Caracterización, análisis y optimización de patrones de demanda energética en aeropuertos

Resumen

Los aeropuertos son grandes infraestructuras del transporte que están formados muy diversas instalaciones, permitiendo el intercambio entre el transporte aéreo y el terrestre. En ellos se ofrecen gran variedad de servicios, desde los más esenciales para la operación aeronáutica y aeroportuaria, hasta otras actividades complementarias como la atención a pasajeros, acompañantes y empresas. El aumento de las operaciones aéreas y servicios prestados en los aeropuertos se ha incrementado de forma drástica en los últimos 20 años, y esto ha llevado al aumento de sus necesidades energéticas para poder satisfacer dicha demanda. Como consecuencia, el coste de su factura energética ha aumentado también. Al mismo tiempo, el consumo mundial de energía se ha disparado debido a las necesidades de los países en desarrollo, con el consiguiente impacto medioambiental por la generación de la misma. Este complejo escenario de factores energéticos y medioambientales ha conducido a una presión económica y política en la administración de los aeropuertos que obliga a reducir el consumo de energía y al uso más eficiente de la misma. Un factor clave para poder reducir el consumo de energía en un aeropuerto es inicialmente entender el uso y comportamiento de la misma, teniendo en cuenta la multitud de parámetros y peculiaridades existentes que intervienen en el mayor o menor consumo de energía, como pueden ser las operaciones aéreas, la meteorología o el flujo de pasajeros, por ejemplo. Por ello, en esta tesis doctoral se propone inicialmente una metodología para caracterizar y analizar los patrones de demanda energéticos en aeropuertos a través del análisis de sus perfiles de carga eléctricos, los cuales son obtenidos mediante métodos de monitorización eléctrica de uso final, y es aplicada al caso concreto del Aeropuerto Seve Ballesteros-Santander (Santander, España). Esta metodología también puede ser utilizada para determinar la forma en la que la energía es consumida, para establecer la clasificación de las cargas eléctricas en función de su tipo de operación, así como para determinar los principales consumidores de energía e influencias externas en el aeropuerto bajo evaluación. A partir de esta caracterización previa, se propone un nuevo modelo de sistema energético para aeropuertos basado en estrategias y elementos asociados a técnicas de gestión en el lado de la demanda (DSM), con objeto de conseguir tanto la óptima programación de las cargas eléctricas como la mejor integración de las fuentes de energías locales y la red eléctrica comercial en el sistema de energía del aeropuerto. Este modelo DSM incluye una técnica específica de optimización de la programación de cargas eléctricas para aeropuertos basada en la metodología Monte Carlo, la cual es formulada e implementada en una nueva herramienta de simulación software basada en programación Python. El objetivo de esta técnica es optimizar varios indicadores energéticos y económicos del perfil de carga eléctrica diario del aeropuerto acorde a la óptima programación de cargas eléctricas propuesta y a un mínimo nivel de calidad de servicio aeroportuario establecido, el cual es un parámetro que determina el máximo grado de degradación permitido en la operación de los servicios aeroportuarios. Los resultados de la simulación obtenidos mediante la aplicación de esta técnica de optimización en el caso concreto del Aeropuerto Seve Ballesteros-Santander demuestran la eficacia de la técnica de optimización propuesta. Tanto la metodología de caracterización y análisis de los patrones de demanda energética, el modelo de sistema energético para aeropuertos, la técnica de optimización de programación de cargas y la herramienta de simulación software pueden ser utilizados por otros investigadores y gestores aeroportuarios con objeto de caracterizar, analizar, y optimizar los patrones de demanda de energía de cualquier otro aeropuerto.