- 1 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 :: :: :: Sessão #7 :: Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor com aplicação

- 1 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

:::: Sessão #7 ::::

Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor

com aplicação à energia eólicaJorge de Sousa

Professor CoordenadorISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa

Formação Galp EnergiaModelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica

- 2 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 3 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Externalidades são efeitos positivos ou negativos gerados pelas atividades de produção ou consumo de um agente económico e que atingem os demais agentes que não participaram dessa decisão.

Uma externalidade diz-se negativa quando gera malefícios para os demais agentes, como por exemplo uma fábrica que gera poluição atmosférica, afectando a comunidade próxima.

Uma externalizade diz-se positiva quando beneficia os demais agentes, como sejam os investimentos públicos em infra-estrutura e equipamentos ou os planos nacionais de vacinação.

Normalmente, cabe ao Estado criar ou estimular a instalação de atividades que constituam externalidades positivas, e impedir ou inibir a geração de externalidades negativas, podendo também ser criados mercados que permitam promover a internalização dessas externalidades.

EnquadramentoExternalidades e mercados ambientais

- 4 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Tarifários de remuneração regulados

Energias renováveis (DL nº 225/2007)

Cogeração (DL nº 23/2010)

Microgeração (DL nº 363/2007)

Mercados ambientais

Certificados verdes

Comércio de emissões de GEE

EnquadramentoInternalização de externalidades no sector eléctrico

- 5 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto




- 6 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0,16

MAT AT MT BTE BTN

€/kW

h

Comercialização Redes

Uso da Rede de Distribuição de BT

Uso da Rede de Distribuição de MT

Uso da Rede de Distribuição de AT

Uso da Rede de Transporte

Uso Global do Sistema

Comercialização

Energia e Potência

A tarifa de energia eléctrica inclui a remuneração das renováveis

Tarifa renováveisTarifa final de energia eléctrica

BT ≤ 1 kV < MT ≤ 45 kV < AT ≤ 110 kV < MAT

- 7 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

De que forma entra o custo das Energias Renováveis na Tarifa final ?

Uso Global do SistemaUGS IITarifa Energia e Potência

Tarifa Renovável

SobrecustoCusto Médio de Produção

em Regime Ordinário

Tarifa renováveisContribuição na TEP e no UGS

- 8 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Cálculo da Tarifa Renovável

• Aplicável à produção a partir de fontes renováveis.

• Para as centrais eólicas, aplica-se aos primeiros 33 GWh entregues à rede por MW de potência atribuído até ao limite máximo de 15 anos a contar desde o início do fornecimento de electricidade à rede

• A legislação define que 2,5% das receitas provenientes da electricidade vendida são destinadas às autoridades municipais da região onde os aproveitamentos renováveis são efectuados

Tarifa renováveisDecreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007

LEV)(11

IPCIPC

} ZPA(VRD) PV(VRD)PF(VRD)KMHO{VRDref

1mmmmmm

- 9 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

KMHO Coeficiente que modula os valores da parcela fixa, variável e ambiental em função do posto horário em que a electricidade tenha sido fornecida: pc - ponta e cheia; v - vazio


Mini-Hídricas Restantes instalações

KMHO PC 1,15 1,25KMHO V 0,80 0,65

Tarifa renováveisModulação ponta/cheia (pc) e vazio (v)

LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

- 10 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Parcela Fixa Representa o custo de investimento evitado pela central renovável

PF(VRD)m = 6,8 x P2med/Pnom €/mês (potências em kW)


Tarifa renováveisParcela fixa

LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

- 11 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Parcela Variável Representa os custos de operação e manutenção evitados pela central renovável

PV(VRD)m = 36 €/MWh


Tarifa renováveisParcela variável

LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

- 12 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Parcela Ambiental Representa os custos de emissão de CO2 evitados pela central renovável Valor de referência para o CO2: 20 €/ton

Central de referência: Ciclo Combinado

PA(VRD)m = 7,4 €/MWh


Tarifa renováveisParcela ambiental

LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

- 13 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Z: Traduz as características específicas de cada tecnologiaTecnologia Z

Eólica 4,6

Mini-hídrica Pi ≤ 10 MW 4,510 < Pi ≤ 30 MW 4,5 – 0,075 x (Pi - 10)

Fotovoltaica Pi ≤ 5 kW 52Pi > 5 kW 35

Biomassa Florestal 8,2

Biomassa Animal e Biogás 7,5 Resíduos Sólidos Urbanos 9,2 / 7,5 /3,8


Tarifa renováveisParâmetro específico de cada tecnologia

LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

- 14 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

IPCIPCm-1: Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês m-1

IPCref : Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês anterior ao do início do fornecimento de electricidade à rede pela central renovável


Tarifa renováveisActualização temporal

LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

- 15 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

LEV Representa as perdas na transmissão evitadas pela central renovável e toma os seguintes valores:a) 0.015 no caso de centrais com potência maior ou igual a 5 MWb) 0.035 no caso de centrais com potência menor que 5 MW


LEV)(11

IPCIPC


1mmmmmm

Tarifa renováveisPerdas evitadas

- 16 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

FER / PRE €/MWh

Hídrica (P≥30MW) 76

Hídrica (10MW<P<30MW) 79

Hídrica (P≤10MW) 86

Eólica 79

Biomassa 134

Biogás 110

RSU 72

Fotovoltaica 361

Cogeração 86

Tarifa renováveisValores indicativos por aplicação da tarifa

- 17 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto




- 18 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

EnergiaEléctrica

Certificado Verde

Produção de

E–FER

Mercado deCertificados Verdes

Mercado deEnergia Eléctrica

MercadosIndependentes

Certificados verdesConceitos

- 19 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

1 Certificado Verde 1 MWh de E-FER

Fontes de Energia renováveis autorizadas:

Tem a forma de um registo electrónico, numa base de dados centralizada

– Eólica– Solar– Geotérmica– Ondas e Marés– Mini-hídrica (<10 MW) – Biomassa (fracção biodegradável)

Certificados verdesConceitos

- 20 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

PCV = CE-FER – Pe

Quantidade

PCV – Preço marginal dos Certificados Verdes

Pe – Preço de mercado da energia eléctrica

Custo marginal das E-FER

Preço

QA

CE-FER

Pe

Certificados verdesPrincípio de funcionamento

- 21 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Aceitação Produção Emissão ResgateTransação

Verificação e Registo

Certificados verdesCiclo de vida

- 22 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Produtor de E-FERAgente Emissor - IBAssociação de Agentes Emissores - AIBAgente de Verificação/AcreditaçãoOperador de MercadoComerciante

Certificados verdesIntervenientes no sistema

- 23 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Renewable Energy Certificate System

Organização internacional que visa estabelecer um sistema de certificados verdes fiável e eficiente na Europa

Certificados verdesSistema europeu - RECS

- 24 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Holanda

Itália

Áustria

Bélgica

Dinamarca

Suécia

Reino unido

Certificados verdesAlguns países com sistema implementado

- 25 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto




- 26 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Protocolo de Quioto Efeito de estufa

- 27 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Identifica GEE e as respectivas fontes: • Dióxido de carbono (CO2); • Metano (CH4); • Protóxido de azoto (N2O); • Hidrofluorocarbonos (HFC); • Hidrocarbonetos perfluorados (PFC); • Hexafluoreto de enxofre (SF6).

Estabelece metas prazos para reduções nas emissões de GEE:

• Redução de 5% das emissões em 1990 para período 2008-2012• Europa – Compromisso de redução de 8%

Incentiva a cooperação internacional mas sublinha a importância das medidas domésticas para reduzir emissões

Cria mecanismos de flexibilidade, capazes de possibilitar as reduções de emissões de forma economicamente eficiente:

• IC - Implementação conjunta (JI)• MDL - Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM)• CELE - Comércio Europeu de Licenças de Emissão (EU ETS)

Protocolo de Quioto Principais elementos do PQ

- 28 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

GEE1990

2008a2012

- 5 %

GEE1990

2008a2012

- 8 %

4.0%

-8.0%

-12.5%

-6.0%

0.0%

-28.0%

-8.0%

-8.0%

-6.5%

13.0%

-6.0%

-6.0%

25.0%

0.0%

0.0%

-8.0%

15.0%

-8.0%

-8.0%

-21.0%

0.0%

-7.5%

-13.0%

-21.0%

27.0%

SuéciaRepública Checa

Reino UnidoPortugal

PolóniaMalta

LuxemburgoLituâniaLetónia

ItáliaIrlanda

Hungria

Holanda

GréciaFrança

FinlândiaEstónia

Espanha

EslovéniaEslováquiaDinamarca

ChipreBélgicaÁustria

Alemanha

Protocolo de Quioto Metas nacionais

- 29 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto




- 30 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

A crescente integração de energias renováveis no sistema electroprodutor, em particular a energia eólica, contribui positivamente para o cumprimento dos objectivos nacionais em termos energéticos e ambientais.

Para que esse contributo seja o mais efectivo possível é necessário harmonizar a contribuição das energias não despacháveis, como seja a energia eólica, por forma a maximizar a sua integração mantendo a desejada segurança do sistema.

Uma das formas de compatibilizar a produção não despachável com o consumo e a restante produção do sistema é a inclusão de algum tipo de armazenamento, sendo o mais exequível o obtido através de centrais de hídricas com bombagem.

O estudo da integração de energia eólica num sistema eléctrico dotado de bombagem é o objectivo deste módulo para o que se utiliza o GAMS como plataforma de simulação.

Exemplo de aplicaçãoIntegração de fontes renováveis não despacháveis

- 31 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Exemplo de aplicaçãoEólica, térmica e hídrica com bombagem

Considere uma central térmica (t) e uma central hídrica (h) com as seguintes características:

Ct(Pt) = 5.25 + 12 Pt + 0.125 Pt2 [€/h] ; 0 ≤ Pt ≤ 200 [MW]

Qh(Ph) = 3 Ph [km3/h] ; 0 ≤ Ph ≤ 70 [MW]

A central hídrica é reversível sendo o rendimento do ciclo de bombagem de 2/3 e a potência máxima de bombagem de 10 MW.

Pretende-se determinar o perfil óptimo de operação deste sistema hidro-térmico reversível, com produção eólica, de forma a satisfazer o seguinte diagrama de carga:

Hora Carga [MW] Eólica [MW] 1 50 90 2 55 70 3 110 20 4 180 30

- 32 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto




- 33 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

* COORDENACAO HIDROTERMICA com BOMBAGEM com um grupo termico e* um grupo hidrico reversível e com producao EOLICA*

SETSj indice dos periodos de tempo /1*4/g indice dos geradores t:termico h:hidrico b:bombagem /T,H,B/

TABLE Gen(g,*) caracteristicas dos grupos geradores PMIN PMAX a b c* (MW) (MW) (€/h) (€/MWh) (€/MWh2)T 0 200 5.25 12 0.125* (MW) (MW) (m3/h) (km3/MWh)H 0 70 0 3B -10 0 0 2;

Modelação e simulação em GAMSProgramação em GAMS (1/4)

- 34 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

TABLE Load(j,*) diagrama de carga e producao eolica D E* Carga Eolica* (MW) (MW)1 50 902 55 703 110 204 180 30;

SCALAR Vh volume de agua disponivel para turbinamento /0/;

VARIABLESCusto funcao objectivo: custo total de producaoP(g,j) potencia do gerador g no periodo tCorte(j) corte de potencia eolica no periodo t;

POSITIVE VARIABLE Corte(j);


- 35 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

EQUATIONSEQCUSTO equacao da funcao objectivo custo totalPMAXLIM(g,j) equacao de portencia maximaPMINLIM(g,j) equacao de portencia minimaBALANCE(j) equacao do balanco entre a producao e consumoENRGHID equacao de energia hidrica disponivelBOMBTURB(j) equacao para nao bombar e turbinar em simultaneo;

EQCUSTO.. Custo =e= SUM(j, Gen('T','a')+Gen('T','b')*P('T',j) + Gen('T','c')*Power(P('T',j),2) + 1e4*Corte(j));PMAXLIM(g,j).. P(g,j) =l= Gen(g,'PMAX');PMINLIM(g,j).. P(g,j) =g= Gen(g,'PMIN');BALANCE(j).. SUM(g, P(g,j)) =e= Load(j, 'D') - Load(j, 'E') + Corte(j);ENRGHID.. Vh =g= SUM(j, Gen('H','a')+Gen('H','b')*P('H',j) + Gen('B','a')+Gen('B','b')*P('B',j));BOMBTURB(j).. P('H',j)*p('B',j) =e= 0;

MODEL Eolica /ALL/;


- 36 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

SOLVE Eolica USING nlp MINIMIZING Custo;

PARAMETERSCustoTotal custo total de producaoEt energia produzida pela central termicaEh energia produzida pela central hidrica (turbinamento - bombagem)Cm(j) custo marginal da central termicaCm_rend(j) custo marginal da central termica corrigido pelo rendimento;CustoTotal = Custo.l - SUM(j,1e4*Corte.l(j));Et = SUM(j, P.l('T',j));Eh = SUM(j, P.l('H',j) + P.l('B',j) );Cm(j) = Gen('T','b')+2*Gen('T','c')*P.l('T',j);Cm_rend(j) = Cm(j)*Gen('B','b')/Gen('H','b');

Display P.l, Corte.l, CustoTotal, Et, Eh, Cm, Cm_rend;


- 37 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto




- 38 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

1. Para o exemplo apresentado determine o perfil óptimo de produção e indique: o custo total de produção, a energia produzida pela central térmica, a energia líquida produzida da central hídrica, o corte de energia eólica e o custo marginal da central térmica.

2. Dimensione a potência de bombagem que evita o corte da produção eólica.

3. Determine a potência de bombagem que permite a obtenção de um custo total de produção mínimo (integra toda a eólica e optimiza a produção térmica).

4. Calcule o custo total de produção nas seguintes condições:

a) Sem produção eólica e sem bombagem

b) Com produção eólica e sem bombagem

c) Sem produção eólica e com bombagem (do ponto 3.)

d) Com produção eólica e com bombagem (do ponto 3.)


- 39 -Sessão #7 | 26 Maio 2010

:::: Sessão #7 ::::

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com aplicação à energia eólicaJorge de Sousa

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