Desde las matemáticas: buscan contribuir a una generación eléctrica con menor impacto ambiental

La preocupación sobre las consecuencias de las diversas actividades humanas sobre el planeta que nos alberga es un elemento permanente y, especialmente, el rubro de la generación de energía es uno que generalmente se asocia con impactos negativos en el medioambiente.

Ante este desafío científico, denominado Problema del Despacho Económico Ambiental (DEA) un grupo de investigadores de la Universidad de Concepción desarrollaron un estudio que será publicado en la prestigiosa revista especializada Applied Energy (AE) bajo el título Effect of models uncertainties on the emission constrained economic dispatch. A prediction interval-based approach.

“El objetivo que se perseguía con la tesis era analizar de manera más rigurosa el DEA, un problema en ingeniería eléctrica bien conocido e importante, porque, mediante su solución, se logra establecer programas de generación eléctrica que sean económicamente favorables y tengan un menor impacto medioambiental”, explica el Dr. Adrián Carrillo-Gálvez

“En particular, este trabajo se derivó de inquietudes y preguntas por resolver que fueron surgiendo en trabajos previos y es parte de mi tesis del Doctorado en Ciencias Aplicadas con mención en Ingeniería Matemática de la UdeC, que fue realizada bajo la tutoría del profesor Fabián Flores del Departamento de Ingeniería Matemática”, detalla Carrillo.

El investigador señala la importancia de la publicación de su trabajo en Applied Energy, destacando que se trata de una revista de referencia en ingeniería energética alta visibilidad, con un factor de impacto de 9.746 puntos.

“Esto  implica que expertos en el área de las energías consideran válidas nuestras preguntas de investigación y la manera en que brindamos soluciones. Este tipo de aceptación nos motiva a continuar investigando y tratando de aportar, desde las matemáticas, en estos temas más aplicados y cotidianos”, dijo.

El artículo fue coescrito por los doctores Carrillo-Gálvez, Flores-Bazán, junto con el Dr. Enrique López Parra, del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería UdeC, experto en optimización y confiabilidad de sistemas eléctricos de energía.

“No era totalmente claro para nosotros, evidentemente desde el desconocimiento que implica no ser un experto en esta área, cómo se obtenían, en la operación real y diaria, los modelos matemáticos que caracterizan el funcionamiento de las plantas generadoras de electricidad. Esto nos llevó a indagar acerca del tema, comprender que dicho proceso mayormente se realiza de manera aproximada y que evidentemente estas aproximaciones tienen asociadas incertidumbres que pueden influir negativamente en la calidad de las soluciones encontradas, una vez resuelto el DEA, que matemáticamente es un problema de optimización”, indicó Carrillo en relación del académico de Ingeniería.

Al respecto, el Dr. Fabián Flores-Bazán, destaca que “considerando la actual escasez hídrica, por ejemplo, los problemas abordados por Adrián en su tesis doctoral cobran especial relevancia en nuestros tiempos. Adrián, cuya formación en pregrado recae en Ingeniería Mecánica, nunca escatimo en querer abordar, en su tesis, problemas que provengan del mundo real. En particular, se inició con el estudio de un modelo de optimización cuadrático bicriterio del problema de despacho económico ambiental; para luego tratar el efecto de modelos con incertidumbre sobre las emisiones”.

Y, acerca de los avances obtenidos en el estudio, Carrillo, doctorado en la UdeC en enero pasado, destaca que “pudimos encontrar y proponer una formulación matemática del problema distinta a las usuales. En dicha formulación consideramos, de cierta manera, estas incertidumbres asociadas a la operación real de las unidades de generación eléctrica y además observamos el efecto ambiental negativo que puede acarrear el no considerar las incertidumbres”.

Carrillo explica que la colaboración multidisciplinaria es muy relevante al momento de plantearse problemáticas científicas complejas, elemento que “fue parte fundamental de mi motivación para incorporarme al doctorado”.

En cuanto a nuevas línea de investigación que podrían abrirse a partir de estos resultados, el experto destaca que “sería interesante estudiar otros de los modelos usados para caracterizar el funcionamiento de las unidades de generación eléctrica, ya que, en la actualidad, existen en la literatura modelos de funcionamiento más complejos y que aumentan la exactitud de la caracterización de la operación real de las unidades generadoras”.

“Es importante entonces, incluir este tipo de modelos, investigar cómo se pueden obtener estimaciones acertadas de los coeficientes que los componen y cómo gestionar adecuadamente las incertidumbres asociadas a dichas estimaciones”, afirma Carrillo, quien realizó su trabajo de investigación de tesis en el Centro de Investigación en Ingeniería Matemática, CI²MA, de la UdeC, que, desde su fundación en 2009, alberga las actividades del Programa de Doctorado en Ciencias Aplicadas con mención en Ingeniería Matemática de esta casa de estudios.

En cuanto a la escalabilidad que, del modelo desarrollado en el estudio, Carrillo plantea que “desde el punto de vista de la implementación computacional queda mucho por hacer también. En este trabajo el problema resuelto era pequeño, dado que sólo consideramos cuatro unidades generadoras a carbón operando en Chile, pero consideramos que, para grandes redes de energía eléctrica, la eficiencia computacional será determinante en la real aplicabilidad de nuestros resultados; por ello, algoritmos de optimización eficiente deben ser analizados y propuestos”.

“De hecho, gracias a una beca de investigación de cuatro meses provista por el Centro de Modelamiento Matemático, CMM, de la Universidad de Chile, actualmente estamos profundizando en el acercamiento computacional al problema estudiado. En particular, estamos tratando de desarrollar una herramienta computacional en código abierto, que englobe todos los subprocesos necesarios para obtener soluciones al DEA”, destaca.

En este sentido, el Dr. Flores-Bazán enfatiza que “Adrián ha realizado un excelente trabajo en los tres artículos que emanaron de su trabajo de tesis. Esto se vio reflejado al hacerse acreedor de esta beca de investigación otorgada por el CMM”.

Este estudio se centró en el análisis de dos centrales termoeléctricas del complejo Bocamina y una de la instalación Santa María, todas en Coronel, Región del Biobío, además de otra en Campiche, Región de Valparaíso, y fue financiado a través de diversas fuentes como la Beca de Doctorado Nacional de Carrillo-Gálvez (ANID 2017-21170239), y los proyectos Fondecyt 1212004, PIA/Basal AFB170001, Basal FB210005, ACE210010, además de aportes de la Dirección de Postgrado UdeC.