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Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica -CEPEL
Autor/apresentador
Área
Título do trabalho
3º seminário Inserção de Novas Fontes
Renováveis e Redes inteligentes no Planejamento
Energético Nacional
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica
Maria Elvira MaceiraDepartamento de Otimização Energética e Meio Ambiente - DEA
Fontes Renováveis e Geração Flexível
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Matriz Energética do Brasil
Domestic Energy Supply (%)
3.5%p.y
Source: MME/EPE - PDE 2023
2014Millions of toe:
312.0% renewables:
42.1
2023Millions of toe:
425.8 % renewables:
42.5
WORLD (2010)RENEWABLES: 13%
Domestic Energy Supply (%)
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
3
Domestic Electricity Supply (%)
2014624.6 TWh
74.5% renewables
4.6%p.y.
2023933.8 TWh
86.1% renewables
WORLD (2010)RENEWABLES: 19%
Matriz Elétrica do Brasil
Source: MME/EPE - PDE 2023
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Matriz de Geração de EnergiaElétrica no Brasil (2016)
Biomassa1/3
Fontes: ANEEL, 2016. Banco de Informações de Geração. Disponível em: http://www.aneel.gov.br. Acesso em: 12/09/2016
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Evolução da capacidade instalada de geração eólica no Brasil (MW)
Fontes: ANEEL, 2016. Banco de Informações de Geração. Disponível em: http://www.aneel.gov.br. Acesso em: 12/09/2016GWEC, 2016. Global Wind Report 2015. Disponível em: http://www.gwec.net/wp-content/uploads/vip/GWEC-Global-Wind-2015-Report_April-2016_22_04.pdf
EstadoCapacidade Instalada
(set/2016)
ParquesEólicos
(set/2016)
Bahia 1.718,1 68
Ceará 1.353,2 49
Paraíba 69,0 13
Paraná 2,5 1
Bahia 595,4 28
Ceará 777,6 28
Rio de Janeiro 28,1 1
Rio Grande do Norte 2.994,1 110
Rio Grande do Sul 1.553,8 67
Santa Catarina 242,5 15
Sergipe 34,5 1
Total 9.368,6 381
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Objetivo
prover de forma confiável e econômica o suprimento de energia elétrica aos consumidores
objetivos conflitantes
Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica
determinar soluções de compromisso entre custos e confiabilidade
refinar os métodos utilizados na alocação de recursos
considerar as incertezas associadas
considerar as características do sistema (e do país)
interface com outros setores energéticos
Sistemas de Energia Elétrica
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético
Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento
20-30 anos,discretização anual a horária
Programas OficiaisMMEEPE
ANEELONSCCEE
agentes
Definição da Garantia Física das Usinas ; e Elaboração das Diretrizes para os Leilões de Energia.
Planejamento da Expansão;Planejamento e Programação da Operação;Comercialização da Energia de Curto-Prazo;
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético
Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento
20-30 anos,discretização anual a horária
Programas OficiaisMMEEPE
ANEELONSCCEE
agentes
Definição da Garantia Física das Usinas ; e Elaboração das Diretrizes para os Leilões de Energia.
Planejamento da Expansão;Planejamento e Programação da Operação;Comercialização da Energia de Curto-Prazo;
Planejamento da Expansão
Plano Decenal de Energia
Planejamento da Operação de longo e médio prazo
Planejamento da Operação de curto prazo
Programação da Operação
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético
Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento
20-30 anos,discretização anual a horária
Programas OficiaisMMEEPE
ANEELONSCCEE
agentes
Definição da Garantia Física das Usinas ; e Elaboração das Diretrizes para os Leilões de Energia.
Planejamento da Expansão;Planejamento e Programação da Operação;Comercialização da Energia de Curto-Prazo;
Modelos de Otimização Estocástica
Modelos de Simulação
Modelos de Geração de Cenários de Vazões
Modelos de Análise Financeira e Comercialização
Modelos de Previsão de Vazões e Ventos
Modelos de Avaliação da Confiabilidade de Geração
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
O Problema doPlanejamento da Expansão
Determinar uma estratégia de construção de reforços ao sistemausinas geradoras (hidráulicas, térmicas, etc.)interligações
que minimize a somacustos de investimentosvalor esperado dos custos de operação
sujeita a restrições de confiabilidade no atendimento ao mercado consumidor
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
MATRIZ - Modelo de Projeção de Matriz Energética (Oferta)
Refinaria
Termelétrica
PrimárioÓ
leo
cru
Car
vão
vapo
r
Termelétrica
Secundário
Gas
olin
a
Óle
o di
esel
Ele
tric
idad
e
P-S
S-S
P-S
Aplicação de programação linear para a análise bottom-upda expansão de sistemas energéticos integrados com
demandas energéticas exógenas
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
MATRIZ - Modelo de Projeção de Matriz Energética
Um sistema energético pode ser descrito como um conjunto de reservas de energia primária e um conjunto de tecnologias especializadas capazes de transformar a energia primária em serviços energéticos
As transformações ocorrem usualmente de forma encadeada, passando por vários níveis de energia:
Primário (renováveis/não renováveis), Secundário, Final e Útil
A cada nível de energia são definidas formas de energia as quais são transformadas em outras através de tecnologias.
Objetivo: Minimização dos custos de investimentos em tecnologias que compõem um sistema energético somados com seus custos de operação
Restrições: Limites..., Balanços..., Penalidades...
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
ObjetivoDesenvolver metodologia para determinar planos de expansão de longo prazo
MELP – Modelo de Expansão de Longo Prazo
• Minimizar:custos de investimentos de novas fontes geradorascustos de reforços das interligaçõescustos de operação
Considerando Restrições:subproblema de investimento e operação
– problema de programação linear inteira mista de múltiplos estágios
– fornece a cada iteração uma estratégia de investimentos
– Resolução através do algoritmo de Branch & Bound
– função objetivo: minimizar o custo de operação para a hidraulicidade média, garantindo o atendimento da demanda no período crítico
– problema de programação linear– representação simplificada a usinas
individualizadas
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético
Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento
20-30 anos,discretização anual a horária
Programas OficiaisMMEEPE
ANEELONSCCEE
agentes
Definição da Garantia Física das Usinas ; e Elaboração das Diretrizes para os Leilões de Energia.
Planejamento da Expansão;Planejamento e Programação da Operação;Comercialização da Energia de Curto-Prazo;
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Programação da Operação
Dessem
Tempo real
Previsões da velocidade e direção do vento até 48 horas á frente em bases horárias
Dados de geração em tempo real
Previsões da velocidade e direção do vento até 2 dias a frente em bases horárias
Dados de geração em bases horárias
Previsões probabilísticas da geração para as próximas 48 horas
Previsões probabilísticas da geração para os próximos 2 dias
Modelos para o Planejamento Energético
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Planejamento da Operação Longo e Médio Prazo Newave
Previsões das velocidades médias mensais
Médias mensaisda geração
Modelagem implícita da incerteza da geração eólica / Cenários mensais da geração eólica ao longo dos próximos anos
Modelos para o Planejamento Energético
Planejamento da Operação Curto Prazo Decomp
Previsões das velocidades médias semanais e mensais
Médias semanais e mensais da geração
Previsões pontuais da geração eólica nas semanas do primeiro mês e modelagem implícita da incerteza da geração eólica / cenários mensais da geração eólica ao longo dos próximos meses
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Média no período 6,6555 m/s
Desvio padrão 3,503044
CV 0.5263353
Série horária da velocidade do vento
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Média no período 6,6555 m/s
Desvio padrão 0.8590428 m/s
CV 0.1291012
Série mensal da velocidade do vento
Hipótese de normalidadep-value = 0.3234
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Média no período 632 kWh
Desvio padrão 675,3 kWh
CV 1,068176
Série horária da geração
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Média no período 631,8352 KWh/h
Desvio padrão 162,4183 kWh/h
CV 0.2570581
Série mensal da geração
Hipótese de normalidadep-value = 0.3542
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Correlação entre Velocidade/Geraçãox
Energia Natural Afluente
Correlação mensal entre Vento e ENA = 0,31
Correlação mensal entre Geração Eólica e ENA = 0,26
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Modelos de previsão probabilística da geração eólica para o curto prazo
CEPEL
1) Regressão quantílica
2) Gaussian Process & Kernel Density Estimator
Duas abordagens:
( ) ( ) ( )∫= dvvfvgfgf |
Quantis da geração eólica como uma função da velocidade
Previsão probabilística até 48 horas à frente
mediana
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Previsões até 48 horas a frente
Previsões para os dias 10 e 11 de Novembro de 2014
Previsões para os dias 11 e 12 de Novembro de 2014
Regressão quantílica
Regressão quantílica
Processo Gaussiano & Kernel Density Estimator
Processo Gaussiano & Kernel Density Estimator
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Previsões até 48 horas a frente
Previsões para os dias 12 e 13 de Novembro de 2014
Previsões para os dias 13 e 14 de Novembro de 2014
Regressão quantílica
Regressão quantílica
Processo Gaussiano & Kernel Density Estimator
Processo Gaussiano & Kernel Density Estimator
Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - Cepel | 2016
Obrigada