PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS …§ão-2.pdf · Classificaçãodas Unidades Termoelétricasde Geração 1) CONVENCIONAIS: Utilizamcombustíveisfósseis como carvão,óleo,gás

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS TERMOELÉTRICOS DE GERAÇÃO

Despacho Econômico e Unit Commitment

Prof.:Ivo Chaves da Silva Junior

[email protected]

26 de Julho de 2010

Janeiro 2001

DECISÃO DE OPERAÇÃO

+ Falta de investimento

RACIONAMENTO DE ENERGIA

Dezembro 2000CHARGE-2001(Verbo Apagar)

Junho 2001

SOLUÇÃO ADOTADA: Aumento da Parcela

DISCUSSÃO SOBRE O MODELO ELÉTRICO BRASILEIRO

Gestão – Operação – Diversificação da matriz energética

Aumento da Confiabilidade do Sistema

Termoelétricas não dependem das condições meteorológicas

SOLUÇÃO ADOTADA: Aumento da Parcela Termoelétrica na matriz

Confiabilidade do Sistema X Parcela Hidrotérmica

PARCELA TERMOELÉTRICA = 15,5%


Capacidade Instalada do Sistema Interligado Nacional – 31-12-2009


UNIDADES TERMOELÉTRICAS DE GERAÇÃO

Classificação das Unidades Termoelétricas de Geração

1) CONVENCIONAIS:

Utilizam combustíveis fósseis comocarvão, óleo, gás natural,entre outros.

CANDIOTA (RS)

2) NUCLEARES:Utilizam combustíveis físseis como o urânio.

ANGRA 1 (RJ)

Tipos de Usinas Termoelétricas

�Usinas a óleo;

�Usinas a gás;

�Usinas a carvão;

�Usinas nucleares;

�Usinas a Biomassa e Biogás.

Vídeo Série Francesa: Viagem ao Mundo da Eletricidadehttp://www.youtube.com/watch?v=Mrx7SGv3dSs&feature=related

Equivalência entre Fontes Térmicas de Energia (Combustíveis)

= = =

Critérios de Implementação de uma Unidade Termoelétrica

Vantagens da Geração Termoelétrica:

Baixo impacto geográfico;

Implantação próximas aos centros de consumo;

Construção mais rápida e barata em relação as UHEs;

Não dependem dos regimes de chuvas;

Aumento da confiabilidade do sistema.

Desvantagens da Geração Termoelétrica:

Poluição atmosférica-CO2 (Óleo, Carvão, Gás Natural, entre outras);

Armazenamento de lixo radioativo (Nuclear);

Alto custo de Operação (Consumo de Combustível).

Grandes áreas de monocultura e desmatamento (Biomassa/Etanol);

Aquecimento das águas dos rios ;

GRÁFICO COMPARATIVO DE EMISSÃO DE C02

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE

SISTEMAS TERMOELÉTRICOS

Planejamento da Operação Termoelétrica

Determinação da quantidade de potência gerada (MW), despacho, porcada unidade termoelétrica de modo a atender a demanda do sistemaao menor custo possível de operação.ao menor custo possível de operação.

(*) INFLEXIBILIDADE:A inflexibilidade caracteriza-

se pela necessidade de

geração mínima de uma

(*)nuclear

convencional

hidro

ORDEM DE DESPACHO

geração mínima de uma

determinada usina:

• Contrato de fornecimento

de combustível;

•Restrições técnicas.


Quanto cada unidade térmica deve gerar (MW) é baseado no CUSTO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA

GeraçãoMáxima

Custo UTE Despacho por Mérito

$MWDemanda(MW)

3ª

Demanda Atendida

$

$MW

MW

1ª

2ª

DPG�GER

i

i =∑=1

3ª

Como é formado o custo de produção de energia das unidades termoelétricas?


CUSTO DE INVESTIMENTORelacionado com a construção da usina termoelétrica( Equipamentos, Construção Civil, Montagem, Engenharia e Administração)

CUSTO DA ENERGIA GERADATERMOELÉTRICA

Administração)

CUSTO DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃORelacionados com o pessoal da usina, tratamento químico, peças e materiais.

CUSTO DE COMBUSTÍVELRelacionado ao tipo de combustível utilizado

DESPACHO ÓTIMO: REPRESENTAÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO

CONSIDERANDO O SISTEMA DE TRANSMISSÃO

(perdas na transmissão ou não)

SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)

PERGUNTA:

QUAL A IMPLICAÇÃO NO DESPACHO ECONÔMICO DE ACORDO COM A REPRESENTAÇÃO ADOTADA?ACORDO COM A REPRESENTAÇÃO ADOTADA?

DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITOPODE SOFRER ALTERAÇÕES DEVIDO AS RESTRIÇÕES DE TRANSMISSÃO

DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITOGARANTIDO.

DESPACHO ECONÔMICO: PRIMEIRA ANÁLISE

SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)

20$/MWh

5$/MWh

FUNÇÃO OBJETIVO:Minimização do Custo Operacional

Sujeito a:

1PG

2PG

Formulação do Problema de Otimização

201 1 ≤≤ PG

5$/MWh

10 $/MWh

14 MW

Inequação: Limites Operacionais

Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa2PG

3PG

51 2 ≤≤ PG

150 3 ≤≤ PG

Inequação: Limites Operacionais

Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa

FUNÇÃO OBJETIVO:Minimização do Custo Operacional

Sujeito a:

),(150

),( 51

),(201

)(14

.

.10.5.20

33

3

22

2

11

1

321

321

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

PG

PG

PPGPGPG

as

PGPGPGMinimizar

ππ

ππ

ππ

λ

≤≤

≤≤

≤≤

=++

++

),( 51

),(201

)(14

.

.10.5.20

22

11

1

321

321

PGPG

PG

low

PG

up

PG

PG

PPGPGPG

as

PGPGPGMinimizar

ππ

ππ

λ

≤≤

≤≤

=++

++Problema classificado como

de otimização linear

),(150

),( 51

33

3

22

2

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

PG

ππ

ππ

≤≤

≤≤

Resolução via

)(14

.

.10.5.20

321

321

PPGPGPG

as

PGPGPGMinimizar

λ=++

++

),(150

),( 51

),(201

33

3

22

2

11

1

321

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

PG

PG

ππ

ππ

ππ

≤≤

≤≤

≤≤

DISPLAY MODEL:

),(150

),( 51

),(201

)(14

.

.10.5.20

33

3

22

2

11

1

321

321

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

PG

PG

PPGPGPG

as

PGPGPGMinimizar

ππ

ππ

ππ

λ

≤≤

≤≤

≤≤

=++

++

SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)

Variáveis Primais

Variáveis Duais

OBSERVAÇÕES SOBRE AS VARIÁVEIS DUAIS NO PROBLEMA

As variáveis duais são diferentes de zero apenas para as situações onde suas respectivas restrições (igualdade ou desigualdade) atingem seus limites;

Representam a variação da função objetivo em relação ao recurso darestrição que atingiu o limite;

Valores positivos (+) indicam um aumento da função objetivo e negativos (-) uma redução da mesma.

OBSERVAÇÃO:

Valores das variáveis duais LINGO e MATLAB com sinais trocados(Equações)

ANÁLISE DO VALOR DAS VARIÁVEIS DUAIS

Se aumentarmos o limite de geração em 1MW a função objetivo reduz $5.

Se aumentarmos a demanda em 1MW a função objetivo aumenta $10.

)(15

.

.10.5.20

321

321

PPGPGPG

as

PGPGPGMinimizar

λ=++

++

Se aumentarmos a demanda em 1MW a função objetivo aumenta $10.

),(150

),( 51

),(201

)(15

33

3

22

2

11

1

321

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

PG

PG

PPGPGPG

ππ

ππ

ππ

λ

≤≤

≤≤

≤≤

=++


.

.10.5.20 321

as

PGPGPGMinimizar ++

Se aumentarmos o limite de geração (bagaco) em 1MW a função objetivo aumenta $5.

),(150

),( 61

),(201

)(14

33

3

22

2

11

1

321

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

low

PG

up

PG

PG

PG

PPGPGPG

ππ

ππ

ππ

λ

≤≤

≤≤

≤≤

=++


OS MULTIPLICADORES DE LAGRANGE SÃO IMPORTANTESINDICADORES DE QUANTO O CUSTO OPERACIONAL (FOB) ÉALTERADO COM A VARIAÇÃO DE RECURSOS COMO : CARGA ,LIMITES DE GERAÇÃO, CAPACIDADE DE TRANSMISSÃO,ENTRE OUTROS.

VARIÁVEL DE EXTREMA IMPORTÂNCIAPARA O PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃOE DA EXPANSÃO DO SISTEMA.

PROGRAMA COMPUTACIONAL UTILIZADO PELO SETOR

CLAST.DAT

CONFT.DAT

TERM.DAT

EXPT.DATArquivos relacionados com as unidades termoelétrica

MANUTT.DAT

ARQUIVO NEWAVE: CLAST.DAT (Classe Térmicas)

ARQUIVO NEWAVE: CONFT.DAT (Configuração Termoelétrica)

EE – Existente e Expansão

EX – Existente

NE – Não Existente

ARQUIVO NEWAVE: TERM.DAT ( Dados das Usinas Termoelétricas)

POT – Capacidade Instalada(MW) FCMX – Fator de Capacidade (%) TEIF – Indisponibilidade Forçada(%).

IP – Indisponibilidade Programada (%) GTMIN – Geração Térmica Mínima (MW)

ARQUIVO NEWAVE: TERM.DAT ( Dados das Usinas Termoelétricas)


)100

1()100

1(100

max

IPTEIFFCMXPOTPOT −×−××=


IP – Indisponibilidade Programada (%)

MW574)100

8,91()

100

31(

100

100657max ≅−×−××=POT

EXEMPLO:

ARQUIVO NEWAVE: EXPT.DAT ( Expansão das Usinas Termoelétricas)

POTEF – Capacidade Instalada(MW)

IPTER – Indisponibilidade (%)

GTMIN – Geração Mínima (Mwmês)

FCMAX – Fator de Capacidade (%)

ARQUIVO NEWAVE: MANUTT.DAT ( Manutenção das Usinas Termoelétricas)

DUR – Manut.em dias

PPEE

ARQUIVO NEWAVE

LEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIALEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIA

Arquivo padrão LINGO

1º TRABALHO

COM BASE NO ARQUIVO CONFT (LINGO), FAZER O DESPACHOTERMOELÉTRICO DA REGIÃO SUDESTE CONSIDERANDO UMMERCADO A SER ATENDIDO DE 4150 MW.

ENTREGA : 23-08-2010 (ALUNOS GRADUAÇÃO E MESTRADO)

Arquivo CONFT (LINGO) DISPONÍVEL EM:

www.ufjf.br/ivo_junior

Documents

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