Investigadores del operador de red chino Guangdong Power Grid han propuesto integrar energía solar con pequeños reactores nucleares modulares (SMR) para mejorar la capacidad de despacho a corto plazo de las microrredes, así como su viabilidad económica a largo plazo.
Para combinar ambas fuentes de energía, el equipo ha desarrolado un marco de programación que integra una optimización multiobjetivo distribuida y robusta (DRO) con un mecanismo de aprendizaje por refuerzo (RL) en tiempo real.
“A diferencia de estudios previos que se centraban únicamente en microrredes basadas en energías renovables o en sistemas de energía nuclear, este trabajo presenta un marco holístico de gestión energética híbrida que integra múltiples fuentes bajo un único paradigma de optimización”, han explicado los científicos. “La novedad de esta investigación radica en la cooptimización de la generación fotovoltaica y de los SMR, combinada con un robusto mecanismo de despacho que considera la incertidumbre y la dinámica de almacenamiento tanto a corto como a largo plazo”.
En el sistema propuesto, la energía fotovoltaica y los SMR funcionan como fuentes complementarias, mientras que un generador y una batería actúan como recursos auxiliares. El hidrógeno se produce mediante electrolizadores durante los periodos de excedente y se almacena para su uso posterior. Un sistema de gestión de energía (SGE) opera como el cerebro del sistema, integrando pronósticos y datos en tiempo real para tomar decisiones óptimas.
El DRO dentro del SGE genera estrategias de programación resilientes ante la incertidumbre del pronóstico, mientras que los módulos de RL ajustan continuamente las señales de control para mejorar la adaptabilidad y minimizar la degradación del rendimiento en condiciones reales. El modelo de optimización se implementa en Python utilizando Pyomo, con Gurobi 10.0 como solucionador para formulaciones de programación mixta.
El caso de estudio simulado incluyó una microrred híbrida de 100 MW que abastece una carga industrial con una demanda promedio de 85 MW y fluctuaciones diarias de hasta el 25 %, junto con un componente residencial de 15 MW de carga promedio y una relación pico-promedio de 1,6. La capacidad fotovoltaica instalada es de 40 MW, con datos de irradiación solar obtenidos de registros meteorológicos históricos durante un año. La variabilidad de la energía solar se modela mediante una distribución normal con media del 80 % de la irradiancia nominal y desviación estándar del 12 %, lo cual permite capturar fluctuaciones diurnas y estacionales.
El SMR tiene una potencia mínima estable de 10 MW y un límite de rampa de 5 MW por hora. El sistema también incluye un almacenamiento de baterías de iones de litio de 20 MWh con eficiencia de carga y descarga del 92 %, y un almacenamiento de hidrógeno con capacidad máxima de 15 toneladas.
El análisis ha mostrado que, en un horizonte operativo de un año, el marco de optimización propuesto reduce los costos operativos en promedio un 18,7 % y disminuye la intensidad de las emisiones de carbono en casi un 37,1 % en comparación con una microrred convencional basada en combustibles fósiles. Ademnás, se ha podido averiguar que los indicadores de resiliencia, como la fiabilidad del suministro de carga crítica, superan el 98 % en todos los escenarios de incertidumbre, destacando la capacidad del marco para mantener una operación segura bajo condiciones normales y extremas.
Los investigadores destacan que, al combinar DRO con programación adaptativa asistida por RL, la estrategia operativa de la microrred se ajusta dinámicamente a los cambios ambientales en tiempo real, garantizando flexibilidad incluso ante condiciones inéditas.
“Además, la coordinación entre el almacenamiento en baterías a corto plazo y el almacenamiento de hidrógeno a largo plazo permite gestionar desequilibrios energéticos diarios y estacionales, creando una estrategia de doble capa que mejora simultáneamente la rentabilidad y la fiabilidad”, han afirmado los investigadores. “La DRO refuerza esta flexibilidad al reconfigurar dinámicamente los perfiles de consumo para adaptarse mejor a los patrones de generación renovable, reduciendo la dependencia de la generación de respaldo de alto carbono”.
El sisteme se describió en el estudio “Coordinated operation and multi-layered optimization of hybrid photovoltaic-small modular reactor microgrids,” que fue publicado en Scientific Reports.
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