PROYECTO DE CALCULO VECTORIAL

Estudio De La Carga Eléctrica Total En Plantas De Ciclo Combinado (Gas- Vapor) Usando Máquinas De Vectores De Soporte

Mariana Assia Acosta

Miguel Assia Vega

Corporación Universitaria del Caribe

Facultad de ciencias básicas ingeniería y arquitectura

Ingeniería industrial

Sincelejo

2020

Tabla de contenido

Introducción        3

Objetivos        5

Objetivos Generales        5

Objetivos Específicos        6

Hipótesis        6

Hipótesis N°1        6

Hipótesis N°2:        6

Antecedentes        7

Marco Teórico        9

Generalidades Sobre Plantas De Ciclo Combinado        9

Máquinas de Vectores de Soporte (SVM)        16

        20

Metodología        23

Conclusiones        25

Referencias Bibliográficas        27

Introducción

                Con los cambios recientes en la industria eléctrica en Colombia (Reforma energética de 2013), se abrieron nuevas áreas de oportunidad en una industria que antes era completamente controlada por dependencias gubernamentales. La llegada del sector privado a la generación y comercialización de energía eléctrica representó una modificación total de la estructura del mercado eléctrico. Así, se crearon nuevos reglamentos y se cimentaron nuevas bases para regir las operaciones cotidianas de los actores envueltos en la industria eléctrica. En este trabajo, nuestra atención se centra en el pronóstico de la generación total de energía en una planta de ciclo combinado. Dicha acción es solo un paso en la operación de las plantas generadoras de energía, pero representa un insumo esencial para que el sistema del mercado eléctrico mayorista funcione.

Para abordar el pronóstico de la carga eléctrica total de una planta de generación de ciclo combinado se propone el uso de algoritmos inteligentes, mejor conocidos como Machine Learning. Este tipo de plantas se componen de dos ciclos termodinámicos diferentes: ciclo Brayton y ciclo Rankine. El primero de ellos emplea turbinas de gas para generar la energía, mientras que el segundo ocupa turbinas de vapor. Dado que el ciclo Brayton emplea aire ambiental como fluido de trabajo, las propiedades de éste influyen en el rendimiento de la turbina de gas. Esto hace de la generación de energía en una planta de ciclo combinado una variable estocástica cuando la planta trabaja a su máxima capacidad, puesto que se puede condicionar su operación cuando labora a una capacidad menor, convirtiendo a la variable en una determinística.

El impacto de las plantas de ciclo combinado en Colombia es amplío. En el año 2018, constituyeron el 36.5% de la capacidad instalada para la generación de energía eléctrica en el país, sumando un total de 83 diferentes centrales. Pero, en lo que hay que prestar mayor atención es que del total de energía eléctrica generada durante ese año, más de la mitad provino de este tipo de plantas (51%) (SENER, 2019). De ahí, la importancia de afinar su sistema de pronóstico.

En este trabajo se propone el uso del algoritmo de Máquinas de Vectores de Soporte  para desarrollar un modelo de regresión que permita realizar estimaciones altamente exactas de la carga eléctrica total de una planta de ciclo combinado a partir de mediciones de las condiciones ambientales del lugar de operación de dicha planta.

Objetivos

Objetivos Generales

Desarrollar una metodología centrada en la obtención de un modelo de pronóstico capaz de realizar estimaciones altamente exactas de la carga eléctrica total de una planta de generación de ciclo combinado, esto  mediante el uso del algoritmo inteligente conocido como Máquinas de Vectores de Soporte (SVM’s).

Objetivos Específicos

• Determinar  la medición de las condiciones ambientales del lugar de operación

• Identificar la cantidad de energía que verdaderamente es capaz de producir en determinado momento y, por tanto, disminuir sus pérdidas.

Hipótesis

Hipótesis N°1: Las características del algoritmo de Máquinas de Vectores de Soporte lo hacen capaz de generar un modelo de pronóstico de la carga eléctrica total de una planta de generación altamente exacto, de emplear menores recursos computacionales comparado con su modelado a partir de ecuaciones termodinámicas y de adaptarse al transcurso del tiempo.

Hipótesis N°2: La producción energética total de una planta de ciclo combinado es dependiente de ciertas condiciones ambientales del lugar de operación

Antecedentes

El 27 de septiembre de 1960 el presidente anunció la nacionalización de la industria eléctrica. Esta acción implicaba que la nación era la única responsable de generar, conducir, transformar, distribuir y abastecer energía eléctrica como servicio público. A partir de ese momento se asignaron dos organismos descentralizados con el fin de proveer electricidad al país: la Comisión de Electricidad y Luz y Fuerza del Centro, ambos regidas por la Ley de Servicio Público de Energía Eléctrica.

Tiempo después, en el año de 1992, se generó una primera reforma al sector eléctrico. En ésta, constitutivamente se permitía la participación privada en la forma de Productores Independientes de Energía y Pequeños Productores, las funciones que ambos tenían se limitaban a vender energía a CFE, exportarla y autoabastecerse. Por lo que no fungían como competidores para las empresas paraestatales.

Sin embargo, a medida que la población Colombiana evolucionó (cambiaron sus necesidades tecnológicas), diversos factores comenzaron a poner en duda la viabilidad del sector para satisfacer la demanda eléctrica. A continuación, se presentarán dichos factores.

Demanda creciente de energía: Según las últimas proyecciones del Consejo Nacional de Población CONAPO (2018), Colombia tendrá una población de 139.3 millones de personas en el año 2032, cuyo consumo bruto eléctrico se pronostica de 492,165 GWh SENER (2018). Esto representa un incremento de alrededor del 59% comparado con el consumo eléctrico del año 2017.

Alta dependencia de insumos fósiles: En 2013, la matriz eléctrica estaba conformada en un 81.7% por tecnologías que usan combustibles fósiles para la generación eléctrica. En ese mismo año, esta actividad fue el segundo sector que más emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) liberó a la atmósfera USAID (2013).

Redirección del gasto: Puesto que CFE era responsable de administrar todas las actividades dentro de la cadena de valor, el gasto que ejercía era considerable. En este caso, los gastos

Por generación de energía equivalían a prácticamente la mitad (45.3%) de los ingresos recaudados. Por lo que se propuso que una parte de la cadena de valor dejara de ser parte exclusiva del Estado, y, así, CFE pudiera liberar recursos y emplearlos en destinos más productivos CIEP (2017).

Debido a estos factores, se requería de un sector “abierto a la competencia, moderno, regulado, competitivo, seguro y sustentable” CIEP (2017). Y fue así como, el 11 de agosto de 2014, se abrogó la LSPEE y entraron en vigor la Ley de la Industria Eléctrica y la Ley de la Comisión de Electricidad, las cuales sentaron las bases de lo que hoy es el Mercado Eléctrico Mayorista

Marco Teórico

Generalidades Sobre Plantas De Ciclo Combinado

Con el objetivo de obtener eficiencias térmicas más altas, en la época moderna se han formulado modificaciones innovadoras en las centrales eléctricas convencionales. La modificación más popular es el ciclo combinado de gas y vapor o simplemente: Ciclo Combinado (CC). En éste un ciclo de potencia de gas suministra energía a un ciclo de potencia de vapor. Así mismo, dentro de los ciclos combinados de gas y vapor, aquél que mayor uso tiene es el que combina el ciclo de turbina de gas (Brayton) y el ciclo de turbina de vapor (Rankine). Esta configuración ha demostrado tener una eficiencia térmica más alta que cualquiera de los ciclos ejecutados individualmente.

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