Dimensionamiento óptimo de microrredes aisladas considerando el costo total de inversión y los beneficios tributarios en Colombia

Abstract

RESUMEN : Este trabajo trata sobre el dimensionamiento óptimo de microrredes (MGs) que utilizan generadores diésel para suministrar energía en zonas no interconectadas (ZNI). La MG en estudio integra generación fotovoltaica (PV) y diésel, un Sistema de Almacenamiento de Energía de Batería (BESS), y un inversor para la conexión entre los buses de tensión AC y DC. El Costo Nivelado de la Energía (LCOE) y el Costo Anual del Sistema (ASC) se consideran indicadores económicos; mientras que la Probabilidad de Pérdida de Carga (LPSP) se utiliza como un indicador de confiabilidad. Se consideran incentivos fiscales como los beneficios tributarios y la depreciación acelerada aplicados en Colombia para optimizar el dimensionamiento de cada elemento de la microred. Se presenta el modelo matemático de cada elemento de la MG. Las mediciones solares se realizaron en una estación meteorológica ubicada en el campus principal de la Universidad de Antioquia en Medellín, Colombia, a latitud 6.10 y longitud -75.38. La función objetivo busca minimizar el costo total del despacho de energía eléctrica a la carga. El modelo fue implementado en lenguaje de programación python considerando varios escenarios. Se evaluaron dos casos: el primero considera paneles fotovoltaicos, un BESS y un generador diésel, mientras que el segundo solo considera paneles fotovoltaicos y un BESS. Esta metodología se aplicó en Colombia; sin embargo, puede adaptarse fácilmente a otros países en desarrollo con incentivos fiscales similares.

ABSTRACT : This paper deals with the optimal sizing of islanded microgrids (MGs) which use diesel generators for supplying energy in off grid areas. The MG under study integrates PV (PV) and diesel generation, a Battery Energy Storage System (BESS), and an inverter for the connection between AC and DC voltage buses. Levelised Cost of Energy (LCOE) and Annual System Cost (ASC) are considered as economic indicators; while Loss of Power Supply Probability (LPSP) is used as a reliability indicator. Fiscal incentives such as tax benefits and accelerated depreciation applied in Colombia are considered for optimizing the sizing of each microgrid element. The mathematical model of each element of the MG is presented. Solar measurements were taken at a weather station located in the main campus of Universidad de Antioquia in Medellín, Colombia at latitude 6.10 and longitude -75.38. The objective function is the minimization of the total energy delivered from the power sources that successfully meets the load. The model was implemented in python programming language considering several scenarios. Two cases were evaluated: the first one considers PV panels, a BESS and a diesel generator, while the second one only considers PV panels and a BESS. This methodology was applied in Colombia; however, it can be easily adaptable for other developing countries with similar tax incentives.