Aula 2 Introducao Planejamento Energetico

Aula 2:Introduo ao Planejamento de

Sistemas Eletro-Energticos

Planejamento de Sistemas Energticos

Sistemas Eletro-Energticos

Docente: Dr. Raphael Augusto de Souza BeneditoE-mail:[email protected] em: http://paginapessoal.utfpr.edu.br/raphaelbenedito

Contedo

1. Introduo2. Planejamento da Expanso de Sistemas de

GeraoGerao3. Planejamento da Operao Energtica

1. Introduo ao Planejamento de Sistemas Eletro-Energticos

O que planejamento? O processo de planejamento pode ser definido como a anlise

sistemtica e ordenada de informaes com o objetivo desubsidiar a tomada de decises.

O que planejamento de um Sistema Eletro-Energtico? O que planejamento de um Sistema Eletro-Energtico? O planejamento de um Sistema de Energia Eltrica significa

chegar a uma soluo de compromisso entre a minimizao doscustos de investimentos e operao, e o atendimento a padrespr-estabelecidos:

de continuidade do suprimento; de qualidade do produto final (padro de regulao de tenso e

freqncia).

1. Introduo ao Planejamento de Sistemas Eletro-Energticos

Como o planejamento de Sistemas de Potncia uma atividadeextremamente complexa, envolvendo vrios agentes de gerao,transmisso e distribuio, e alm disso, englobando horizontesdistintos de anlise, costuma-se dividi-lo.

Planejamento de Sistemas

Planejamento da Expanso

Planejamento de Sistemas Eletro-Energticos

Planejamento da Operao

GeraoTransmissoDistribuioCurto-PrazoMdio-PrazoLongo-Prazo

Agentes:

Horizontesde anlise:

GeraoTransmissoDistribuioCurto-PrazoMdio-PrazoLongo-Prazo

Agentes:

Horizontesde anlise:

2. Planejamento da Expanso de Sistemas de Gerao

Planejamento da Expanso Principais informaes a serem tratadas:

Caractersticas fsico-operativas e econmicas das fontes de gerao;

Previses de consumo do mercado Previses de consumo do mercado

As decises a serem tomadas envolvem a alocao temporal e espacial das capacidades de gerao necessrias para atender ao crescimento da demanda ao longo do horizonte de planejamento.


Estudos de Planejamento da Expanso do Sistema Gerador Em termos de atividades, os estudos podem ser

divididos em duas atividades distintas:divididos em duas atividades distintas: O dimensionamento das fontes de gerao; A determinao do programa de expanso do

sistema.


Estudos de Planejamento da Expanso do Sistema Gerador Englobam o conhecimento, avaliao e

dimensionamento dos recursos energticos dimensionamento dos recursos energticos disponveis;

Devem ser feitos com at 30 anos de antecedncia da entrada em operao das usinas (hidreltricas);

Envolvem a anlise de novas tecnologias (em todos os aspectos).


Estudos de Planejamento da Expanso do Sistema Gerador Estudos detalhados:

Inventrio hidreltrico das bacias hidrogrficas ( Inventrio hidreltrico das bacias hidrogrficas (montante e jusante do aproveitamento) e/ou inventriotermoeltrico (no caso de usinas trmicas);

Viabilidade tcnico-econmica dos aproveitamentosinventariados;

Viabilidade do projeto bsico e do projeto de execuode cada aproveitamento.


Estudos de Planejamento da Expanso do Sistema Gerador Tambm podem ser divididos em etapas, com

horizontes e periodicidades distintas:horizontes e periodicidades distintas:Estudos de Longo Prazo

Estudos de Mdio Prazo

Estudos de Curto Prazo


- Analisam um horizonte de aproximadamente 30 anos epermitem identificar as linhas mestras de desenvolvimento do

Estudos de Longo Prazo

permitem identificar as linhas mestras de desenvolvimento dosistema, fixando as metas para o programa de expanso demdio prazo, em funo:

- da composio esperada do parque gerador;- das capacidades estimadas dos troncos de transmisso;- e do desenvolvimento de processos tecnolgicos e

industriais.


- Analisam o atendimento ao mercado nos prximos 15 anos, eestabelecem o programa de expanso do sistema eltrico de

Estudos de Mdio Prazo

estabelecem o programa de expanso do sistema eltrico deforma a atender os requisitos de qualidade de suprimento emnveis pr-determinados, a custo mnimo.


- Representam os ajustes do programa de expanso do sistemafrente a variaes conjunturais, tais como:

Estudos de Curto Prazo

frente a variaes conjunturais, tais como:- Mudanas das previses de mercado;- Atrasos nos cronogramas de obras (questes ambientais, indgenas,

etc);- Restries nos recursos financeiros.

- Seu horizonte de anlise de 10 anos.


=> Dimensionamento das Fontes de Gerao

Critrios utilizados no dimensionamento energtico-econmico:

Bsico: (Maximizar a funo benefcio energtico total)Bsico: (Maximizar a funo benefcio energtico total) (custo total da usina)

sendo que o benefcio energtico de uma usina suacapacidade de gerao de energia e potncia.

- Os benefcios energticos so avaliados empregando-se modeloscomputacionais de otimizao e de simulao da operao de sistemashidrotrmicos, tomando por base uma configurao de referncia dapoca em que a usina em estudo ser agregada ao sistema.


=> Dimensionamento das Fontes de Gerao

No Brasil so considerados trs BenefciosEnergticos: Energia Garantida ou Firme Energia Garantida ou Firme

a energia comercializvel com garantia de atendimento a umdeterminado mercado; poder ser aquela garantida por 95% dotempo em simulao da operao da usina

Potncia Garantida ou Capacidade de Ponta Garantida representa a capacidade mxima de gerao de potncia do

aproveitamento Energia Secundria

representa o excesso de gerao de energia, em relao energiafirme/comercializvel


=> Dimensionamento das Fontes de Gerao Valor econmico dos benefcios energticos:

A valorizao econmica dos benefcios energticos utilizaos custos marginais de referncia para dimensionamento.os custos marginais de referncia para dimensionamento.

Tais custos representam os custos marginais de substituiodos benefcios considerados, e so funo do perodo emque se considera a entrada em operao do aproveitamento.

Tipos de Custos Marginais:i) Custo Marginal de dimensionamento de energia firma (R$ / MWh);ii) Custo Marginal de dimensionamento de ponta (R$ / MW );iii) Custo Marginal de dimensionamento de energia secundria (R$ / MWh).


=> Etapas de estudo de um aproveitamento Hidreltrico

Etapa 1: Estimativa Etapa 2: Inventrio Etapa 2: Inventrio Etapa 3: Viabilidade Etapa 4: Projeto Bsico Etapa 5: Projeto Executivo


Etapa 1: Estimativa

- Representa uma anlise preliminar das caractersticas das baciashidrogrficas, especialmente quanto aos aspectos topogrficos,hidrogrficos e geolgicos, a partir de avaliaes em escritrio;hidrogrficos e geolgicos, a partir de avaliaes em escritrio;

- Define uma primeira estimativa do potencial hidreltrico, donmero de locais barrveis, dos custos de desenvolvimento dosempreendimentos, dos custos dos estudos de inventrio das baciasenvolvidas e seus prazos de execuo.


Etapa 2: Inventrio

- Representa a definio do potencial hidreltrico de uma baciahidrogrfica, o estudo da diviso de queda e a estimativa do custo decada aproveitamento hidreltrico a nvel de oramentos-padro;cada aproveitamento hidreltrico a nvel de oramentos-padro;

- Tem por objetivo a escolha dos aproveitamentos que, no conjunto,propiciam um mximo de energia ao menor custo e com um mnimode efeitos sobre o meio ambiente.


Etapa 3: Viabilidade

- Consiste na definio da concepo global de um determinadoaproveitamento da alternativa de diviso de queda escolhida naetapa de inventrio;etapa de inventrio;

- Leva-se em considerao sua otimizao tcnico-econmica-ambiental, seu dimensionamento final, a definio do melhor eixode barramento, arranjo geral, nveis dgua operativos, quedas,volume do reservatrio, potncia a ser instalada, nmero e tipo deunidades, alm de benefcios e custos associados.


Etapa 4: Projeto Bsico- Consiste no detalhamento do aproveitamento, de acordo com suaconcepo na etapa de viabilidade, com a elaborao do seuoramento final e a definio das obras civis e dos equipamentosoramento final e a definio das obras civis e dos equipamentospermanentes visando as respectivas licitaes e a construo dausina.


Etapa 5: Projeto Executivo- Detalhamento do projeto bsico a nvel construtivo, com aelaborao dos desenhos, detalhamento das obras civis e dosequipamentos eletromecnicos necessrios execuo da obra eequipamentos eletromecnicos necessrios execuo da obra emontagem dos equipamentos.

3. Planejamento da Operao Energtica de Sistemas Hidrotrmicos

Sistemas hidrotrmicos de gerao so compostos de usinas termoeltricas convencionais ou nucleares, e

usinas hidreltricas, ligadas aos centros de carga atravs de um sistema de transmisso.


Objetivos da Operao de Sistemas Hidrotrmicos de Gerao:= > Determinar uma estratgia de gerao em cada usina que minimize o

valor esperado dos custos operativos no perodo de planejamento

Custos operativos* incluem: os gastos com os combustveis das usinas termoeltricas; eventuais compras de energia de sistemas vizinhos; e os custos de no atendimento carga

*Obs: geralmente associa-se custo nulo para a gua


Operao de Sistemas Hidrotrmicos de Gerao: Problema extremamente complexo

Devido a limitao hidreltrica, na forma de volume dgua armazenado nos reservatrios;

Porque cria uma dependncia entre decises tomadas num estgio Porque cria uma dependncia entre decises tomadas num estgio qualquer e suas conseqncias futuras.

Problema probabilstico Devido impossibilidade de se ter um conhecimento perfeito das

futuras afluncias aos aproveitamentos e da curva de carga do sistema

Afetando tanto a capacidade de produo mdia de energia quanto a mxima (ponta), sendo que esta ltima depende das alturas de queda nos reservatrios que, por sua vez, dependem do armazenamento


Existem ainda outras complicaes: Decorrentes da necessidade de atendimento s restries

hidrulicas decorrentes do uso mltiplo de gua (navegao,saneamento, etc), e das regras de segurana para controle decheias nas bacias

Resumindo:O planejamento da operao de um sistema hidrotrmico tem que levar emconta um amplo espectro de atividades, abrangendo desde a otimizaoplurianual dos reservatrios, at o despacho das usinas, levando em contaas restries operativas.


As complexidades do problema no podem ser acomodadas por um modelonico e torna-se necessrio a utilizao de cadeias de modelos com diferenteshorizontes de planejamento e graus de detalhe na representao do sistema.Veja a seguir:


Planejamento da Operao de Mdio Prazo:- Nesta fase o horizonte de estudo de cinco anos, discretizado em etapasmensais;- Faz-se uma representao detalhada do processo estocstico de vazesafluentes aos reservatrios e as usinas hidreltricas que compem cada sistemaafluentes aos reservatrios e as usinas hidreltricas que compem cada sistemaso representadas de forma agregada (sistemas equivalentes);- Alm disto, os sistemas podem trocar energia entre si at um limite mximode intercmbio;- Desta etapa resulta uma funo multivariada que define o valor econmico daenergia armazenada em funo dos nveis de armazenamento e afluncias aosmeses passados, chamada Funo de Custo Futuro (FCF).


Planejamento da Operao de Curto Prazo:- O horizonte, neste caso, de alguns meses e a incerteza relacionada safluncias aos reservatrios representada atravs de uma rvore de vazes;- Nesta etapa, as usinas so representadas de forma individualizada;- O objetivo , a partir da funo de custo futuro gerada pelo modelo de mdio- O objetivo , a partir da funo de custo futuro gerada pelo modelo de mdioprazo em um estgio que coincide com o final do horizonte do modelo de curtoprazo, gerar uma funo que retrate o valor econmico da gua armazenadanos reservatrios em funo dos nveis de armazenamento dos reservatrios;


Programao Diria da Operao:- Nesta etapa, o horizonte de apenas alguns dias, discretizados em etapashorrias ou de meia em meia hora;- No representada a incerteza das vazes;- Em contrapartida, o parque hidrotrmico representado de forma detalhada,- Em contrapartida, o parque hidrotrmico representado de forma detalhada,levando-se em conta as restries relativas s mquinas e turbinas, tais comotomada e alvio de carga, faixas operativas das turbinas, entre outras;- A rede de transmisso representada com preciso;- A Funo de Custo Futuro gerada pelo modelo de curto prazo no estgio quecoincide com o ltimo estgio do modelo de programao diria utilizadapara se definir as metas de gerao de cada unidade geradora.


Custo Imediato, Custo Futuro e Custo Total As caractersticas de estocasticidade e acoplamento espacial dos sistemas

hidrotrmicos afetam tanto a economia quanto a confiabilidade de operaode tais sistemas.

Assim, em sistemas hidrotrmicos a estratgia mais econmica conflitantecom a estratgia de aumento na confiabilidade. Mas como isso ocorre?com a estratgia de aumento na confiabilidade. Mas como isso ocorre?

Estratgia puramente econmicaA poltica econmica seria optar, a cada etapa, pela mxima utilizao das

usinas hidroeltricas na gerao de energia, utilizando a energia armazenada nosreservatrios (energia mais barata), o que, conseqentemente, minimizaria o custo deoperao do sistema hidrotrmico.

Porm, esta poltica aumentaria o risco de dficit, tornando-a pouco confivel.


Custo Imediato, Custo Futuro e Custo Total As caractersticas de estocasticidade e acoplamento espacial dos sistemas

hidrotrmicos afetam tanto a economia quanto a confiabilidade de operaode tais sistemas.

Assim, em sistemas hidrotrmicos a estratgia mais econmica conflitantecom a estratgia de aumento na confiabilidade. Mas como isso ocorre?com a estratgia de aumento na confiabilidade. Mas como isso ocorre?

Estratgia mais confivelPor sua vez, a mxima confiabilidade de fornecimento obtida conservando o

nvel dos reservatrios o mais elevado possvel. Entretanto, isto significa uma maiorutilizao de gerao complementar a partir de recursos no-hidrulicos (geraotrmica, importao de energia de mercados vizinhos ou dficit de energia)

Portanto, um aumento dos custos operativos.


Custo Imediato, Custo Futuro e Custo Total Dessa forma, o operador de um sistema hidrotrmico deve equilibrar o

benefcio imediato do uso da gua com o benefcio futuro advindo de seuarmazenamento.

Assim, a operao do sistema hidrotrmico no deve considerar apenas oscustos de gerao no-hidrulica em um estgio t, mas, tambm, o custocustos de gerao no-hidrulica em um estgio t, mas, tambm, o custoesperado dessa gerao no final do estgio t (incio de t+1).

Matematicamente, esta lgica pode ser expressa pela Funo de CustoImediato, FCI, representando o benefcio do uso imediato da gua, e pelaFuno de Custo Futuro, FCF, representando o benefcio de armazen-lapara seu uso no futuro.


Custo Imediato, Custo Futuro e Custo Total

Referncia Bibliogrfica FORTUNATO et all. Introduo ao Planejamento da

expanso e operao de sistemas de produo de energiaeltrica, Rio de Janeiro: EDUFF, 1990. 232 p.

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