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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 2010
Janeiro 2001
DECISÃO DE OPERAÇÃO
+ Falta de investimento
RACIONAMENTO DE ENERGIA
Dezembro 2000CHARGE-2001(Verbo Apagar)
Junho 2001
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
Confiabilidade do Sistema X Parcela Hidrotérmica
PARCELA TERMOELÉTRICA = 15,5%
PARCELA TERMOELÉTRICA = 81,8%
Capacidade Instalada do Sistema Interligado Nacional – 31-12-2009
PARCELA TERMOELÉTRICA = 18,4%
UNIDADES TERMOELÉTRICAS DE GERAÇÃO
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)
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
Equivalência entre Fontes Térmicas de Energia (Combustíveis)
= = =
Critérios de Implementação de uma Unidade Termoelétrica
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.
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 ;
GRÁFICO COMPARATIVO DE EMISSÃO DE C02
PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE
SISTEMAS TERMOELÉTRICOS
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.
(*) 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.
Planejamento da Operação Termoelétrica
Quanto cada unidade térmica deve gerar (MW) é baseado no CUSTO DE PRODUÇÃO DE ENERGIA
GeraçãoMáxima
Custo UTE Despacho por Mérito
$MWDemanda(MW)
3ª
Demanda Atendida
$
$MW
MW
1ª
2ª
DPG�GER
i
i =∑=1
3ª
Como é formado o custo de produção de energia das unidades termoelétricas?
Planejamento da Operação Termoelétrica
CUSTO DE INVESTIMENTORelacionado com a construção da usina termoelétrica( Equipamentos, Construção Civil, Montagem, Engenharia e Administração)
CUSTO DA ENERGIA GERADATERMOELÉTRICA
Administração)
CUSTO DE OPERAÇÃO E MANUTENÇÃORelacionados com o pessoal da usina, tratamento químico, peças e materiais.
CUSTO DE COMBUSTÍVELRelacionado ao tipo de combustível utilizado
DESPACHO ÓTIMO: REPRESENTAÇÃO DO SISTEMA ELÉTRICO
CONSIDERANDO O SISTEMA DE TRANSMISSÃO
(perdas na transmissão ou não)
SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)
PERGUNTA:
QUAL A IMPLICAÇÃO NO DESPACHO ECONÔMICO DE ACORDO COM A REPRESENTAÇÃO ADOTADA?ACORDO COM A REPRESENTAÇÃO ADOTADA?
DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITOPODE SOFRER ALTERAÇÕES DEVIDO AS RESTRIÇÕES DE TRANSMISSÃO
DESPACHO POR ORDEM DE MÉRITOGARANTIDO.
DESPACHO ECONÔMICO: PRIMEIRA ANÁLISE
SEM CONSIDERAR O SISTEMA DE TRANSMISSÃO (BARRA ÚNICA)
20$/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
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
≤≤
≤≤
≤≤
=++
++
),( 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
)(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
≤≤
≤≤
≤≤
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
≤≤
≤≤
≤≤
=++
++
SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)
Variáveis Primais
Variáveis Duais
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)
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.
)(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
≤≤
≤≤
≤≤
=++
SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)
.
.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
≤≤
≤≤
≤≤
=++
SOLUÇÃO DO PROBLEMA ( LINGO)
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.
PROGRAMA COMPUTACIONAL UTILIZADO PELO SETOR
CLAST.DAT
CONFT.DAT
TERM.DAT
EXPT.DATArquivos relacionados com as unidades termoelétrica
MANUTT.DAT
ARQUIVO NEWAVE: CLAST.DAT (Classe Térmicas)
ARQUIVO NEWAVE: CONFT.DAT (Configuração Termoelétrica)
EE – Existente e Expansão
EX – Existente
NE – Não Existente
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)
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:
ARQUIVO NEWAVE: EXPT.DAT ( Expansão das Usinas Termoelétricas)
POTEF – Capacidade Instalada(MW)
IPTER – Indisponibilidade (%)
GTMIN – Geração Mínima (Mwmês)
FCMAX – Fator de Capacidade (%)
ARQUIVO NEWAVE: MANUTT.DAT ( Manutenção das Usinas Termoelétricas)
DUR – Manut.em dias
PPEE
ARQUIVO NEWAVE
LEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIALEITURA DOS ARQUIVOS DO NEWAVE VIA
Arquivo padrão LINGO
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