Control de la infraestructura de protecció de les inundacions amb finalitats de gestió de la demanda.

Els Països Baixos,  és un país baix situat al delta del Rin-Meuse que són  rius que flueixen pels Països Baixos. A més d’això, bona part del país es troba per sota del nivell del mar (MSL). Això fa necessària la gestió dels nivells d’aigua. 

El país compta amb moltes estacions de bombament (amb una potència de ñes bombes combinada d’uns 221MW) que s’utilitzen per controlar el sistema de vies navegables interiors per al transport, la mitigació d’inundacions, la mitigació de sequera, el control de qualitat de l’aigua i moltes altres coses. L’ús quotidià de les estacions de bombament té un caràcter previsible, que podria ajudar activament a estabilitzar la xarxa elèctrica mitjançant un control intel·ligent. 

A IJmuiden, hi ha una estació de bombeig (amb una potència màxima de 6MW) i un complex sistema de comportes. Les comportes inferiors s’utilitzen per descarregar l’aigua del Noordzeekanaal — Amsterdam-Rijnkanaal (NZK-ARK) quan el nivell del mar és prou baix, s’utilitza l’estació de bombament quan el mar del Nord és massa elevat per descarregar sota gravetat. El canal es gestiona perquè el nivell de l'aigua estigui situat entre -0,3 m NAP (el sistema de referència holandès, per exemple MSL) i -0,5 m NAP. El NZK-ARK és un complex sistema de canal obert, què:

- Està en connexió oberta amb els canals de la ciutat d'Amsterdam, restringint el marge d'aigua.

- Ha de mantenir el trànsit de vaixells, restringint la màxima descàrrega al canal

- La invassió d’aigua salada des del mar cal controlar-la activament, restringint el mínim abocament.

- 4 autoritats locals d'aigua aboquen l'excés d'aigua de pluja al canal.

- Rep l’aigua dels afluents inferiors del Rin.

Figure 1: The water system of the Noordzeekanaal—Amsterdam-Rijnkanaal

La complexitat del canal complica la presa de decisions, mentre que els objectius bàsics no es poden comprometre. Això fa necessària la seguretat del subministrament d'energia. Tot i això, les bombes no estan actives durant tot el dia i gairebé no treballen a plena potencia. La diferència entre el que és necessari i el que és possible es pot utilitzar amb finalitat de la gestió de la demanda (DR).

Per establir adequada una estratègia de la DR per a l'estació de bombament, es necessita seguretat en el subministrament d'energia alhora que es pot optimitzar  les planificacions de bombeig en funció de la producció d'energia i / o l'estat de la xarxa. Una optimització basada en els preus del mercat (DAM) el dia següent permetria assegurar l’energia mínima necessària per bombejar. Un cop comprada l’energia del DAM, el comerç intraday (IDM) permet l’ús d’una producció d’energia inesperada. A més d'això, permet que l'estació de bombament pugui fer front a les incerteses del sistema.

El dia següent, es comercialitzen blocs horaris d’energia que es poden comprar un dia abans del consum. Com que el mercat tanca a les 12:00 CET el dia abans del consum, les incerteses en els subministraments no es reflecteixen de forma òptima en el mercat. El mercat intradíari és un mercat continu on es comercialitzen blocs d’energia de 15 minuts fins a 5 minuts abans del consum. Això la fa més adequada per al comerç d’energies renovables, que presenten incertesa en el subministrament. El mercat internacional dels Països Baixos és relativament petit, però ofereix un potencial de DR i s'espera que tingui un paper més important en el futur.

Figure 2: The multi-market optimization strategy

Es va crear un MPC de dues etapes per controlar l'estació de bombament i el complex de comportes. El CPM minimitza el cost basat en un preu de DAM (previst) una vegada al dia i, a continuació, minimitza el cost basat en la desviació de l’oferta de DAM i el preu IDM. Ho fa tot mantenint les limitacions següents:

- Interval de nivell d'aigua admès (min / màxim)

- Efecte del vent sobre el nivell de l’aigua

- Equilibri de volum del canal

- Relació nivell d’emmagatzematge d’aigua del canal

- Màxima descàrrega de la porta

- Màxima descàrrega de la bomba

- Consum d’energia de la bomba

El preu de l’energia està correlacionat amb la intensitat del carboni de l’energia, un cop les energies renovables tenen una penetració més gran del mercat. Aquest efecte encara no es veu al mercat holandès, però es pot veure clarament en el mercat alemany, tal com es mostra a la figura 3. Per estimar la rendibilitat de la flexibilitat en l’ús de l’energia en un futur mercat holandès, el preu del mercat alemany del 2018 era pres. Es tracta de tenir una sèrie horària útil d’un mercat amb un subministrament d’energia renovable més elevat dominat per l’energia eòlica i solar, en un benestar econòmic i clima comparables.

Figure 3: Carbon intensity over day ahead market price: Dutch and German market

La figura 4, mostra els fluxos simulats del Noordzeekanaal, juntament amb els fluxos que la MPC tenia previstos en el moment de l’oferta del dia. El bombament està programat al voltant dels temps en què el cap de la bomba és baix, cosa que redueix en una menor quantitat d'energia necessària per al bombeig. A la figura 5 es mostra l’ús energètic de l’estació de bombament, juntament amb l’energia comprada al mercat d’avui. Inicialment, el bombeig està programat on el preu de DAM és relativament alt, però el capçal és petit. Després de disposar dels preus de la tarda, es va reprogramar el bombeig i es va intercanviar energia al mercat de la IDM. Es pot veure entre les 02:00 i les 11:00, on es consumeix consum energètic per augmentar el consum energètic entre les 20:00 i les mitjanit. A la figura 4 es pot observar que la descàrrega a través de les portes es redueix al voltant de les 12:00, cosa que donaria lloc a un cap més baix.

Figure 4: Planned and simulated fluxes of the NZK.

Figura 5: Consum energètic planificat i real.

La figura 6 mostra un cas del mercat alemany. L'estació de bombament estava programada per bombejar a la màxima capacitat, juntament amb una màxima descàrrega a les portes abans de bombejar. La descàrrega a través de les comportes augmenta l’ús energètic de l’estació de bombament augmentant la diferència de cap. Quan es mira la figura 7, es mostra que es va produir un preu negatiu de l’energia. Un preu negatiu de l’energia suposaria efectivament una maximització del consum d’energia quan es minimitzen els costos energètics.

Figura 6: Fluxos planificats i simulats del mercat alemany NZK.

Figura 7: Consum energètic planificat i real del mercat alemany.

Conclusions

Es continuarà la  investigació per esbrinar quant pot contribuir el sistema hídric holandès a l'equilibri de la xarxa elèctrica. S'nvestigaran més estratègies de mercat possibles per assolir la màxima capacitat d’equilibri. S’investigaran els efectes de les incerteses en el cabal, el nivell de l’aigua i el preu de l’energia, juntament amb els avantatges de l’agregació de diverses estacions de bombament i / o altres actius per aconseguir un perfil energètic adequat per a la DR.

Font: IEEE Smart Grid