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Metodología para la integración y la gestión de recursos energéticos distribuidos en sistemas de distribución asimétricos empleando algoritmos de optimización metaheurística para la mejora de indicadores técnicos, económicos y ambientales en zonas no interconectadas

Resumen

El crecimiento de la demanda energética y la necesidad de un suministro confiable y sostenible en zonas no interconectadas (ZNI) han impulsado el desarrollo de estrategias integrales para la planificación y operación de sus sistemas eléctricos de distribución (SEDs). Estos enfrentan desafíos como altos costos de producción de energía, ineficiencia operativa y elevadas emisiones de CO₂ debido al uso de combustibles fósiles. En respuesta, la integración de recursos energéticos distribuidos (DERs) se presenta como una solución viable, aunque plantea una alta complejidad matemática y computacional por las condiciones operativas dinámicas de la red. Esta tesis doctoral propone una metodología de optimización para la integración y gestión conjunta de DERs en SEDs asimétricos ubicados en ZNI, considerando criterios técnicos, económicos y ambientales. La estrategia se fundamenta en un modelo de programación no lineal entera mixta (MINLP) de tipo líder-seguidor, que permite representar las características operativas y las variables de decisión del sistema. Para resolver este problema, se desarrolló un esquema de solución basado en algoritmos metaheurísticos, incluyendo el Algoritmo Genético de Chu & Beasley (CBGA), el Algoritmo de Búsqueda de Vórtices (VSA) y el Algoritmo de Optimización de la Viuda Negra (BWOA). La validación de la metodología se realizó utilizando tres sistemas de prueba disponibles en la literatura, cada uno adaptado a las condiciones de demanda y generación renovable de una ZNI del territorio colombiano. Sistemas de prueba de 8, 25 y 37 nodos adaptados a las condiciones de Nuquí, Leticia y la Isla de San Andrés, respectivamente. En todos los casos se evidenciaron mejoras significativas en los indicadores económicos, técnicos y ambientales, particularmente en las soluciones obtenidas mediante el algoritmo BWOA. En Nuquí, se lograron reducciones del 18,7021% en los costos, del 51,4738% en las pérdidas de energía y del 44,3585% en las emisiones de CO₂. En Leticia, las reducciones fueron del 26,9304% en los costos, del 77,0164% en las pérdidas y del 61,1426% en las emisiones de CO₂. Finalmente, para la isla de San Andrés, se alcanzaron reducciones del 35,6691% en los costos, del 65,4489% en las pérdidas de energía y del 59,9654% en las emisiones de CO₂. Todo esto con buenos tiempos de procesamiento y una adecuada repetibilidad de las soluciones.