ANÁLISE DA DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA USANDO O SISTEMA DECISÓRIO FUZZY

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1 ANÁLISE DA DEMANDA DE ENERGIA ELÉTRICA USANDO O SISTEMA DECISÓRIO FUZZY *AUREO CEZAR DE LIMA (MSC.); *SEBASTIÃO C. GUIMARÃES JR. (DR.); *JOSÉ ROBERTO CAMACHO (PH.D.) E **DÉCIO BISPO (DR.) UNIVERSIDADE FEDERAL DE UBERLÂNDIA - FACULDADE DE ENGENHARIA ELÉTRICA *NERFAE - NÚCLEO DE ELETRICIDADE RURAL E FONTES ALTERNATIVAS DE ENERGIA **NÚCLEO DE MÁQUINAS ELÉTRICAS C.P: CEP: Ubelândia - MG aueogesil@uol.com.b ; scguimaaes@ufu,b. RESUMO Paa a obtenção de seviços de enegia, o planejamento integado de ecusos (PIR) apesenta uma abodagem que contempla acionalização, podução independente e fatoes ambientais aos sistemas de ofeta de enegia. Consideando esta visão paa uma unidade consumidoa fatuada atavés de taifa binômia, o Sistema Decisóio Fuzzy paa Análise de Demanda (SDFAD) é implementado como uma feamenta paa se detemina uma nova condição de funcionamento, visando contempla o peço médio da enegia advinda de geação pópia ou da concessionáia à tecnologia de deslocamento de caga nas estutuas taifáias Convencional e Hoo-Sazonal Vede e Azul. 2. ABSTRACT To obtain enegy sevices, the integated planning esouces (IPR) wok with an analysis that contemplates ationalization; independent poduction and envionmental factos elated to the enegy supply systems. With this on mind fo a consume unity billed by means of a binomial taiff, the Fuzzy Decision-Making System fo Demand Analysis (FDMSDA) can be consideed as a tool to detemine a new functioning condition, contemplating the enegy aveage pice supplied by own geneation o local utility to the technology of load shaving due to the Conventional and Blue and Geen Hou-Seasonal Bazilian taiff stuctue. 3. INTRODUÇÃO A acionalização do uso da enegia elética tem implicações significativas tanto de odem econômica quanto ambiental, tendo em vista que um melho geenciamento dos ecusos pode elimina ou adia a necessidade de novas obas de geação, tansmissão e distibuição. Suge, assim, a idéia dos Negawatts ( Negative Watts ou Watts negativos), em contaposição aos Megawatts de potências de geação necessáia, caso não haja atuação junto ao consumo. A maio vantagem da eficiência enegética é que quase sempe ela se apesenta como uma solução mais baata do que a podução de enegia. Reconhece-se, potanto, que a consevação de enegia elética é um dos aspectos fundamentais do desenvolvimento sustentável ligado ao seto elético, REIS (2).

2 O planejamento em que as iniciativas de geenciamento do lado da demanda, a podução independente de enegia e a valoização do meio ambiente são consideadas juntamente com a ofeta é chamado de Planejamento Integado de Recuso (PIR) que se apesenta como uma nova poposta paa a obtenção dos seviços de enegia a um custo mínimo, JANNUZZI (997). A demanda em um sistema elético típico vaia consideavelmente ao longo do dia, como pode se visto na Figua. Gealmente há umas poucas hoas de demanda de ponta a cada dia quando os usos comeciais, industiais, esidenciais e iluminação pública se sobepõem no final da tade, esultando em muitas hoas de baixa demanda duante a noite e o início da manhã. A feqüência do uso de um sistema elético, po sua vez, afeta tanto sua opeação como seu desempenho econômico, pois este deve se capaz de atende toda a caga no hoáio de ponta com sua sub utilização no estante do peíodo : 6: 2: 8: : Hoas Figua - Cuva típica de demanda. Até o ano de 98, o único sistema de taifa utilizado no Basil ea o Convencional, que não buscava disciplina o consumo, uma vez que não possuía difeenciação de peços segundo sua utilização duante as hoas do dia e/ou peíodos do ano. < 69 kv CONVENCINAL AZUL VERDE TENSÃO 2,3 kv POTÊNCIA INSTALADA > 75 kw < 3 kw 3 kw DEMANDA MEDIDA 3 kw 25 kw DEMANDA MEDIDA 25 kw Figua 2 - Aplicação dos sistemas taifáios paa o gupo A. Visando pincipalmente a acionalização do uso da enegia e a inclusão dos consumidoes na solução dos poblemas ocasionados pelos seus hábitos de consumo, foam ciadas as Estutuas Taifáias Hoo-Sazonal Vede e Azul que compeendem uma sistemática de aplicação de taifas difeenciadas, de acodo com o hoáio do dia e peíodos do ano. O enquadamento neste sistema pode se obsevado atavés da Figua 2, ANEEL (2).

3 Paa a obtenção dos benefícios do sistema Hoo-Sazonal de taifas alguns cuidados devem se tomados pelo consumido quanto ao seu geenciamento de caga. Desta foma, a instalação de um contolado automático de demanda e/ou de um gupo moto geado quase sempe sugem como opções que necessitam análise citeiosa devido aos custos envolvidos, ESTREMOTE (22). É sobe este enfoque que o Sistema Decisóio Fuzzy paa Análise de Demanda (SDFAD) apesenta-se como feamenta paa a deteminação do diagnóstico quantitativo e qualitativo das opções possíveis de geenciamento e escolha do melho contato de taifa, consideando as caacteísticas pópias de funcionamento da unidade consumidoa. O SDFAD objetiva a deteminação de uma nova condição de funcionamento paa uma unidade consumidoa que contemple, pimeiamente, a edução do peço médio da enegia, seja ela poveniente da concessionáia ou de geação pópia, e posteiomente o custo do deslocamento de caga de uma unidade consumidoa fatuada atavés de taifa binômia com possibilidade de enquadamento nos sistemas Convencional e Hoo-Sazonal Vede e Azul, LIMA (23). 4. MATERIAIS E MÉTODOS Neste tabalho a unidade consumidoa utilizada como teste pelo SDFAD petence ao seto comecial. As demandas com integação de quinze minutos, obtidas do egistado digital da concessionáia de enegia elética efeente ao intevalo de /5/22 a 9/6/22 são apesentadas na Figua 3, PMU (22). Também foam ealizados medições e levantamentos locais do funcionamento dos equipamentos eléticos existentes Hoas Dias 3 Figua 3 - Demanda medida ente /5/22 e 9/6/ SISTEMA DECISÓRIO FUZZY Enquanto que toma decisões sobe condições de isco tem sido modelado po teoias de decisão pobabilísticas e teoia dos jogos, as teoias de decisão fuzzy levam em consideação as condições vagas e não específicas da fomulação do se humano atavés de suas pefeências, estições e objetivos, KLIR (995).

4 Este atigo aboda o sistema decisóio fuzzy multi-citéio, onde um conjunto finito de citéios é utilizado paa qualifica as altenativas existentes em cada cenáio sob análise. Consideando X = {x, x 2,..., x n } como o conjunto de altenativas e C = {c, c 2,..., c m } como os citéios que caacteizam as altenativas do sistema decisóio, as funções de petinência podem se expessas atavés de uma matiz confome Equação (). c c2 R = M c m x 2 M m x M m2 L L L M L xn n 2n M mn () A matiz R é composta de númeos eais compeendidos no intevalo [, ], onde cada valo ij expessa o gau de petinência que o citéio c i é satisfeito pela altenativa x j, com i N m e j N n. Quando os gaus de petinência em análise não estão compeendidos ente [, ], é possível detemina uma matiz R = [ ij ] onde, atavés das Equações (2), (3) e (4), pode-se convete seus elementos na foma desejada da matiz R. Max = min ( max j Nn i Nm Min = min ( min ij j Nn i Nm Max ' ij = Max Min ' ij ' ij ) ) (2) (3) (4) Paa a esolução dos poblemas decisóios fuzzy multi-citéio é necessáio a composição das divesas altenativas possíveis em uma única que epesente o conjunto. Esta composição é deteminada, pela opeação de máximo, paa união (Equação 5), e pela opeação de média pondeada paa a opeação de agegação confome as Equações (6) e (7). x i = max ( i, i2,..., in ) (5) n x i = ϖ j= j ij (6) m ϖ j j= = (7) Onde: ω j são os pesos de cada altenativa; x j X; i N m e j N n. A defuzzificação, ou seja, a deteminação do númeo que epesente o conjunto fuzzy, seá deteminada atavés da somatóia dos elementos i confome Equação (8).

5 A = m i= i (8) Consideando que a análise seja desenvolvida paa divesos cenáios, a melho opção consiste no maio númeo A obtido dente os váios cenáios. 5. RESULTADOS 5.. ENERGIA DA CONCESSIONÁRIA Utilizando-se das demandas da Figua 3 obtém-se a cuva de duação de caga atavés da estatificação de seus valoes mostados na Figua Foa de Ponta Ponta 5 Tempo [h] Figua 4 - Cuva de duação de caga. O peço maginal da enegia (PME), ou seja, o valo pago paa cada quilowatt de demanda, pode se obtido utilizando-se como base a Equação 9 e consideando as paticulaidades do sistema taifáio Convencional, Vede e Azul paa as taifas vigentes em junho de 23 na companhia Enegética de Minas Geais (CEMIG). TD D PME = + TC (9) C Onde: PME Peço maginal da enegia [R$/kW] TD Taifa de demanda [R$/kW] D Demanda igual a [kw] C Consumo acumulado de cada quilowatt [kwh] TC Taifa de consumo [R$/kWh] Utilizando-se a cuva de duação de caga (Figua 4) é possível detemina o impote maginal, que epesenta o valo monetáio (já acescido do ICMS) devido ao consumo da enegia elética elativa a cada quilowatt de demanda paa cada sistema taifáio em estudo. Estes valoes são obsevados na Figua 5.

6 6 4 Convencional Vede Azul Impote maginal [R$/kWh] Figua 5 - Impote maginal de enegia. Obseve que o impote efeente ao sistema Hoo-Sazonal Vede e Azul estão sobepostos paa o segmento foa de ponta. O eixo x das figuas apesentadas a segui efee-se ao segmento foa de ponta paa as demandas ente e 32 kw e paa o segmento de ponta os valoes subseqüentes subtaídos de 32 kw INDISPONIBILIDADE DE CARGA A pati da análise dos equipamentos eléticos e suas condições de funcionamento, é possível detemina a vaiável fuzzy indisponibilidade de caga, que indica os valoes de 3 kw e 28 kw como demandas a pati das quais podem se deslocadas as cagas paa o segmento foa de ponta e paa o segmento de ponta, espectivamente. Esta vaiável pode se obsevada na Figua 6..8 Petinencia Figua 6 - Vaiável fuzzy indisponibilidade de caga GERAÇÃO PRÓPRIA A deteminação da geação pópia que esulte na melho altenativa paa uma condição específica de funcionamento de uma unidade consumidoa deve te uma análise econômica que vise detemina o custo do quilowatt-hoa geado. O custo médio do quilowatt-hoa paa cada unidade de demanda é deteminado consideando os custos fixos elativo ao pojeto e os custos vaiáveis elativo à opeação e manutenção do gupo moto geado, WOILER (996).

7 A pati da deteminação do custo maginal médio paa a enegia da geação pópia, é possível detemina seu impote maginal de enegia confome apesentado na Figua Impote maginal [R$/kWh] Figua 7 - Impote maginal da geação pópia. Consideando que o custo maginal da enegia geada não seja suficiente paa caacteiza o pojeto, uma vaiável fuzzy adaptabilidade do sistema de geação pópia é utilizada paa, atavés da opeação de agegação com peso igual a,, esulta no conjunto fuzzy geação pópia apesentado na Figua 8 paa cada cenáio a se estudado..8 Convenc. Vede Azul Petinencia Figua 8 - Conjunto fuzzy geação pópia SISTEMA DECISÓRIO FUZZY Após a deteminação das entadas fuzzy do sistema decisóio, o póximo passo é a associação dos gupos de altenativas segundo os cenáios coespondentes aos sistemas taifáios. Paa o cenáio Vede, po exemplo, seão consideadas as altenativas de compa de enegia da concessionáia epesentada pela entada fuzzy sistema taifáio Vede, de geação pópia atavés da entada fuzzy geação pópia Vede e o conjunto fuzzy indisponibilidade de caga confome apesentado na Figua 9. As mesmas associações também são ealizadas paa os cenáios Convencional e Azul.

8 .8 Conces. Geada Indisp. Petinencia Figua 9 - Altenativa paa o cenáio Vede. A união das altenativas paa cada cenáio é ealizada atavés da opeação de máximo, e esulta na Figua. A decisão fuzzy, consideando os tês cenáios apesentados, coesponde ao maio valo obtido pela áea sob as cuvas confome Equação 8 apesentada...9 Convencinal Vede Azul.8 Petinencia Figua. Cenáios decisóios. O cenáio Vede é obtido como a decisão do sistema fuzzy que apesenta a melho condição de funcionamento da unidade consumidoa em análise. O esumo contendo os dados obtidos paa o cenáio vede pode se veificado na Tabela apesentada nos Anexos. Após a deteminação do cenáio que apesenta os maioes benefícios paa a unidade consumidoa, é necessáio veifica o compotamento do sistema com a implementação do pojeto poposto. A Figua apesenta o fonecimento de 666 kwh de enegia pela geação pópia paa o total de dezenove patidas em um gupo moto geado de potência de 33 kw.

9 Hoas Dias Figua - Cuva de demanda geada. O deslocamento de caga em uma unidade consumidoa esulta em pejuízos ao seu pocesso de funcionamento e estes devem se compaados aos benefícios obtidos deste deslocamento. A Figua 2 epesenta a caga deslocada devido à atuação do contolado de demanda Hoas Dias 3 Figua 2 - Cuva de demanda deslocada. Paa o mês consideado, ocoeam oito atuações do contolado de demanda, com um deslocamento de 9 kwh e uma edução das demanda de 32 kw e 278 kw paa 293 kw e 27 kw nos segmentos foa de ponta e de ponta espectivamente. A Figua 3 apesenta a nova condição de fonecimento de enegia pela concessionáia. Confome a Tabela 2 (Anexos), a implantação do pojeto que intega o enquadamento taifáio, o deslocamento de caga e a geação pópia, popiciam uma economia de R$ 2.96, mensais, o que equivale a 5 % de edução nos gastos em enegia elética paa a unidade consumidoa.

10 Hoas Dias 3 Figua 3 - Nova cuva de demanda da concessionáia. 6. CONCLUSÕES A utilização do sistema decisóio fuzzy multicitéio paa a deteminação da melho condição de funcionamento de uma unidade consumidoa apesentouse adequado paa a análise desejada, pincipalmente po pemiti a consideação das expeiências páticas do pojetista sobe as vaiáveis incetas elacionadas ao pojeto de implantação do sistema de geenciamento de enegia elética aplicado no lado da demanda. O pojeto paa o geenciamento de enegia, obtido pela aplicação do sistema decisóio fuzzy, sugee uma complementaidade dos sistemas de fonecimento de enegia elética ente a concessionáia, o gupo moto geado e o deslocamento de caga. O diagnóstico obtido sugee o enquadamento da unidade consumidoa na taifa Hoo-Sazonal Vede, o deslocamento de caga igual a 28 kw foa de ponta e 6 kw no hoáio de ponta, juntamente com a geação pópia na ponta de 666 kwh com uma demanda máxima de 33 kw. Esta nova condição de funcionamento da unidade consumidoa possibilita a edução de 5%, o que equivale a uma economia de R$ 296, nos gastos mensais com enegia elética, LIMA (23). 7. PALAVRAS CHAVES Sistema decisóio fuzzy; acionalização de enegia; geenciamento de demanda; estutuas taifáias, hoo-sazonal. 8. BIBLIOGRAFIA ANEEL - AGENCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA, Resolução 456 de 29 de novembo de 2. Estabelece, atualiza e consolida as Condições Geais de Fonecimento de Enegia Elética. 79 p. ESTREMOTE, M. A; FACCENDA, O.; SANTOS, E. S. Análise das taifas de enegia elética difeenciadas. Revista Eleticidade Modena, São Paulo: Aanda Editoa Técnica e Cultual Ltda, nº 342, p 42-53, setembo 22.

11 JANNUZZI, G. M; SWISHER, J. N. P. Planejamento integado de ecusos enegéticos: meio ambiente, consevação de enegia e fontes enováveis. Campinas: Autoes Associados, p. KLIR, Geoge J.; BO, Yuan. Fuzzy sets and Fuzzy logic: Theoy and applications. New Jesey: Pentice Hall PTR, 995, 574 p LIMA, A. C. DE. Sistema Decisóio Fuzzy aplicado ao Geenciamento de Enegia Elética no Lado da Demanda. Dissetação de Mestado, UFU, Faculdade de Engenhaia Elética, 23, 45 p. PMU Pefeitua municipal de Ubelândia MG (Cento Administativo). Relatóio de Cuva de Caga: peíodo 9/5/22 a /6/22. Relatóio fonecido po CEMIG, p. REIS, Lineu Belico dos; SILVEIRA, Semida (ogs.). Enegia paa o Desenvolvimento Sustentável: Intodução a uma Visão Multidisciplina. São Paulo: Editoa da Univesidade de São Paulo, p. WOILER, Samsão; MATHIAS, Washington Fanco. Pojetos: Planejamento, Elaboação e análise. São Paulo: Editoa Atlas S.A., 996, 294 p. ANEXOS Tabela - Recusos integados paa o Cenáio Hoo-Sazonal Vede SEGMENTO NORMAL INTEGRANDO OS RECURSOS CONCESSIONÁRIA GERADOR DESLOCAMENTO TOTAL Dem. [kw] Cons. [kwh] Imp. [R$] Dem. [kw] Cons. [kwh] Imp. [R$] Dem. [kw] Cons. [kwh] Imp. [R$] Dem. [kw] Cons. [kwh] Imp. [R$] Imp. [R$] Foa de ponta Ponta Total* * As palavas abeviadas são espectivamente demanda, consumo e Impote. Tabela 2 - Diagnóstico de geenciamento de demanda paa a empesa em análise CENÁRIOS SISTEMA NORMAL SISTEMA INTEGRADO DE RECURSOS Impote Vaiação* Impote Vaiação* NUMERO [R$] [R$] [%] [R$] [R$] [%] FUZZY Convencional , ,7 438,5665 Hoo-Sazonal Vede ,647 Hoo-Sazonal Azul , ,3 436,398 * A vaiação é calculada com base no meno valo, ou seja, do sistema Hoo-Sazonal Vede.