Optimización de costos energéticos residenciales mediante la redistribución estratégica del consumo de energía eléctrica

Este proyecto de grado demuestra la eficacia de un modelo de optimización para la gestión energética en hogares residenciales, integrando paneles solares, baterías y considerando la incertidumbre de los costos de energía. El modelo ajusta los horarios de uso de electrodomésticos y utiliza baterías p...

Full description

Autores:
Peña Martínez, Daniela
Tipo de recurso:
Trabajo de grado de pregrado
Fecha de publicación:
2024
Institución:
Universidad Tecnológica de Pereira
Repositorio:
Repositorio Institucional UTP
Idioma:
spa
OAI Identifier:
oai:repositorio.utp.edu.co:11059/15246
Acceso en línea:
https://hdl.handle.net/11059/15246
https://repositorio.utp.edu.co/home
Palabra clave:
330 - Economía::333 - Economía de la tierra y de la energía
Recursos energéticos
Sol - Energía
Energía solar - Investigaciones
Gestión energética
Optimización
Hogares residenciales
Reducción de costos diarios
Estabilidad de costos
Uso eficiente de energía
Optimización robusta
Incertidumbre de costos de energía
Rights
openAccess
License
Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
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description Este proyecto de grado demuestra la eficacia de un modelo de optimización para la gestión energética en hogares residenciales, integrando paneles solares, baterías y considerando la incertidumbre de los costos de energía. El modelo ajusta los horarios de uso de electrodomésticos y utiliza baterías para almacenar energía en períodos de baja demanda, reduciendo los costos diarios de consumo. La generación solar reduce el costo diario de energía de 5.2849 USD/día a 1.6723 USD/día (68.3566\%). Con baterías, el costo disminuye a 1.5396 USD/día (70.8686\%). La optimización robusta, que incluye incertidumbre en los costos, incrementa el costo diario en 0.4002 USD/día (25.9938\%), garantizando estabilidad. Además, la gestión energética reduce la carga máxima del hogar de 1.455 kW a 1.075 kW (26.1168\%), optimizando el uso de energía y minimizando el desperdicio.
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spelling Atribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)Manifiesto (Manifestamos) en este documento la voluntad de autorizar a la Biblioteca Jorge Roa Martínez de la Universidad Tecnológica de Pereira la publicación en el Repositorio institucional (http://biblioteca.utp.edu.co), la versión electrónica de la OBRA titulada: La Universidad Tecnológica de Pereira, entidad académica sin ánimo de lucro, queda por lo tanto facultada para ejercer plenamente la autorización anteriormente descrita en su actividad ordinaria de investigación, docencia y publicación. La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. Acepto (aceptamos) que la Universidad Tecnológica de Pereira convierta el documento en cualquier medio o formato para su preservación digital. En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/http://purl.org/coar/access_right/c_abf2info:eu-repo/semantics/openAccessGil González, Walter JuliánPeña Martínez, Daniela2024-07-23T16:23:02Z2024-07-23T16:23:02Z2024https://hdl.handle.net/11059/15246Universidad Tecnológica de PereiraRepositorio Universidad Tecnológica de Pereirahttps://repositorio.utp.edu.co/homeEste proyecto de grado demuestra la eficacia de un modelo de optimización para la gestión energética en hogares residenciales, integrando paneles solares, baterías y considerando la incertidumbre de los costos de energía. El modelo ajusta los horarios de uso de electrodomésticos y utiliza baterías para almacenar energía en períodos de baja demanda, reduciendo los costos diarios de consumo. La generación solar reduce el costo diario de energía de 5.2849 USD/día a 1.6723 USD/día (68.3566\%). Con baterías, el costo disminuye a 1.5396 USD/día (70.8686\%). La optimización robusta, que incluye incertidumbre en los costos, incrementa el costo diario en 0.4002 USD/día (25.9938\%), garantizando estabilidad. Además, la gestión energética reduce la carga máxima del hogar de 1.455 kW a 1.075 kW (26.1168\%), optimizando el uso de energía y minimizando el desperdicio.This degree project demonstrates the effectiveness of an optimization model for energy management in residential homes, integrating solar panels, batteries and considering the uncertainty of energy costs. The model adjusts appliance usage schedules and uses batteries to store energy during periods of low demand, reducing daily consumption costs. Solar generation reduces the daily energy cost from 5.2849 USD/day to 1.6723 USD/day (68.3566%). With batteries, the cost decreases to 1.5396 USD/day (70.8686%). Robust optimization, which includes cost uncertainty, increases the daily cost by USD 0.4002/day (25.9938%), ensuring stability. In addition, energy management reduces the maximum household load from 1.455 kW to 1.075 kW (26.1168%), optimizing energy use and minimizing waste.Índice general 7 Índice de tablas 8 Índice de figuras 9 1. Introducción 10 1.1. Planteamiento del problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.2. Justificación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 1.3. Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.1. Objetivo general . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.3.2. Objetivos específicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 1.4. Estado del arte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 2. Modelizado de la gestión energética 15 2.1. Función objetivo del modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.2. Conjunto de restricciones del modelo matemático . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.1. Balance de potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2.2. Electrodomésticos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.3. Generación solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17 2.2.4. Modelo lineal entero mixto para la batería . . . . . . . . . . . . . . . 18 2.3. Modelo completo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 3. Método propuesto 20 3.1. Incorporando la incertidumbre al modelo de gestión energética óptima . . . . 21 4. Caso de estudio y resultados 24 4.1. Caso de estudio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 4.2. Resultados y análisis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 5. Conclusiones y trabajos futuros 33 5.1. Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 5.2. Trabajos futuros . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34PregradoIngeniero(a) Electricista39 Páginasapplication/pdfspaUniversidad Tecnológica de PereiraIngeniería EléctricaFacultad de IngenieríasPereira330 - Economía::333 - Economía de la tierra y de la energíaRecursos energéticosSol - EnergíaEnergía solar - InvestigacionesGestión energéticaOptimizaciónHogares residencialesReducción de costos diariosEstabilidad de costosUso eficiente de energíaOptimización robustaIncertidumbre de costos de energíaOptimización de costos energéticos residenciales mediante la redistribución estratégica del consumo de energía eléctricaTrabajo de grado - Pregradoinfo:eu-repo/semantics/acceptedVersionhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1fTextinfo:eu-repo/semantics/bachelorThesisAgency), i. I. E. (Publicado en 2023). Crisis energética mundial. Accedido el 9 Febrero 2024.Alahyari, A. and Jooshaki, M. (2023). 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La autorización otorgada se ajusta a lo que establece la Ley 23 de 1982. Con todo, en mi (nuestra) condición de autor (es) me (nos) reservo (reservamos) los derechos morales de la OBRA antes citada con arreglo al artículo 30 de la Ley 23 de 1982. En concordancia suscribo (suscribimos) este documento en el momento mismo que hago (hacemos) entrega de mi (nuestra) OBRA a la Biblioteca “Jorge Roa Martínez” de la Universidad Tecnológica de Pereira. Manifiesto (manifestamos) que la OBRA objeto de la presente autorización es original y la realicé (realizamos) sin violar o usurpar derechos de autor de terceros, por lo tanto, mi (nuestra) OBRA es de exclusiva autoría y tiene la titularidad sobre la misma. PARAGRAFO: En caso de presentarse cualquier reclamación o acción por parte de un tercero en cuanto a los derechos de autor sobre la OBRA en cuestión, El (los) Autor(es), asumirá (n) toda la responsabilidad, y saldrá (n) en defensa de los derechos aquí autorizados. Para todos los efectos La Universidad actúa como un tercero de buena fe. Manifiesto (manifestamos) que soy (somos) conocedor (es) del alcance mundial de la publicación de mi (nuestra) obra en internet y específicamente en el Repositorio Institucional. Manifiesto (manifestamos) que mi (nuestra) OBRA no está limitada ni protegida por ningún acuerdo de confidencialidad, no es un secreto industrial, no es una invención patentable y no cuenta con ningún otro tipo de restricción para su publicación. Acepto (aceptamos) que la autorización se hace a título gratuito, por lo tanto, renuncio (renunciamos) a recibir pago alguno por su distribución, comunicación pública y cualquier otro uso que se haga en los términos de la presente licencia. Autorizo (autorizamos) a la Universidad Tecnológica de Pereira para incluir la presente OBRA en los índices y buscadores que la Universidad estime convenientes para su visibilidad. 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En constancia de lo anterior, autorizo (autorizamos) publicar mi (nuestra) OBRA bajo las Licencias Creative Commons 4.0 (cuyo texto se puede consultar en: http://creativecommons.org/licenses/): Se autoriza el uso comercial de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ Se autorizan modificaciones de mi (nuestra) OBRA: SI____ NO_____ “Los derechos de autor recaen sobre las obras científicas, literarias y artísticas en las cuales se comprenden las creaciones del espíritu en el campo científico, literario y artístico, cualquiera que sea el modo o forma de expresión y cualquiera que sea su destinación, tales como: los libros, folletos y otros escritos; las conferencias, alocuciones, sermones y otras obras de la misma naturaleza; las obras dramáticas o dramático-musicales; las obras coreográficas y las pantomimas; las composiciones musicales con letra o sin ella; las obras cinematográficas, a las cuales se asimilan las obras expresadas por procedimiento análogo a la cinematografía, inclusive los videogramas, las obras de dibujo, pintura, arquitectura, escultura, grabado, litografía; las obras fotográficas a las cuales se asimilan las expresas por procedimiento análogo o la fotografía; las obras de artes plásticas; las ilustraciones, mapas, planos, croquis y obras plásticas relativas a la geografía, a la topografía a la arquitectura o a las ciencias, en fin, toda producción del dominio científico, literario o artístico que puedan producirse o definirse por cualquier forma de impresión o de reproducción, por fonografía, radiotelefonía o cualquier otro medio conocido o por conocer”. (Artículo 2 de la ley 23 de 1982).open.accesshttps://dspace7-utp.metabuscador.orgRepositorio de la Universidad Tecnológica de 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