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Planejamento da Operação Energética de Longo e Médio Prazos

Apresentação

 

Desenvolvimento de metodologias e programas computacionais para:

 

(i) Planejamento da operação de longo e médio prazos – O objetivo básico do planejamento da operação de um sistema hidrotérmico é determinar, a cada estágio de tempo, metas de geração para cada usina do sistema de forma a atender a demanda prevista, minimizando o valor esperado do custo de operação ao longo do período de planejamento e atendendo um critério de aversão ao risco. Esse custo é composto pelo custo variável de combustível das usinas termelétricas e por penalidades devido a déficits de energia. Sistemas com elevada capacidade de geração hidrelétrica podem utilizar a energia “grátis” armazenada nos reservatórios, evitando, assim, gastos com combustível nas unidades térmicas; entretanto, a disponibilidade de energia hidrelétrica está limitada pela capacidade de armazenamento dos reservatórios, criando uma ligação entre as decisões de operação atuais e suas consequências futuras. Como é impossível prever com exatidão as futuras vazões afluentes aos reservatórios, o problema é essencialmente estocástico; dadas as dimensões do sistema brasileiro, a existência de múltiplos reservatórios interconectados, de limitações de intercâmbios e a necessidade de se fazer uma otimização multiperíodo, caracterizam esse problema como de grande porte. Por isso, tem-se adotado uma estratégia de solução em etapas, quando são utilizados modelos com diferentes graus de detalhamento da representação do sistema, abrangendo períodos de estudos e decisões com horizontes distintos, denominados de longo, médio e curto prazos, e programação diária da operação, os quais trocam informações entre si. Nos horizontes de longo prazo (planos decenais de expansão) e médio prazo (5 anos à frente), a discretização temporal é mensal, e as usinas hidrelétricas são usualmente representadas de forma individualizada nos primeiros anos, e em Reservatórios Equivalentes de Energia (REEs) nos demais anos. A técnica de otimização utilizada é a Programação Dinâmica Estocástica em um esquema de Decomposição de Benders. Fornece informação para o modelo de curto prazo por meio de funções de custo futuro. Dado o porte do problema de otimização a ser resolvido, são também empregadas técnicas de processamento paralelo/distribuído. Além do despacho das usinas, são obtidos indicadores probabilísticos de desempenho do sistema, distribuições empíricas de probabilidades de diversas grandezas, incluindo os custos marginais de operação.


(ii) Simulação da operação de sistemas hidrotérmicos interligados – Em sistemas hidrotérmicos interligados, como é o caso do sistema brasileiro, diversos estudos para apoiar a tomada de decisão tanto no planejamento da expansão quanto da operação, requerem a simulação detalhada das usinas geradoras, a nível mensal e com representação individualizada. As vazões afluentes aos reservatórios podem ser representadas por séries históricas, séries sintéticas multivariadas produzidas por modelos estocásticos, ou ainda séries de vazões de usos alternativos da água. A operação do sistema pode ser simulada de maneira estática, onde se considera uma configuração hidrotérmica fixa e se procura atender a um mercado de energia, sazonal ou não, constante ao longo de uma série hidrológica; ou dinâmica, quando todos os dados do problema podem variar dinamicamente ao longo do tempo. Pode-se calcular a energia firme do sistema hidrelétrico, i.e., o maior mercado de energia que o sistema pode atender de modo a não ocorrerem déficits de energia, supondo-se a ocorrência da série histórica de afluências; ou a energia garantida de um sistema hidrotérmico interligado, a um dado nível de risco. A simulação da operação de um sistema hidrotérmico, a cada mês e cenário hidrológico, é dividida em duas etapas: a de otimização do balanço hidrotérmico entre subsistemas, e a de simulação a usinas hidrelétricas individualizadas. Na primeira etapa, são decididos, resolvendo-se um problema de otimização, os valores de geração hidráulica controlável, geração térmica e intercâmbios de energia de cada subsistema que minimizam a soma dos custos atuais mais o valor presente esperado dos custos futuros de operação, estes últimos oriundos da função de custo futuro fornecida pelo modelo de planejamento da operação energética de longo e médio prazos. Na segunda etapa, através de regras heurísticas detalhadas, são obtidos os turbinamentos e armazenamentos finais de cada usina hidrelétrica, de forma a atender a meta de geração hidráulica calculada na primeira etapa. Dado o porte do problema de otimização a ser resolvido, são também empregadas técnicas de processamento paralelo/distribuído.

 

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