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PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS TERMOELÉTRICOS DE GERAÇÃO
Despacho Econômico e Unit Commitment
Prof.:Ivo Chaves da Silva Junior
26 de Julho de 2010
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Janeiro 2001
DECISÃO DE OPERAÇÃO
+ Falta de investimento
RACIONAMENTO DE ENERGIA
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Dezembro 2000CHARGE-2001(Verbo Apagar)
Junho 2001
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SOLUÇÃO ADOTADA: Aumento da Parcela
DISCUSSÃO SOBRE O MODELO ELÉTRICO BRASILEIRO
Gestão – Operação – Diversificação da matriz energética
Aumento da Confiabilidade do Sistema
Termoelétricas não dependem das condições meteorológicas
SOLUÇÃO ADOTADA: Aumento da Parcela Termoelétrica na matriz
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Confiabilidade do Sistema X Parcela Hidrotérmica
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PARCELA TERMOELÉTRICA = 15,5%
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PARCELA TERMOELÉTRICA = 81,8%
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Capacidade Instalada do Sistema Interligado Nacional – 31-12-2009
PARCELA TERMOELÉTRICA = 18,4%
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UNIDADES TERMOELÉTRICAS DE GERAÇÃO
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Classificação das Unidades Termoelétricas de Geração
1) CONVENCIONAIS:
Utilizam combustíveis fósseis comocarvão, óleo, gás natural,entre outros.
CANDIOTA (RS)
2) NUCLEARES:Utilizam combustíveis físseis como o urânio.
ANGRA 1 (RJ)
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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 Eletricidadehttp://www.youtube.com/watch?v=Mrx7SGv3dSs&feature=related
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Equivalência entre Fontes Térmicas de Energia (Combustíveis)
= = =
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Critérios de Implementação de uma Unidade Termoelétrica
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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.
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Desvantagens da Geração Termoelétrica:
Poluição atmosférica-CO2 (Óleo, Carvão, Gás Natural, entre outras);
Armazenamento de lixo radioativo (Nuclear);
Alto custo de Operação (Consumo de Combustível).
Grandes áreas de monocultura e desmatamento (Biomassa/Etanol);
Aquecimento das águas dos rios ;
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GRÁFICO COMPARATIVO DE EMISSÃO DE C02
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PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE
SISTEMAS TERMOELÉTRICOS
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Planejamento da Operação Termoelétrica
Determinação da quantidade de potência gerada (MW), despacho, porcada unidade termoelétrica de modo a atender a demanda do sistemaao menor custo possível de operação.ao menor custo possível de operação.
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(*) INFLEXIBILIDADE:A inflexibilidade caracteriza-
se pela necessidade de
geração mínima de uma
(*)nuclear
convencional
hidro
ORDEM DE DESPACHO
geração mínima de uma
determinada usina:
• Contrato de fornecimento
de combustível;
•Restrições técnicas.
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Planejamento da Operação Termoelétrica
Quanto cada unidade térmica deve gerar (MW) é baseado no CUSTO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
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GeraçãoMáxima
Custo UTE Despacho por Mérito
$MWDemanda(MW)
3ª
Demanda Atendida
$
$MW
MW
1ª
2ª
DPG�GER
i
i =∑=1
3ª
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Como é formado o custo de produção de energia das unidades termoelétricas?
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Planejamento da Operação Termoelétrica
CUSTO DE INVESTIMENTORelacionado com a construção da usina termoelétrica( Equipamentos, Construção Civil, Montagem, Engenharia e Administração)
CUSTO DA ENERGIA GERADATERMOELÉTRICA
Administração)
CUSTO DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃORelacionados com o pessoal da usina, tratamento químico, peças e materiais.
CUSTO DE COMBUSTÍVELRelacionado ao tipo de combustível utilizado
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DESPACHO ÓTIMO: REPRESENTAÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
CONSIDERANDO O SISTEMA DE TRANSMISSÃO
(perdas na transmissão ou não)
SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)
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PERGUNTA:
QUAL A IMPLICAÇÃO NO DESPACHO ECONÔMICO DE ACORDO COM A REPRESENTAÇÃO ADOTADA?ACORDO COM A REPRESENTAÇÃO ADOTADA?
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DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITOPODE SOFRER ALTERAÇÕES DEVIDO AS RESTRIÇÕES DE TRANSMISSÃO
DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITOGARANTIDO.
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DESPACHO ECONÔMICO: PRIMEIRA ANÁLISE
SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)
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20$/MWh
5$/MWh
FUNÇÃO OBJETIVO:Minimização do Custo Operacional
Sujeito a:
1PG
2PG
Formulação do Problema de Otimização
201 1 ≤≤ PG
5$/MWh
10 $/MWh
14 MW
Inequação: Limites Operacionais
Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa2PG
3PG
51 2 ≤≤ PG
150 3 ≤≤ PG
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Inequação: Limites Operacionais
Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa
FUNÇÃO OBJETIVO:Minimização do Custo Operacional
Sujeito a:
),(150
),( 51
),(201
)(14
.
.10.5.20
33
3
22
2
11
1
321
321
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
PG
PG
PPGPGPG
as
PGPGPGMinimizar
ππ
ππ
ππ
λ
≤≤
≤≤
≤≤
=++
++
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),( 51
),(201
)(14
.
.10.5.20
22
11
1
321
321
PGPG
PG
low
PG
up
PG
PG
PPGPGPG
as
PGPGPGMinimizar
ππ
ππ
λ
≤≤
≤≤
=++
++Problema classificado como
de otimização linear
),(150
),( 51
33
3
22
2
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
PG
ππ
ππ
≤≤
≤≤
Resolução via
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)(14
.
.10.5.20
321
321
PPGPGPG
as
PGPGPGMinimizar
λ=++
++
),(150
),( 51
),(201
33
3
22
2
11
1
321
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
PG
PG
ππ
ππ
ππ
≤≤
≤≤
≤≤
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DISPLAY MODEL:
),(150
),( 51
),(201
)(14
.
.10.5.20
33
3
22
2
11
1
321
321
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
PG
PG
PPGPGPG
as
PGPGPGMinimizar
ππ
ππ
ππ
λ
≤≤
≤≤
≤≤
=++
++
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SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)
Variáveis Primais
Variáveis Duais
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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 darestrição 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)
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ANÁLISE DO VALOR DAS VARIÁVEIS DUAIS
Se aumentarmos o limite de geração em 1MW a função objetivo reduz $5.
Se aumentarmos a demanda em 1MW a função objetivo aumenta $10.
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)(15
.
.10.5.20
321
321
PPGPGPG
as
PGPGPGMinimizar
λ=++
++
Se aumentarmos a demanda em 1MW a função objetivo aumenta $10.
),(150
),( 51
),(201
)(15
33
3
22
2
11
1
321
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
PG
PG
PPGPGPG
ππ
ππ
ππ
λ
≤≤
≤≤
≤≤
=++
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SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)
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.
.10.5.20 321
as
PGPGPGMinimizar ++
Se aumentarmos o limite de geração (bagaco) em 1MW a função objetivo aumenta $5.
),(150
),( 61
),(201
)(14
33
3
22
2
11
1
321
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
low
PG
up
PG
PG
PG
PPGPGPG
ππ
ππ
ππ
λ
≤≤
≤≤
≤≤
=++
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SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)
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OS MULTIPLICADORES DE LAGRANGE SÃO IMPORTANTESINDICADORES DE QUANTO O CUSTO OPERACIONAL (FOB) ÉALTERADO COM A VARIAÇÃO DE RECURSOS COMO : CARGA ,LIMITES DE GERAÇÃO, CAPACIDADE DE TRANSMISSÃO,ENTRE OUTROS.
VARIÁVEL DE EXTREMA IMPORTÂNCIAPARA O PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃOE DA EXPANSÃO DO SISTEMA.
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PROGRAMA COMPUTACIONAL UTILIZADO PELO SETOR
CLAST.DAT
CONFT.DAT
TERM.DAT
EXPT.DATArquivos relacionados com as unidades termoelétrica
MANUTT.DAT
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ARQUIVO NEWAVE: CLAST.DAT (Classe Térmicas)
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ARQUIVO NEWAVE: CONFT.DAT (Configuração Termoelétrica)
EE – Existente e Expansão
EX – Existente
NE – Não Existente
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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)
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ARQUIVO NEWAVE: TERM.DAT ( Dados das Usinas Termoelétricas)
POT – Capacidade Instalada(MW) FCMX – Fator de Capacidade (%) TEIF – Indisponibilidade Forçada(%).
)100
1()100
1(100
max
IPTEIFFCMXPOTPOT −×−××=
POT – Capacidade Instalada(MW) FCMX – Fator de Capacidade (%) TEIF – Indisponibilidade Forçada(%).
IP – Indisponibilidade Programada (%)
MW574)100
8,91()
100
31(
100
100657max ≅−×−××=POT
EXEMPLO:
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ARQUIVO NEWAVE: EXPT.DAT ( Expansão das Usinas Termoelétricas)
POTEF – Capacidade Instalada(MW)
IPTER – Indisponibilidade (%)
GTMIN – Geração Mínima (Mwmês)
FCMAX – Fator de Capacidade (%)
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ARQUIVO NEWAVE: MANUTT.DAT ( Manutenção das Usinas Termoelétricas)
DUR – Manut.em dias
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PPEE
ARQUIVO NEWAVE
LEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIALEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIA
Arquivo padrão LINGO
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1º TRABALHO
COM BASE NO ARQUIVO CONFT (LINGO), FAZER O DESPACHOTERMOELÉTRICO DA REGIÃO SUDESTE CONSIDERANDO UMMERCADO A SER ATENDIDO DE 4150 MW.
ENTREGA : 23-08-2010 (ALUNOS GRADUAÇÃO E MESTRADO)
Arquivo CONFT (LINGO) DISPONÍVEL EM:
www.ufjf.br/ivo_junior