Metodologias e Critérios para o planejamento de Sistemas de Energia Elétrica Dr. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila

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1 Universidade Federal de Paraná Setor de Tecnologia Departamento de Engenharia Elétrica Metodologias e Critérios para o planejamento de Sistemas de Energia Elétrica Dr. Eng. Clodomiro Unsihuay Vila Curitiba-Brasil, 20 de Junio del 2014

2 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS DE ENERGIA ELETRICA

3 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMA DE GERAÇÃO Sistemas Hidrotérmicos de Geração Sistemas Termoelétricos de Geração Objetivo: Minimização do Custo Operacional e Garantia de Atendimento ao Mercado

4 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO NEWAVE médio prazo horizonte: 5 anos etapas: mensais DECOMP curto prazo horizonte: 1 a 12 meses etapas: semanais DESSEM programação diária horizonte: 1 semana etapas: ½ hora

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7 Metodologia de Planejamento da operação Como operar o sistema?..o que fazer? Usar água $ presente baixo.. o que pode acontecer conseqüências futuras -- $ OK $ baixo déficit $ alto $ presente alto vertimento desperdício $ = 0 OK $ baixo

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9 Operação Hidrotérmica Presente Futuro Consequências Afluências Usar Água Geração Térmica Minimizada Guardar Água Geração Térmica Maximizada Úmidas Secas Úmidas Secas OK Ações do ONS para evitar déficit Vertimento = Desperdício OK

10 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS O exemplo abaixo mostra como é construída a estratégia de minimização do Custo Total pela soma do Custo Futuro com o Custo Imediato. Hipótese (1): Em um determinado mês, apenas a água estocada em uma usina hidroelétrica é utilizada 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-se combustível (que tem que ser pago), e tem-se um Custo Imediato ALTO.

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12 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.

13 Minimização do Custo Total Custo Total = Custo Futuro + Custo Imediato $ Custo Imediato Valor da água Custo Futuro Volume ao final do estágio % CT FCI FCF Volume para mínimo custo total 0 v v v

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15 Operação Otimizada dos Sistemas Elétricos OBJETIVO: Minimizar custo total, do presente ao futuro (Exemplo um horizonte de 5 anos), através de decisões de: Geração Térmica Geração Hidráulica Intercâmbio entre regiões Corte de carga (déficit)

16 A Função de Custo Futuro e o Valor da Água Custo Total = Custo Futuro + Custo Imediato $ Atende à carga com água Volume: ZERO Custo imediato: ZERO Custo futuro: ALTO Custo Imediato Atende à carga com óleo Volume: 100% Custo imediato: ALTO Custo futuro: BAIXO volume a 0% volume a 100% Custo Futuro Volume para mínimo custo total

17 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.

18 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?

19 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS EQUAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICO A que está associada? Como é esta equação? UHE 1 UHE 2 Va Va afl Qt St UHE1 UHE1 UHE1 UHE1 UHE1 f i UHE 3 Va Va afl Qt St Qt UHE 2 UHE 2 UHE 2 UHE 2 UHE 2 UHE1 UHE1 f i St Va Va afl Qt St Qt St UHE 3 UHE3 UHE 3 UHE3 UHE3 UHE 2 UHE 2 f i Oceano

20 PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS HIDROTÉRMICOS Va afl UHE1 i UHE Equações de Balanço do Sistema : Hídrico : Va UHE1 f Qt UHE1 St UHE1 Potência : GT UTE DEFICIT 0.95 Qt UHE 1 68 UHE1 GH

21 FUNÇÃO OBJETIVO: Minimização do Custo Operacional Sujeito a: Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa Restrição de Igualdade: Balanço Hídrico Inequação: Limites Operacionais Minimizar 150. GT DEFICIT s. a 0.95Qt GT DEFICIT 68 ( P) Va f Qt St ( H ) 0 GT 50 0 DEFICIT 68 0 Qt St Va 100 ( ( ( ( ( GT up Qt up St up Va up, DEFICIT up,,, GT low Qt low St low, ) Va low ) ) ) DEFICIT low )

22 Resolução do Problema de Otimização RESOLVER O PROBLEMA DE OTIMIZAÇÃO NO MATLAB!!! OBS: Resolvemos para um caso pontual!!!! ÚNICO CENÁRIO ( TEMPO, MERCADO e AFLUÊNCIA)

23 DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico 2 estágios)

24 DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico 2 estágios)

25 DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico 2 estágios)

26 DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico 2 estágios)

27 DESPACHO HIDROTÉRMICO (Exemplo Determinístico 2 estágios)

28 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 imediato das térmicas com Despacho Hidrotérmico o custo de 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!

29 Planejamento da Expansão da Geração PE : Ampliação da capacidade instalada do sistema PDE que define as licitações de usinas e linhas de transmissão. PO: Resultado dos leilões condiciona a oferta para a elaboração do Plano de operação. Realizada a Operação, faz-se o registro da produção e dos fluxos elétrico que servem de base para a analise do desempenho do sistema no âmbito do ONS e o processo de contabilização e liquidação das transações de energia no mercado de curto prazo da CCEE.

30 Planejamento da Expansão PE determinar a data, a quantidade e o local dos empreendimentos necessários para atender o crescimento 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.

31 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)

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35 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.

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37 OBJETIVO Determinar o cronograma de investimento de mínimo custo soma dos custos de investimento mais o valor esperado dos custos de operação para a construção de novos geradores hidroelétricos e/ou térmicos e linhas de interconexão entre sistemas. O valor esperado dos custos operativos se calcula tendo em conta diversos cenários hidrológicos para cada um dos quais se realiza uma otimização determinística e os resultados se ponderam de acordo à probabilidade associada a cada cenário.

38 OBJETIVO Determinar o cronograma de investimento de mínimo custo soma dos custos de investimento mais o valor esperado dos custos de operação para a construção de novos geradores hidroelétricos e/ou térmicos e linhas de interconexão entre sistemas. O valor esperado dos custos operativos se calcula tendo em conta diversos cenários hidrológicos para cada um dos quais se realiza uma otimização determinística e os resultados se ponderam de acordo à probabilidade associada a cada cenário.

39 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.

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41 Processo do PE