Desarrollo de un modelo de planificación energética sostenible usando técnicas de optimización multicriterio : una aplicación a la provincia de Cajamarca, Perú

Tomar una decisión en planificación energética implica un proceso de equilibrar diversos aspectos, tales como los ambientales, sociales, técnicos y económicos. Este equilibrio es muy importante para alcanzar lo que hoy se conoce como desarrollo sostenible. La presente tesis doctoral tiene por objetivo desarrollar un modelo de planificación energética con energías renovables basado en técnicas de optimización multicriterio que, además de considerar aspectos económicos y medio ambientales, tenga en cuenta el suministro sostenible de energía en las comunidades rurales aisladas, problema que en Latinoamérica es de especial relevancia. El primer paso para el desarrollo del modelo fue proponer un estudio exhaustivo de la oferta y demanda energéticas por sectores de producción, asimismo, del potencial de las fuentes energéticas renovables. En esta etapa se tuvo en cuenta la proyección de la demanda para el año horizonte de la planificación (año 2025). Posteriormente fueron definidas las restricciones y las alternativas energéticas a considerar en el estudio. Para ello, han sido consideradas como fundamentales las reuniones entre los decisores y los técnicos, lo cual orienta la planificación hacia un adecuado aprovechamiento de los recursos y permite una priorización de las tecnologías con mayor potencial de uso. El modelo propuesto, denominado SEPLAN (Sustainable Energy Planning), ha establecido seis funciones objetivo: sustitución de energía fósil por energías renovables, minimización de costes, acceso universal a la energía en comunidades rurales aisladas y las emisiones evitadas de CO2, NOX y SO2, respectivamente. Definidas las funciones objetivo, se ha realizado la optimización independiente de cada función. Finalmente, se obtiene el conjunto de soluciones eficientes a través de la aplicación de la técnica multicriterio Programación Compromiso, eligiendo a la distancia Chebyshev (L∞) como solución óptima. De este modo, el modelo SEPLAN incorpora en su formulación objetivos que podrían estar en conflicto, por ejemplo, objetivos económicos, ambientales, sociales, o especialmente importantes para un país de Latinoamérica, como podría ser el acceso universal a la energía, convirtiéndose en una herramienta útil para los centros decisores que busquen asegurar el bienestar de las generaciones futuras. El modelo SEPLAN se ha aplicado en la provincia de Cajamarca (Perú), que tiene la tasa de electrificación más baja del país debido a la alta dispersión de las viviendas en las comunidades rurales. Se analizaron diversos escenarios, los cuales fueron establecidos según el peso asignado a cada función objetivo, obteniéndose la priorización de las alternativas energéticas consideradas. Al potenciar la función objetivo relacionada con el acceso universal a la energía en comunidades rurales aisladas, la energía solar fotovoltaica fue la prioridad en la generación de energía eléctrica. Finalmente, fue realizado un análisis de sensibilidad considerando una variación en el precio del petróleo y en el Producto Interno Bruto (PIB), obteniéndose el comportamiento esperado de las variables energéticas estudiadas. ----------ABSTRACT---------- Making a decision in energy planning involves a process of balancing various aspects, such as environmental, social, technical and economic ones. This balance is very important for achieving sustainable development. The aim of this doctoral thesis is to perform an energy planning model with renewable energies and based on multi-criteria optimization techniques. This model considers, in additional to economics and environmental aspects, the sustainable supply of energy in isolated rural communities which is a relevant issue in Latin America. The first step was to perform a comprehensive review of supply and demand energy in the different production sectors, likewise, the renewable energies potential. This step takes into account the forecast demand for the planning horizon (year 2025). Then, restrictions and energy alternatives to consider in the study was defined. For this purpose, the meetings of the decision makers and experts were essential, since they led the study towards an appropriate use of resources and allowed prioritization of the technologies with most use potential. The model proposed, named SEPLAN (Sustainable Energy Planning), has established six objective functions: substitution of fossil energy by renewable energies, cost minimization, universal access to energy in isolated rural communities and CO2, NOX and SO2 avoidable emissions, respectively. Once the objective functions were defined, the independent optimization of each function was performed. Finally, the set of efficient solutions were obtained applying Compromise Programing multi-criteria technique and Chebyshev distance (L∞) was chosen as optimal solution. Thereby, SEPLAN model has allowed incorporate objective that could be in conflict, i.e. economics, environmental, social or the universal energy access ones. Thus, it could become in an useful tool for decision makers that seek ensure the well-being of future generations. SEPLAN model was applied in Cajamarca province (Peru). Cajamarca region has the lowest electrification rate of the country due to the high dispersion of households in their rural communities. Several scenarios were analyzed. These scenarios were established according to the weight given to each objective function, thereby, the prioritization of the energy alternatives was obtained. By prioritizing the objective function related to universal energy access, photovoltaic solar energy was the most important for electric power generation. Finally, a sensitivity analysis was carried out that considered a variation in the price of oil and in the Gross Domestic Product (GDP). These results showed that the energy variables studied had the expected behavior