Desarrollo de metodología para la gestión de consumo eléctrico basada en ciencia de datos

Abstract

El consumo eléctrico en Costa Rica presenta una tendencia histórica creciente. La demanda ha sido atendida principalmente por una matriz considerada renovable, con una participación de recursos limpios superior al 98%. Hay una oportunidad de complementar esta sostenibilidad, si se considera un enfoque al consumo eléctrico que se tiene en las plantas de generación para su propio funcionamiento. Adicionalmente, el país ha definido como una de sus metas el cambio masivo de medidores electromecánicos a medidores inteligentes, los cuales producen múltiples registros con una frecuencia muy alta; esta condición, necesariamente requiere de herramientas de big data, para una apropiada gestión, de manera que se facilite la manipulación, análisis e interpretación de la gran cantidad de datos disponibles, de forma sistemática, ordenada y repetible. En relación con lo indicado, esta tesis propone el desarrollo de un marco teórico metodológico, que permita gestionar la creación de una plataforma digital interactiva para la gestión del consumo eléctrico. A partir de las recomendaciones y las mejores prácticas indicadas en la literatura, junto con el criterio de experto, se diseñan las partes y se especifica con detalle, lo qué se debe hacer en cada una. La metodología planteada, se aplicó en dos plantas de generación, una hidroeléctrica y una térmica, con el fin de someterla a una prueba real. Como resultado, se obtuvo una plataforma web, interactiva, programada en R y compuesta por diferentes pestañas desde donde los usuarios pueden acceder a diferentes tipos de gráficos que satisfacen los requerimientos de información identificados previamente. Con datos de dos años de demanda y energía para ambas plantas, la plataforma tiene un desempeño adecuado en términos de novedad, claridad y utilidad práctica, según la evaluación de los propios usuarios. A partir de los resultados del caso de estudio, es posible concluir que la plataforma es funcional, atractiva, novedosa, genera valor y es fácilmente escalable a otras plantas o instalaciones a partir con modificaciones mínimas; además, logra integrar ciencia, tecnología y sostenibilidad en beneficio de los usuarios-consumidores. Dentro de los trabajos de investigación futuros, se recomienda realizar desarrollos de analítica predictiva y analítica prospectiva, junto con el uso de otros lenguajes de programación complementarios para mejorar la interactividad de los usuarios. La tesis se encuentra estructurada de la siguiente forma. En el Capítulo 1, se encuentra la Introducción e incluye los antecedentes, el problema, los objetivos y la justificación. El Capítulo 2 es el Marco Teórico, donde se resumen los principales hallazgos al respecto en la literatura. La Metodología se detalla en el Capítulo 3. Resultados y discusión están en el Capítulo 4. Las Conclusiones y las Recomendaciones, corresponden a los Capítulo 5 y Capítulo 6, respectivamente.

Electricity consumption in Costa Rica has a growing historical trend. The demand has been met mainly by a power matrix which mainly comprises more than 98 per cent renewable energy resources. An opportunity to complement this sustainability is possible when an approach to electricity consumption that is taken at power plants for their own operation is considered. In addition, the country has defined as one of its main goal, the massive shift from electro-mechanical meters to smart meters, which produce many records in high frequency; this condition requires big data tools for its proper management, so that the manipulation, analysis, and interpretation of the vast amount of data available is undertaken, in a systematic way over a period of time. In relation to the above, this thesis proposes the development of a methodological theoretical framework that facilitates the creation of an interactive digital platform for the management of electricity consumption. Based on the recommendations and best practices revealed in literature review, together with the expert criterion, its parts are designed and specified in detail, with specifications of what needs to be done in each one. The proposed methodology was applied in two power plants, one hydroelectric and one fossil fuel, to present it with a real test. As a result, a programmed in R interactive web platform was obtained, which contains different tabs from which users may access different graphics that meet previously identified information requirements. Using data of two (2) years of demand and energy for both plants, the platform had an adequate performance in terms of novelty, transparency, and practical utility, according to the user's own assessment. From the results of the case study, it is possible to conclude that the platform is functional, attractive, novel, generates value and is easily scalable to other plants or facilities from minimal modifications. It also manages to integrate science, technology and sustainability for the benefit of users-consumers