Pronóstico de la generación de energía eólica y solar fotovoltaica

Este curso se desarrolló con el apoyo del Programa Energías Renovables y Eficiencia Energética (4E) en Centroamérica, implementado por la Deutsche Gesellschaft für Internationale Zusammenarbeit (GIZ) GmbH para el Sistema de la Integración Centroamericana (SICA).

Actualmente, el aprovechamiento de energías renovables es un factor de mucho interés a diferentes escalas de la actividad humana. En especial, en una gran mayoría de países desarrollados y en desarrollo, los sistemas eléctricos han incorporado fuentes de energía renovable entre las cuales destacan la energía eólica y la solar. La operación de estos sistemas, así como la planificación del despacho y su gestión de energía requieren tomar en cuenta el factor del pronóstico en variables eólicas y solares que posteriormente se transforman a energía eléctrica, resultando en un pronóstico para la planificación de generación y despacho de energía eléctrica.

El presente curso desarrolla los conceptos sobre la generación de pronósticos de Energía Renovable Variable (ERV), las diferentes metodologías existentes y las características de su aplicación a nivel operativo. El curso se inicia con la descripción de las ERV, con un enfoque en la energía eólica y solar fotovoltaica, así como el impacto de su variabilidad en la operación de las unidades generadoras; posteriormente se introducen los conceptos de pronóstico de viento y radiación solar, y el uso de éstos por parte de los operadores de los sistemas de generación y despacho de energía eléctrica.

Como contenido complementario se describen los métodos generales de pronóstico desde el punto de vista matemático-estadístico para luego desarrollar su uso en el pronóstico de ERV. Se describen las características de las series de tiempo y su descomposición, el uso de técnicas básicas de pronóstico como suavizamiento exponencial, ARIMA y otros modelos avanzados.

En la segunda unidad del curso, se desarrollan conceptos básicos de meteorología, la dinámica y estructura de la atmósfera, circulación vertical y estabilidad atmosférica, así como la descripción de equipamiento para la medición de variables del tiempo y sus estándares operativos; todo esto complementa el hecho del uso del pronóstico numérico del tiempo como una base de sistemas de pronósticos operativos. Este contenido introductorio permite trabajar los temas específicos para el pronóstico de viento y sus aplicaciones a la generación de energía en parques eólicos: análisis de distribuciones de viento y uso de las curvas de potencia, pronóstico centralizado o descentralizado, métricas de calidad del pronóstico, así como las estrategias de implementación de un sistema de pronóstico basado en modelos numéricos de la atmósfera, sus principales componentes y requerimientos.

En el caso de la energía solar fotovoltaica el curso desarrolla los fundamentos del recurso solar, el pronóstico de la irradiancia solar: métodos físicos, métodos estadísticos y/o híbridos, el error en los pronósticos y su variabilidad, así como la evaluación del estado del cielo y la estabilidad del régimen radiactivo. Esto complementa el desarrollo del pronóstico de energía asociado a sistemas fotovoltaicos puntuales y de área; las herramientas de simulación de plantas fotovoltaicas y el uso del pronóstico de energía solar en la planificación y operación de sistemas fotovoltaicos en red.

Lección 1: Introducción a las Energías Renovables Variables (ERV) y conceptos de pronósticos

• Las Energías Renovables Variables (ERV) y los sistemas de generación eléctrica.
• Importancia del pronóstico en la operación en los sistemas eléctricos.
• Introducción a las series de tiempo.
• Métodos generales de pronóstico de series de tiempo.
• Aplicaciones básicas con series de tiempo.

Lección 2: Introducción a la meteorología y modelos numéricos del tiempo.

• Estructura de la atmósfera y la capa límite atmosférica.
• Radiación, calor y humedad.
• Dinámica de la atmósfera y estabilidad atmosférica.
• Vientos locales y distribución.
• Instrumentación meteorológica: viento y radiación solar.
• Modelos numéricos de la atmósfera y pronóstico numérico del tiempo.

Lección 3: Pronóstico de viento y la generación de energía eólica.

• Series de tiempo y escalas de pronóstico
• Métodos de pronóstico de viento
• La curva de potencia
• Implementación de un sistema operativo de pronóstico de vientos.
• Aplicaciones del pronóstico eólico en la operación y la planificación.

Lección 4: Pronóstico del recurso solar y la generación de energía fotovoltaica.

• Irradiancia solar.
• Naturaleza variable de la energía solar.
• Métodos de pronóstico de la irradiancia.
• Errores del pronóstico y variabilidad.
• Simulación de generación de energía de planta fotovoltaica.
• Aplicaciones del pronóstico del recurso solar en la operación y planificación.