Curitiba-Brasil, 20 de Junio del 2014
Metodologias e Critérios para o planejamento de Sistemas de Energia Elétrica
Dr. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila
Universidade Federal de ParanáSetor de TecnologiaDepartamento de Engenharia Elétrica
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO
DE SISTEMA DE GERAÇÃO
Sistemas Termoelétricos
de Geração
Sistemas Hidrotérmicos
de Geração
Objetivo:
Minimização do Custo Operacional e Garantia de Atendimento ao Mercado
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO
médio prazo
curto prazo
programação diária
horizonte: 1 a 12 mesesetapas: semanais
horizonte: 1 semanaetapas: ½ hora
horizonte: 5 anosetapas: mensais
DECOMP
DESSEM
NEWAVE
Como operar o sistema?
Usar água
OK
déficit
vertimento
OK
..o que fazer ? .. o que pode acontecerconseqüênciasfuturas -- “$”
$ presente baixo
$ presente alto
“desperdício” $ = 0
$ baixo
$ baixo
$ alto
Metodologia de Planejamento da operação
Operação Hidrotérmica
Presente Futuro ConsequênciasAfluências
Úmidas
Secas
Úmidas
Secas
Usar Água
Guardar Água
OK
OK
Ações do ONS para evitar
déficit
Vertimento=
Desperdício
Geração TérmicaMinimizada
Geração TérmicaMaximizada
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS
O exemplo abaixo mostra como é construída a estratégia de minimização doCusto Total pela soma do Custo Futuro com o Custo Imediato.
Hipótese (1):Em um determinado mês, apenas a água estocada em uma usina hidroelétrica éutilizada para atender a demanda. O reservatório termina o mês completamente vazio.Como nada foi pago (a água já estava lá), o Custo Imediato é NULO.
Hipótese (2):Em outra hipótese, poupa-se completamente a água estocada na usina hidroelétrica,atendendo a demanda através de usinas termoelétricas. Para isso, utiliza-secombustível (que tem que ser pago), e tem-se um Custo Imediato ALTO.
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS
Estratégia resume-se em: Tomar as decisões no presente para que o reservatório tenha como meta chegar, ao final deste mês, no volume indicado pela seta.
Minimização do Custo TotalCusto Total = Custo Futuro + Custo Imediato
Custo Imediato
Custo Futuro
Volume para mínimo custo total 0v
FCF
v
FCI
v
CT
$
1000Volume ao final do estágio %
Valor da água
Operação Otimizada dos Sistemas Elétricos
Corte de carga (déficit)
Geração Térmica
Geração Hidráulica
Intercâmbio entre regiões
OBJETIVO:
Minimizar custo total,do presente ao futuro (Exemplo um horizonte de 5
anos), através de decisões de:
volume a 100%volume a 0%
$
Custo Total = Custo Futuro + Custo Imediato
Custo Imediato
Custo Futuro
Volume para mínimo custo total
Atende à carga com águaVolume: ZEROCusto imediato: ZERO
Atende à carga com óleoVolume: 100%Custo imediato: ALTO
Custo futuro: ALTO
Custo futuro: BAIXO
A Função de Custo Futuro e o Valor da Água
Planejamento da Operação Termoelétrica
• Determinação da quantidade de potênciagerada (MW), despacho, por cada unidadetermoelétrica de modo a atender a demandado sistema ao menor custo possível deoperação.
Características do despacho termelétrico:
• 1) Problema desacoplado no tempo:
• - Uma decisão operativa tomada hoje, não afeta o custo operativo do futuro;
• Despacho Econômico
• 2) Custo imediato é conhecido
• E como funciona o despacho hidrotérmico?
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS
UHE 1
UHE 2
UHE 3
EQUAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICOA que está associada ? Como é esta equação?
Oceano
11111 UHEUHEUHEUHEi
UHEf StQtaflVaVa
1122222 UHEUHEUHEUHEUHEUHE
i
UHE
f StQtStQtaflVaVa
2233333 UHEUHEUHEUHEUHEUHEi
UHEf StQtStQtaflVaVa
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS
Equações de Balanço do Sistema :
Hídrico :
Potência :
111 1070 UHEUHEUHEf StQtVa
6895.0 1 UHEUTE QtDEFICITGT
1UHEGH
10
701
1
UHE
UHEi
afl
Va
Inequação: Limites Operacionais
Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa
FUNÇÃO OBJETIVO:Minimização do Custo Operacional
Sujeito a:
Restrição de Igualdade: Balanço Hídrico
),(1000
),(1000
),(1000
),(680
),(500
)(1070
)(6895.0
.
.2000.150
Valow
Vaup
Stlow
Stup
Qtlow
Qtup
DEFICITlow
DEFICITup
GTlow
GTup
f
Va
St
Qt
DEFICIT
GT
HStQtVa
PDEFICITGTQt
as
DEFICITGTMinimizar
Resolução do Problema de Otimização
RESOLVER O PROBLEMA DE OTIMIZAÇÃO NO MATLAB!!!
OBS: Resolvemos para um caso pontual !!!!ÚNICO CENÁRIO ( TEMPO, MERCADO e AFLUÊNCIA)
Características do despacho hidrotérmico:
• Problema acoplado no tempo:• Uma decisão operativa tomada hoje, afeta diretamente o
custo operativo do futuro;
• A solução ótima deve comparar o custo imediatodas térmicas com Despacho Hidrotérmico o custode oportunidade das hidráulicas
• Mas a afluência não é conhecida. Essa incerteza é modelada por meio de cenários!
• Única diferença no processo de solução é que são utilizados valores médios para montar os cortes de Benders!
Planejamento da Expansão da Geração
• PE : Ampliação da capacidade instalada dosistema PDE que define as licitações de usinase linhas de transmissão.
• PO: Resultado dos leilões condiciona a ofertapara a elaboração do Plano de operação.
• Realizada a Operação, faz-se o registro daprodução e dos fluxos elétrico que servem debase para a analise do desempenho do sistemano âmbito do ONS e o processo de contabilizaçãoe liquidação das transações de energia nomercado de curto prazo da CCEE.
Planejamento da Expansão
• PE determinar a data, a quantidade e o local dosempreendimentos necessários para atender ocrescimento da demanda de energia.
• Usinas em caráter indicativo• Sistema de transmissão em caráter
determinativo.• PE: Compromisso entre o nível de confiabilidade
desejado e os custos decorrentes.• PE: Deve assegurar a qualidade de serviço, ao
menor custo possível.
Planejamento da Expansão
• Critérios de garantia de suprimento:– i) Energia;
– Ii) Potência
• Critérios de indicadores de confiabilidade
i) Determinísticos, usados no planejamento da transmissão (N-1, por exemplo);
ii) Probabilísticos, usados no planejamento da geração (risco de déficit, por exemplo)
Metodologia do PE
• Critério de PE do sistema: Igualdade do CMO=CME, para cada ano do período de planejamento.
• CMO médio anual é calculado pelo modelo NEWAVE.
• CME é estimado com base nos resultados de energia nova.
OBJETIVO
• Determinar o cronograma de investimento demínimo custo − soma dos custos de investimentomais o valor esperado dos custos de operação −para a construção de novos geradoreshidroelétricos e/ou térmicos e linhas deinterconexão entre sistemas.
• O valor esperado dos custos operativos se calculatendo em conta diversos cenários hidrológicospara cada um dos quais se realiza uma otimizaçãodeterminística e os resultados se ponderam deacordo à probabilidade associada a cada cenário.
OBJETIVO
• Determinar o cronograma de investimento demínimo custo − soma dos custos de investimentomais o valor esperado dos custos de operação −para a construção de novos geradoreshidroelétricos e/ou térmicos e linhas deinterconexão entre sistemas.
• O valor esperado dos custos operativos se calculatendo em conta diversos cenários hidrológicospara cada um dos quais se realiza uma otimizaçãodeterminística e os resultados se ponderam deacordo à probabilidade associada a cada cenário.
Planejamento da Expansão Sistemas de Energia Elétrica
- Prover de forma confiável e econômica o suprimento de energia elétrica aos consumidores.
• Considerando o impacto sócio-ambiental associado aos empreendimentos do setor: Aquecimento Global
• Promovendo a diversificação da matriz energética (mitigação da dependência energética).
• Promover a eficiência energética.
• Resultando em objetivos conflitantes
• Interação ou interdependência com outros setores energéticos como por exemplo o Setor Gás Natural.