FEEC - UNICAMP. O Sistema Interligado Nacional: Políticas de Operação e suas Consequências

Transcrição

1 FEEC - UNICAMP Campnas, mao de 28 O Ssema Inerlgado Naconal: Polícas de Operação e suas Consequêncas Secundno Soares Flho

2 APRESENTAÇÃO 2 Ssema Elérco Braslero Geração Hdrelérca Geração Termelérca Dsponbldade Hdrelérca Polícas de Operação Problemas do SIN Conclusões

3 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO 3 Predomnânca hdrelérca Longas lnhas de ransmssão Capacdade nsalada de 1 GW Poencal hdrelérco remanescene 2 GW

4 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO 4

5 SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO HydroLab Ibnga P.Prmavera Taquaruçu Barr Rosana Capvara Canoas II Canoas I S.Grande Ro Paraná Ilha Grande Iapu Iumbara Emborcação Bocana Cachoera Dourada C.Branco II Três Maras C.Branco I São Smão Mranda Á.Vermelha Marmbondo Nova Pone V.Grande Igarapava I.Solera Jaguara T.Irmãos P.Colômba Pexoo Avanhandava Esreo Funl Jupá Promssão Lmoero Iunga Ro Paranaíba Ro Teê Ro Paranapanema Cemg Teê Chavanes Ro Grande Ro Araguar Ro Pardo Barra Bona Jurumrm Cesp Iapu C. Dourada E.Cunha Caconde Jaguar Ro São Francsco Camargos Parabuna Paranapanema Fuuras 5 Ro Paraíba do Sul CT/MO

6 SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO Ssema Inerlgado Braslero 6

7 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 7 Usna Hdrelérca de Iapu Reservaóro ro Casa de MáqunasM Canal de Fuga Veredouro

8 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 8 Caraceríscas Prncpas Coa do reservaoro Casa de Máqunas Coa do Canal de fuga

9 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 9 Poênca no Gerador Hdráulco E = mgh = ρvgh = po khv E elé = η E = po k η hv E v P = elé = kη h = kηhq

10 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 1 Poênca no Gerador Hdráulco Poênca é função de: Rendmeno (η) Vazão de água urbnada (q) P = k η h l q Queda líquda (h l ) Coa de monane (h m ) Coa de jusane (h j ) Perda hdráulca (h p ) h l = h m h j h p

11 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 11 Coas de Monane e Jusane Polnômos de aé quara ordem.8 h l = h m h j h p Perda de Carga Hdráulca [m] Turbnagem [m³/s] Coa de Monane [m] (2295 hm³, 768, m) 75 (5733 hm³, 75, m) Coa do Canal de Fuga [m] (196 m³/s, 671,85 m) (3 m³/s, 673,74 m) Volume [hm³] Defluênca [m³/s]

12 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 12 Rendmeno de uma Turbna Foz do Area Poênca [MW] Queda Líquda [m] Rendmeno,94,93,92, Queda Líquda [m] Poênca [MW]

13 GERAÇÃO HIDRELÉTRICA 13 Rendmeno de um Gerador 99, Iapu 98,5 Rendmeno [%] 98, 97,5 97, 96,5 96, Geração [MW]

14 GERAÇÃO TERMELÉTRICA 14 Termelérca a Gás Injeor de Combusível Gás Aquecdo Combusão Turbna ω Gerador E Compressor Enrada de Ar Exausão

15 GERAÇÃO TERMELÉTRICA 15 Curva de consumo de combusível

16 GERAÇÃO TERMELÉTRICA 16 Coefcenes ípcos de cuso cp p p GJ hr 2 ( ) = α+ β + γ ( / )

17 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 17 Usna Isolada Dados: Poênca Insalada 1312 MW Volume Úl 17,2 km³ Turbnagem Máx m³/s 1/6

18 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 18 Vazões Hsórcas de Vazão [m³/s] anos 2/6

19 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 19 Vazões Hsórcas de Curva de permanênca das vazões médas mensas 2/6

20 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 2 Geração de Geração Hdráulca [MW] Fo D'Água Reservaóro Freqüênca Fo d água: EF = 169 MW; EM = 69 MW Reservaóro: EF = 519 MW; EM = 696 MW 3/6

21 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 21 Ro Usna Vol. Úl [km³] Poênca [MW] Alura [m] Frme [MW] Tocanns Serra da Mesa 43, Tucuruí 32, S. Francsco Sobradnho 28, Iaparca 3, Grande 17, Marmbondo 5, Água Vermelha 5, Paraná Ilha Solera 12, Poro Prmavera 5, Iapu 19,

22 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 22 Ofera x Demanda Evolução da Energa Frme e da Demanda por Energa Geração Hdráulca Suprmeno Garando Energa Frme Dependênca Hdrológca Demanda Tempo

23 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA 23 Usnas em Cascaa Marmbondo Água Vermelha Dados: Poênca Insalada: 418 MW Três Usnas 1/4

24 DISPONIBILIDADE HIDRELÉTRICA Usnas em Cascaa 24 Geração Hdráulca [MW] Freqüênca Fo D'Água Regra paralela Regra omzada Fo d água: EF = 684 MW; EM = 2426 MW Regra paralela: EF =1786 MW; EM = 246 MW Regra omzada: EF =1854 MW; EM = 2423 MW Três Usnas 2/4

25 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 25 Coordenação Hdroérmca Hdrelércas Termelércas Rede de Transmssão Cenros de Carga

26 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 26 Caraceríscas do Problema Grande pore Dnâmco Esocásco Inerconecado Não lnear Cadea de Planejameno e Programação

27 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 27 FORMULAÇÃO DO PROBLEMA g Mnmze ao longo dos próxmos anos h Cuso de geração érmca (mas défc) g Sujeo a: h Aendmeno da demanda a cada mês h Conservação da água nos reservaóros a cada mês h Resrções operaconas das usnas

28 28 HydroLab ( ) = = T J j j g j 1 1, mn ψ Sujeo a: Formulação Maemáca D P G = + = = J j G g j 1, = = I P p 1, 6,,, 1,, 1 k k u u y x x Δ + + = Ω ( ) ( ) ( ) p j med m l q h u h x h h,,,,, = j j j g g g, x x x,,, u u u,,, v q u,,, + = l q h k p,,, η, = POLÍTICAS DE OPERAÇÃO

29 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 29 Problema Térmco: Ψ ( G ) = ( ) mn ψ j g j, J j= 1 Sujeo a: J g = j, j=1 g j j, g G Exemplo: g j Cuso [1³ US$] Óleo 4 Óleo 3 Óleo 2 Carvão 3 Óleo 1 Carvão 2 Carvão 1 Nuclear Geração Térmca [1³ MWh]

30 3 HydroLab ( ) = Ψ T D P 1 mn Sujeo a: Problema Hdráulco: = = I P p 1, k k u u y x x,,, 1,, + + = Ω ( ) ( ) ) (,,, p j m q h u h x h h = x x x,,, u u u,,, q h k p,, = v q u,,, + = ) (,, h q q POLÍTICAS DE OPERAÇÃO

31 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 31 Usna Isolada Dados: Poênca Insalada 1312 MW Volume Úl 17,2 km³ Turbnagem Máx m³/s 1/4

32 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usna Isolada Volume Úl [%] Trajeóra de Volume Tempo [mês] 2 Trejeóra de Defluênca qef = 1692 m³/s Solução ncal a fo d água: Defluênca [m³/s] qmax umn Solução Incal (M LT) Volume Consane Defluênca gual a Afluênca Tempo [mês] 2/4

33 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usna Isolada Trajeóra de Volume Volume Úl [%] Geração [MWmed] Tempo [mês] Geração Geração Térmca Mercado Geração Hdráulca 2 Solução Incal Tempo [mês] Defluênca [m³/s] qef = 1692 m³/s qmax umn Solução Incal (M LT) Tempo [mês] 3/4

34 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 34 Usna Isolada 77 máx = 768, m 673 Coa de Monane [m] mín = 75, m Coa de Jusane [m] Tempo [mês] Tempo [mês] Poênca Máxma [MW] hef = m pef = 1312 MW Alura Líquda [m] Eng. Máxmo [m³/s] hef = m qef = 1692 m³/s Alura Líquda [m] Alura de Queda Líq. [m] hef = 9. m hef = 89.3 m Tempo [mês] 4/4

35 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 35 Usna Isolada Água Vermelha Dados: Poênca Insalada 138 MW Volume Úl 5,2 km³ Turbnagem Máx m³/s Água Vermelha 1/3

36 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usna Isolada Trajeóra de Volume Volume Úl [%] Geração [MWmed] Água Vermelha Tempo [mês] Geração Térmca Geração Mercado Geração Hdráulca Solução Incal Tempo [mês] Defluênca [m³/s] Água Vermelha qef = 2922 m³/s Tempo [mês] Água Vermelha 2/3

37 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usna Isolada Coa de Monane [m] Água Vermelha máx = 383,3 mín = 383,3 Coa de Jusane [m] Água Vermelha Tempo [mês] Tempo [mês] Poênca Máxma [MW] Água Vermelha hef = 53.5 m pef = 1382 MW Alura Líquda [m] Eng. Máxmo [m³/s] Água Vermelha hef = 53.5 m qef =2922 m³/s Alura Líquda [m] Alura de Queda Líq. [m] hef = 53.5 m Água Vermelha Tempo [mês] Água Vermelha 3/3

38 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 38 Usnas em Cascaa Água Vermelha Dados: Poênca Insalada: 2692 MW Hdrologa: MLT + Água Vermelha 1/4

39 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usnas em Cascaa Trajeóra de Volume Água Vermelha Volume Úl [%] Água Vermelha Tempo [mês] 2 qef = 1692 m³/s 4 35 Água Vermelha qef = 2922 m³/s Defluênca [m³/s] qmax umn Solução Incal (M LT) Tempo [mês] Defluênca [m³/s] Tempo [mês] + Água Vermelha 2/4

40 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usnas em Cascaa Geração Hdráulca [MWmed] Toal Geração Geração Termelérca Água Vermelha Tempo [mês] 4 + Água Vermelha 3/4

41 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Usnas em Cascaa Água Vermelha Alura de Queda Líq. [m] hef = 9. m hef = 89.3 m Tempo [mês] Alura de Queda Líq. [m] hef = 53.5 m Tempo [mês] + Água Vermelha 4/4

42 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 42 Sensbldade às Condções Hdrológcas Δ Δ Água Vermelha Varação em relação à méda de longo ermo mensal (MLT) 6% (seca) 8% (moda) 1% (méda) 11% (chea) Hdrologa 1/2

43 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Sensbldade às Condções Hdrológcas Volume Úl [%] % % Tempo [mês] Volume Úl [%] Água Vermelha % Tempo [mês] 43 Defluênca [m³/s] qef = 1692 m³/s 11% 6% Defluênca [m³/s] qef = 2922 m³/s 11% 6% Água Vermelha Tempo [mês] Tempo [mês] Hdrologa 2/2

44 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 44 Sensbldade ao Cuso Termelérco 25 2 Cuso [1³ US$] Geração Térmca [1³ MW] Funções Objevo: Funções quadrácas: C = k G 2 Função Objevo 1/2

45 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Sensbldade ao Cuso Termelérco Trajeóra de Volume Água Vermelha Defluênca [m³/s] Volume Úl [%] qef = 1692 m³/s qmax umn Tempo [mês] Solução Incal (M LT) Tempo [mês] Defluênca [m³/s] Água Vermelha qef = 2922 m³/s Água Vermelha A varação do cuso de geração érmca não alera a solução Tempo [mês] Função Objevo 2/2

46 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 46 Omzação Deermnísca Programação Dnâmca Esocásca Omzação Deermnísca & Prevsor de Vazões Modelo PAR(1) Rede Neurofuzzy

47 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Hsórco de Vazões Nauras Vazão [m³/s] ma-5 ma-51 ma-52 ma-53 ma-54 ma-55 ma-56 ma-57 ma-58 ma-59 ma-6 Tempo [ano] 12 Trajeóra de Volume 1 Volume Úl [%] Ómo PDE ODPV+PAR ODPV+RNF ma-5 ma-51 ma-52 ma-53 ma-54 ma-55 ma-56 ma-57 ma-58 ma-59 ma-6 Tempo [ano]

48 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 48 Vazão [m³/s] Hsórco de Vazões Nauras ma-8 ma-81 ma-82 ma-83 ma-84 ma-85 ma-86 ma-87 ma-88 ma-89 ma-9 Tempo [ano] 12 Trajeóra de Volume 1 Volume Úl [%] Ómo PDE ODPV+PAR ODPV+RNF ma-8 ma-81 ma-82 ma-83 ma-84 ma-85 ma-86 ma-87 ma-88 ma-89 ma-9 Tempo [ano]

49 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO 49 Resumo Numérco - Polícas Geração Méda Máxma Mínma Desvo Cuso Médo OD PDE PAR RNF

50 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO e Água Vermelha 5 12 FURNAS - Trajeóra de Volume 1 Volume Úl [%] OD PDE RNF ma-5 ma-51 ma-52 ma-53 ma-54 ma-55 ma-56 ma-57 ma-58 ma-59 ma-6 Tempo [ano] 12 ÁGUA VERMELHA - Trajeóra de Volume 1 Volume Úl [%] OD PDE RNF ma-5 ma-51 ma-52 ma-53 ma-54 ma-55 ma-56 ma-57 ma-58 ma-59 ma-6 Tempo [ano] g Período Críco

51 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Influênca da Regra de Operação na Energa Armazenada 51 Emborcação Iumbara Regra 1 2 Lnear Políca Esvazar Emborcação Prmero Esvazar Iumbara Prmero Esvazar Emborcação e Iumbara Junas Energa [MWmês] Regra1 Ganho = = Lnear 3,9%

52 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Comparação com a Operação Verfcada 52 Emborcação Volume Úl 27.27% Defluênca 142 m³/s 23.46% 857 m³/s Ilha Solera 3.63% 55 m³/s Geração: 2667 MW g Relaóro ONS - Operação 15/2/21

53 POLÍTICAS DE OPERAÇÃO Aleração dos Volumes 53 Emborcação Volume Úl.% Defluênca 142 m³/s 14.46% 857 m³/s Ilha Solera 1%! Ganho: 4,13% 55 m³/s Geração: 2778 MW

54 PROBLEMAS DO SIN 54 Vermeno Turbnável x Geração Termelérca Toal Braslero 5 45 Vermeno Turbnável Energa [MW médo] Geração Termelérca

55 PROBLEMAS DO SIN 55 Vermeno Turbnável x Geração Termelérca 5 Energa [MW médo] Vermeno Turbnável - Iapu Geração Termelérca

56 PROBLEMAS DO SIN Armazenameno Ssema Sudese/Cenro-Oese Armazenameno [%] 1 Evolução da Energa Armazenada jan/97 jul/97 jan/98 jul/98 jan/99 jul/99 jan/ jul/ jan/1 jul/1 25 Tempo [mês] Vazões Médas Anuas de Iapu 56 Vazão [m³/s] Médas Anuas g Ladera a baxo

57 CONCLUSÃO 57 Frmar Energa Secundára Parque Termelérco Flexível Mercados Inerrupíves Energa Termelérca Geração Hdráulca E. Secundára Frmada E. Frme Geração Hdráulca Mercado Inerrup. E. Frme % 1% % 8% 1% Usnas Térmcas Mercanlsas

58 OPERAÇÃO ÓTIMA EM CASCATA 58