3º seminário Inserção de Novas Fontes Renováveis e Redes inteligentes no. Energético Nacional. Fontes Renováveis e Geração Flexível

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1 Centro de Pesquisas de Energia Elétrica - CEPEL 3º seminário Inserção de Novas Fontes Renováveis e Redes inteligentes no Título Planejamento do trabalho Energético Nacional Fontes Renováveis e Geração Flexível Autor/apresentador Área Maria Elvira Maceira Departamento de Otimização Energética e Meio Ambiente - DEA

2 Matriz Energética do Brasil Domestic Energy Supply (%) 2014 Millions of toe: % renewables: %p.y 2023 Millions of toe: % renewables: 42.5 WORLD (2010) RENEWABLES: 13% Source: MME/EPE - PDE 2023

3 Matriz Elétrica do Brasil 3 Domestic Electricity Supply (%) TWh 74.5% renewables 4.6%p.y TWh 86.1% renewables WORLD (2010) RENEWABLES: 19% Source: MME/EPE - PDE 2023

4 Matriz de Geração de Energia Elétrica no Brasil (2016) Biomassa 1/3 Fontes: ANEEL, Banco de Informações de Geração. Disponível em: Acesso em: 12/09/2016

5 Evolução da capacidade instalada de geração eólica no Brasil (MW) Estado Capacidade Instalada (set/2016) Parques Eólicos (set/2016) Bahia 1.718,1 68 Ceará 1.353,2 49 Paraíba 69,0 13 Paraná 2,5 1 Bahia 595,4 28 Ceará 777,6 28 Rio de Janeiro 28,1 1 Rio Grande do Norte 2.994,1 110 Rio Grande do Sul 1.553,8 67 Santa Catarina 242,5 15 Sergipe 34,5 1 Total 9.368,6 381 Fontes: ANEEL, Banco de Informações de Geração. Disponível em: Acesso em: 12/09/2016 GWEC, Global Wind Report Disponível em: Report_April-2016_22_04.pdf

6 Sistemas de Energia Elétrica Objetivo prover de forma confiável e econômica o suprimento de energia elétrica aos consumidores objetivos conflitantes Planejamento de Sistemas de Energia Elétrica determinar soluções de compromisso entre custos e confiabilidade refinar os métodos utilizados na alocação de recursos considerar as incertezas associadas considerar as características do sistema (e do país) interface com outros setores energéticos

7 Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento anos, discretização anual a horária Programas Oficiais MME EPE ANEEL ONS CCEE agentes Definição da Garantia Física Planejamento da Expansão; das Usinas ; e Planejamento e Programação da Operação; Elaboração das Diretrizes Comercialização da Energia de Curto-Prazo; para os Leilões de Energia.

8 Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento Planejamento da Expansão anos, discretização anual a horária Plano Decenal de Energia Programas Oficiais MME Planejamento da Operação de longo e médio prazo EPE ANEEL Planejamento da Operação de curto prazo ONS CCEE agentes Programação da Operação Definição da Garantia Física Planejamento da Expansão; das Usinas ; e Planejamento e Programação da Operação; Elaboração das Diretrizes Comercialização da Energia de Curto-Prazo; para os Leilões de Energia.

9 Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento Modelos de Otimização Estocástica anos, discretização anual a horária Modelos de Simulação Modelos de Geração de Cenários de Vazões Modelos de Previsão de Vazões e Ventos Modelos de Análise Financeira e Comercialização Programas Oficiais MME EPE ANEEL ONS CCEE agentes Modelos de Avaliação da Confiabilidade de Geração Planejamento da Expansão; Planejamento e Programação da Operação; Comercialização da Energia de Curto-Prazo; Definição da Garantia Física das Usinas ; e Elaboração das Diretrizes para os Leilões de Energia.

10 O Problema do Planejamento da Expansão Determinar uma estratégia de construção de reforços ao sistema usinas geradoras (hidráulicas, térmicas, etc.) interligações que minimize a soma custos de investimentos valor esperado dos custos de operação sujeita a restrições de confiabilidade no atendimento ao mercado consumidor

11 MATRIZ - Modelo de Projeção de Matriz Energética (Oferta) Aplicação de programação linear para a análise bottom-up da expansão de sistemas energéticos integrados com demandas energéticas exógenas Primário Secundário Carvão vapor Óleo cru P-S Gasolina Óleo diesel Eletricidade Refinaria Termelétrica Termelétrica S-S P-S

12 MATRIZ - Modelo de Projeção de Matriz Energética Um sistema energético pode ser descrito como um conjunto de reservas de energia primária e um conjunto de tecnologias especializadas capazes de transformar a energia primária em serviços energéticos As transformações ocorrem usualmente de forma encadeada, passando por vários níveis de energia: Primário (renováveis/não renováveis), Secundário, Final e Útil A cada nível de energia são definidas formas de energia as quais são transformadas em outras através de tecnologias. Objetivo: Minimização dos custos de investimentos em tecnologias que compõem um sistema energético somados com seus custos de operação Restrições: Limites..., Balanços..., Penalidades...

13 MELP Modelo de Expansão de Longo Prazo Objetivo Desenvolver metodologia para determinar planos de expansão de longo prazo Minimizar: custos de investimentos de novas fontes geradoras custos de reforços das interligações custos de operação Considerando Restrições: subproblema de investimento e operação problema de programação linear inteira mista de múltiplos estágios fornece a cada iteração uma estratégia de investimentos Resolução através do algoritmo de Branch & Bound função objetivo: minimizar o custo de operação para a hidraulicidade média, garantindo o atendimento da demanda no período crítico problema de programação linear representação simplificada a usinas individualizadas

14 Cadeia de Modelos para o Planejamento Energético Diferentes Horizontes e Graus de Detalhamento anos, discretização anual a horária Programas Oficiais MME EPE ANEEL ONS CCEE agentes Definição da Garantia Física Planejamento da Expansão; das Usinas ; e Planejamento e Programação da Operação; Elaboração das Diretrizes Comercialização da Energia de Curto-Prazo; para os Leilões de Energia.

15 odelos para o Planejamento Energético Previsões da velocidade e direção do vento até 48 horas á frente em bases horárias Dados de geração em tempo real Tempo real Previsões probabilísticas da geração para as próximas 48 horas Previsões da velocidade e direção do vento até 2 dias a frente em bases horárias Dados de geração em bases horárias Programação da Operação Dessem Previsões probabilísticas da geração para os próximos 2 dias

16 odelos para o Planejamento Energético Previsões das velocidades médias semanais e mensais Médias semanais e mensais da geração Planejamento da Operação Curto Prazo Decomp Previsões pontuais da geração eólica nas semanas do primeiro mês e modelagem implícita da incerteza da geração eólica / cenários mensais da geração eólica ao longo dos próximos meses Previsões das velocidades médias mensais Médias mensais da geração Planejamento da Operação Longo e Médio Prazo Newave Modelagem implícita da incerteza da geração eólica / Cenários mensais da geração eólica ao longo dos próximos anos

17 Série horária da velocidade do vento Média no período 6,6555 m/s Desvio padrão 3, CV

18 Série mensal da velocidade do vento Média no período 6,6555 m/s Desvio padrão m/s Hipótese de normalidade p-value = CV

19 Série horária da geração Média no período 632 kwh Desvio padrão 675,3 kwh CV 1,068176

20 Série mensal da geração Média no período 631,8352 KWh/h Desvio padrão 162,4183 kwh/h Hipótese de normalidade p-value = CV

21 Correlação entre Velocidade/Geração x Energia Natural Afluente Correlação mensal entre Vento e ENA = 0,31 Correlação mensal entre Geração Eólica e ENA = 0,26

22 Modelos de previsão probabilística da geração eólica para o curto prazo CEPEL Duas abordagens: 1) Regressão quantílica Quantis da geração eólica como uma função da velocidade 2) Gaussian Process & Kernel Density Estimator ( g) f ( g v) f ( v) f = dv Previsão probabilística até 48 horas à frente mediana

23 Previsões até 48 horas a frente Previsões para os dias 10 e 11 de Novembro de 2014 Processo Gaussiano & Regressão quantílica Kernel Density Estimator Previsões para os dias 11 e 12 de Novembro de 2014 Processo Gaussiano & Regressão quantílica Kernel Density Estimator

24 Previsões até 48 horas a frente Previsões para os dias 12 e 13 de Novembro de 2014 Processo Gaussiano & Regressão quantílica Kernel Density Estimator Previsões para os dias 13 e 14 de Novembro de 2014 Regressão quantílica Processo Gaussiano & Kernel Density Estimator

25 Obrigada