PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS TERMOELÉTRICOS DE GERAÇÃO. Despacho Econômico e Unit Commitment. Prof.:Ivo Chaves da Silva Junior

Transcrição

1 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS TERMOELÉTRICOS DE GERAÇÃO Despacho Econômico e Unit Commitment Prof.:Ivo Chaves da Silva Junior ivo.junior@ufjf.edu.br 26 de Julho de 200

2 Janeiro 200 DECISÃO DE OPERAÇÃO + Falta de investimento RACIONAMENTO DE ENERGIA

3 Dezembro 2000 CHARGE-200 (Verbo Apagar) Junho 200

4 DISCUSSÃO SOBRE O MODELO ELÉTRICO BRASILEIRO Gestão Operação Diversificação da matriz energética SOLUÇÃO ADOTADA: Aumento da Parcela Termoelétrica na matriz Termoelétricas não dependem das condições meteorológicas Aumento da Confiabilidade do Sistema

5 Confiabilidade do Sistema X Parcela Hidrotérmica

6 PARCELA TERMOELÉTRICA = 5,5%

7 PARCELA TERMOELÉTRICA = 8,8%

8 Capacidade Instalada do Sistema Interligado Nacional PARCELA TERMOELÉTRICA = 8,4%

9 UNIDADES TERMOELÉTRICAS DE GERAÇÃO

10 Classificação das Unidades Termoelétricas de Geração ) CONVENCIONAIS: Utilizam combustíveis fósseis como carvão, óleo, gás natural,entre outros. CANDIOTA (RS) 2) NUCLEARES: Utilizam combustíveis físseis como o urânio. ANGRA (RJ)

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13 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 Eletricidade

14 Equivalência entre Fontes Térmicas de Energia (Combustíveis) = = =

15 Critérios de Implementação de uma Unidade Termoelétrica

16 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.

17 Desvantagens da Geração Termoelétrica: Poluição atmosférica-co2 (Óleo, Carvão, Gás Natural, entre outras); Armazenamento de lixo radioativo (Nuclear); Aquecimento das águas dos rios ; Grandes áreas de monocultura e desmatamento (Biomassa/Etanol); Alto custo de Operação (Consumo de Combustível).

18 GRÁFICO COMPARATIVO DE EMISSÃO DE C02

19 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS TERMOELÉTRICOS

20 Planejamento da Operação Termoelétrica Determinação da quantidade de potência gerada (MW), despacho, por cada unidade termoelétrica de modo a atender a demanda do sistema ao menor custo possível de operação.

21 nuclear (*) (*) INFLEXIBILIDADE: A inflexibilidade caracterizase pela necessidade de geração mínima de uma determinada usina: Contrato de fornecimento de combustível; Restrições técnicas. hidro convencional ORDEM DE DESPACHO

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23 Planejamento da Operação Termoelétrica Quanto cada unidade térmica deve gerar (MW) é baseado no CUSTO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA

24 Geração Máxima Custo UTE Despacho por Mérito MW $ Demanda(MW) MW $ 3ª 2ª ª Demanda Atendida MW $ GER i = i= D

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

26 Planejamento da Operação Termoelétrica CUSTO DE INVESTIMENTO Relacionado com a construção da usina termoelétrica ( Equipamentos, Construção Civil, Montagem, Engenharia e Administração) CUSTO DA ENERGIA GERADA TERMOELÉTRICA CUSTO DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃO Relacionados com o pessoal da usina, tratamento químico, peças e materiais. CUSTO DE COMBUSTÍVEL Relacionado ao tipo de combustível utilizado

27 DESPACHO ÓTIMO: REPRESENTAÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA) CONSIDERANDO O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (perdas na transmissão ou não)

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

29 DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITO PODE SOFRER ALTERAÇÕES DEVIDO AS RESTRIÇÕES DE TRANSMISSÃO DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITO GARANTIDO.

30 DESPACHO ECONÔMICO: PRIMEIRA ANÁLISE SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)

31 2 20$/MWh 20 5$/MWh 2 5 Formulação do Problema de Otimização FUNÇÃO OBJETIVO: Minimização do Custo Operacional Sujeito a: Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa Inequação: Limites Operacionais 3 0 $/MWh MW

32 FUNÇÃO OBJETIVO: Minimização do Custo Operacional Sujeito a: Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa Inequação: Limites Operacionais Minimizar s. a = ( λp) ( π ( π ( π up 2 up 3 up 3, π, π, π low ) 2 low 3 low ) )

33 ), ( 5 ), ( 20 ) ( low up P a s Minimizar π π π π λ = Problema classificado como de otimização linear ), ( 5 0 ), ( low up low up π π π π Resolução via

34 ) ( P a s Minimizar λ = ), ( 5 0 ), ( 5 ), ( low up low up low up π π π π π π

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36 DISPLAY MODEL: ), ( 5 0 ), ( 5 ), ( 20 ) ( low up low up low up P a s Minimizar π π π π π π λ =

37 SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO) Variáveis Primais Variáveis Duais

38 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 da restrição 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)

39 ANÁLISE DO VALOR DAS VARIÁVEIS DUAIS Se aumentarmos o limite de geração em MW a função objetivo reduz $5. Se aumentarmos a demanda em MW a função objetivo aumenta $0.

40 Se aumentarmos a demanda em MW a função objetivo aumenta $0. Minimizar s. a = ( λ P ) ( π ( π ( π up 2 up 3 up 3, π, π, π low ) 2 low 3 low ) )

41 SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)

42 Se aumentarmos o limite de geração (bagaco) em MW a função objetivo aumenta $5. Minimizar s. a = 4 ( λp) ( π ( π ( π up 2 up 3 up, π, π, π low ) 2 low 3 low ) )

43 SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)

44 OS MULTIPLICADORES DE LAGRANGE SÃO IMPORTANTES INDICADORES DE QUANTO O CUSTO OPERACIONAL (FOB) É ALTERADO COM A VARIAÇÃO DE RECURSOS COMO : CARGA, LIMITES DE GERAÇÃO, CAPACIDADE DE TRANSMISSÃO, ENTRE OUTROS. VARIÁVEL DE EXTREMA IMPORTÂNCIA PARA O PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO E DA EXPANSÃO DO SISTEMA.

45 PROGRAMA COMPUTACIONAL UTILIZADO PELO SETOR CLAST.DAT CONFT.DAT EXPT.DAT TERM.DAT MANUTT.DAT Arquivos relacionados com as unidades termoelétrica

46 ARQUIVO NEWAVE: CLAST.DAT (Classe Térmicas)

47 ARQUIVO NEWAVE: CONFT.DAT (Configuração Termoelétrica) EE Existente e Expansão EX Existente NE Não Existente

48 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)

49 ARQUIVO NEWAVE: TERM.DAT ( Dados das Usinas Termoelétricas) POT max = POT FCMX 00 ( TEIF 00 IP ) ( ) 00 POT Capacidade Instalada(MW) FCMX Fator de Capacidade (%) TEIF Indisponibilidade Forçada(%). IP Indisponibilidade Programada (%) EXEMPLO: POT max = ( 3 ) 00 ( 9,8 ) MW

50 ARQUIVO NEWAVE: EXPT.DAT ( Expansão das Usinas Termoelétricas) POTEF Capacidade Instalada(MW) FCMAX Fator de Capacidade (%) GTMIN Geração Mínima (Mwmês) IPTER Indisponibilidade (%)

51 ARQUIVO NEWAVE: MANUTT.DAT ( Manutenção das Usinas Termoelétricas) DUR Manut.em dias

52 ARQUIVO NEWAVE PPEE LEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIA Arquivo padrão LINGO

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54 º TRABALHO COM BASE NO ARQUIVO CONFT (LINGO), FAZER O DESPACHO TERMOELÉTRICO DA REGIÃO SUDESTE CONSIDERANDO UM MERCADO A SER ATENDIDO DE 450 MW. ENTREGA : (ALUNOS GRADUAÇÃO E MESTRADO) Arquivo CONFT (LINGO) DISPONÍVEL EM: