n e N P n t T mín e n(n e + n i + n c + n t )+ + e e(e n + e i ) + e t (t n + t c) s.a. N p n e + pn i + p n c + pn t E p n e + pe i, T pn t + pt c P n i P n c C = p t c + pn c + pi c, I = pe i + pn i + p i c P e i P t c p n e = ne + en, pn t = n t + t n p n i = n i + i n, p n c = nc + cn p e i = e i + i e, p t c = tc + c t I P i c C p i c = ic + c i P t c pt c, Pe i p e i, Pi c pi c P n t p n t, Pn e pn e P n c pn c, Pn i p n i Simplex Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 11/53

36 Modelo lineal de la red de transporte: Pros y Contras Pros Fácil de entender y resolver Contras No tiene en cuenta las pérdidas Supone que se puede enrutar energía Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 12/53

39 Modelo algebraico de la red de transporte: Formulación N E Ȳ n e Ȳ n t T mín e ns n + e es e + e t S t Ȳ n i Ȳ n c s.a. N S n, E S e, T S t Ȳ e i Ȳ t c I = S i, C = S c V V Y = S I Ȳ i c C y k j < Ȳ k j j, k {N, E, I, C, T} : j k Descenso de Gradiente en C Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 13/53

40 Modelo algebraico de la red de transporte: Formulación N E Ȳ n e Ȳ n t T mín e ns n + e es e + e t S t Ȳ n i Ȳ n c s.a. N S n, E S e, T S t Ȳ e i Ȳ t c I = S i, C = S c V V Y = S I Ȳ i c C y k j < Ȳ k j j, k {N, E, I, C, T} : j k Descenso de Gradiente en C Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 13/53

41 Modelo algebraico de la red de transporte: Pros y Contras Pros Tiene en cuenta las pérdidas Tiene en cuenta la física del sistema Contras Mucho más difícil de resolver Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 14/53

45 El mercado diario I Participantes Todas las plantas de generación [de más de 50 MW] Comercializadores Clientes directos cualificados Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 16/53

48 El mercado diario II 1 Las comercializadoras y clientes introducen sus necesidades Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

49 El mercado diario II 2 Los generadores introducen sus ofertas Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

50 El mercado diario II 3 Se realiza la casación y se forma el precio marginal Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

51 El mercado diario II 4 El regulador analiza y resuelve las restricciones técnicas Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

52 El mercado diario II 5 El regulador fija la banda de regulación Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

53 El mercado diario II 6 Los generadores 1 introducen sus ofertas para la banda de regulación 1 Capaces de reaccionar en 30 segundos Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

54 El mercado diario II 7 Se realiza la casación y se forman los precios de la banda de regulación Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

55 El mercado diario II 8 Este precio consta de un fijo que cobran todas los generadores que sean seleccionados y un variable que depende del uso real Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

56 El mercado diario II 9 Los generadores 1 envían al regulador la capacidad restante y su precio 1 Capaces de reaccionar en 15 minutos y sostener la generación 2 horas Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

57 El mercado diario II 10 El operador podrá usar dicha capacidad como reserva terciaria 11 Los generadores solo cobrarán este concepto si es realmente usado 12 Si se prevén desvíos de más de 300 MW se abre el mercado de gestión de desvíos 13 En este mercado se solicitan cambios en sentido opuestos al desvío previsto 14 El sobre-coste de los desvíos se carga proporcionalmente sobre los generadores y comercializadores que lo han producido Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 17/53

62 Estructura de la generación Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 18/53

63 Dinámica de precios A la baja Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 19/53

64 Dinámica de precios Al alza Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 20/53

66 El mercado a plazo de energía Características Es un mercado no regulado No implica intercambio real de energía Se comporta como un mercado financiero más Las empresas acuden para segurar precios o suministros base Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 22/53

70 La subasta CESUR Mercado a plazo en el que las comercializadoras de último recurso compran «bloques» 1 de energía para sus clientes Es una subasta por fases en las que el precio de compra de la energía disminuye hasta que la oferta de generación no cubre la demanda El algoritmo por el que se disminuye el precio es secreto 1 De 10MW Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 23/53

73 Contenidos 1 Entender el mercado eléctrico 2 Entender tu propio consumo Predicciones Macro Predicciones Micro 3 Optimizar tu tarifa eléctrica 4 Otras opciones Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 24/53

74 Predicciones en el consumo: macro vs micro Grandes Regiones Operador red de transporte Teorema del Límite Central (CLT) Principales factores: Laboralidad Temperatura Macroeconomía Pero NO el precio! [hasta ahora] Edificios Unidad técnica No aplica [tanto] el CLT Principales factores: Laboralidad [tipos de día] Temperatura [algunos casos] Microeconomía Pero NO el precio! [hasta ahora] Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 25/53

90 Predicción de Red Eléctrica Española I Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Características Patrón prácticamente constante Homocedasticidad Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 27/53

93 Predicción de Red Eléctrica Española II Predicciones que realiza Prevista: Combinación de modelos estadísticos y de inteligencia artificial Programada: Corrección de la predicción tras realizar el plan de operación de la red Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 28/53

96 Predicción de Red Eléctrica Española III El algoritmo de predicción Predicción Datos Reales Base de Datos Post-Proceso Algoritmo 1. Algoritmo n Algoritmos Random Walks Media últimos días Exponential Smoothing ARIMA Support Vector Machines Redes Neuronales Post-Procesos Corrección de Sesgos Selección de Modelos Combinación de Modelos Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 29/53

105 Predicción de Red Eléctrica Española IV Análisis del error Densidad del Error de Predicción REE Error Predicción Error Programación MW h La curva prevista tiene menor error La curva programada está sesgada Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 30/53

106 Predicción de Red Eléctrica Española IV Análisis del error Densidad del Error de Predicción REE Error Predicción Error Programación MW h La curva prevista tiene menor error La curva programada está sesgada Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 30/53

108 Predicción en edificios I Monday Tuesday Wednesday Thursday Friday Saturday Sunday Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Load (kw h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Hour (h) Caracteriśticas Patrón fuertemente dependiente del tipo de día Consumo muy variable [incluso dentro del mismo tipo de día] Heteroscedasticidad Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 32/53

112 Predicción en edificios II La metodología Predicción Datos Reales Base de Datos Post-Proceso 1. Post-Proceso m Algoritmo 1. Algoritmo n Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 33/53

113 Predicción en edificios II La metodología Predicción Datos Reales Base de Datos Post-Proceso 1. Post-Proceso m Predictor de Modelos Algoritmo 1. Algoritmo n Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 33/53

114 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos 120 Base 120 Base kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

115 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos 120 Base 120 Base kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

116 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos Base Nueva carga 120 Base kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

117 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos 150 Base 120 Base Nueva carga Mal tiempo 100 kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

118 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos 150 Base 120 Base Nueva carga Mal tiempo 100 kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

119 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos 150 Base Nueva carga Mal tiempo Base Nuevo modelo kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

120 Predicción en edificios III Caracterizar modelos Cómo marcamos los días que pertenecen a cada modelo? Iguales Distintos 150 Base Nueva carga Mal tiempo Base Nuevo modelo kw h kw h h h y aún queda el problema de PREDECIRLOS Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 34/53

121 Contenidos 1 Entender el mercado eléctrico 2 Entender tu propio consumo 3 Optimizar tu tarifa eléctrica El término de potencia El término de energía 4 Otras opciones Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 35/53

122 Las componentes de la tarifa eléctrica Componentes 1 La parte regulada: el término de potencia 2 La parte variable: el término de energía 3 Las penalizaciones: potencia reactiva y desvíos Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 36/53

125 Contenidos 1 Entender el mercado eléctrico 2 Entender tu propio consumo 3 Optimizar tu tarifa eléctrica El término de potencia El término de energía 4 Otras opciones Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 37/53

126 La tarifa de acceso a redes I Tarifa Tensión Potencia Periodos 2. T < 1kV (BT) P < 15kW A T < 1kV (BT) P > 15kW 3 3.1A 1kV< T < 36kV (AT) P < 450kW kV< T < 36kV (AT) P > 450kW 6 Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 38/53

129 La tarifa de acceso a redes II Si tenemos una tarifa 3. I Tenemos que asignar potencias (enteras) p i crecientes a cada periodo p 1 p 2 p 3 con p i N. El maxímetro registrará la potencia máxima demandada por periodo y mes π m i El término de potencia para el mes m será: 3 f (p i ; π m i ), i=1 donde c i es el coste asignado a ese periodo y 0,85c i p i si π m i < 0,85p i f (p i ; π m i ) = c i π m i si 0,85p i π m i 1,05p i c i (π m i + 2(π m i 1,05p i ) si π m i > 1,05p i Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 39/53

132 La tarifa de acceso a redes III Si tenemos una tarifa 3. II Si solo se facturara el mes m, el óptimo se encontraría en: π m i 1,05 p i πm i 0,85 El problema es que p i se escoge independientemente del mes Si la intersección de los doce intervalos anteriores contiene un entero habríamos encontrado el p i óptimo En otro caso, habría que conocer en cual de las O(12!) posibles combinaciones estamos Los expertos toman p i := máx (π m i ) 1 m 12 que es una cota superior del óptimo Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 40/53

139 La tarifa de acceso a redes IV Si tenemos una tarifa 6. I Tenemos que asignar potencias (enteras) p i crecientes a cada periodo p 1 p 2 p 3 p 4 p 5 p 6 con p i N. El maxímetro registra la potencia máxima demandada cuartohoraria π i,m j El término de potencia para el mes m será: 6 c i p i + 1,4064k i i=1 (π i,m j : π i,m j >p i j p i ) 2, donde c i es el coste asignado a ese periodo y k i una constante Cruz E. Borges (DeustoTech) Cómo ahorrar en la factura energética? 41/53