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 SISTEMAS DE ENERGIA ELETRICA

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

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)

DESPACHO HIDROTÉRMICO(Exemplo Determinístico – 2 estágios)

DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico – 2 estágios)

DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico – 2 estágios)

DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico – 2 estágios)

DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico – 2 estágios)

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 de PE

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.

Processo do PE