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MATRIZ - Modelo de Projeção de Matriz Energética

Apresentação

O modelo MATRIZ representa uma ferramenta de apoio para estudos de planejamento da
expansão de longo prazo do sistema energético brasileiro (usualmente horizontes superiores a 25 anos), como os Planos Nacionais de Energia elaborados pelo Ministério de Minas e Energia (MME) e Empresa de Pesquisa Energética (EPE). O programa faz uso de um modelo de otimização linear, que tem como função objetivo a minimização dos custos de investimentos e de operação em tecnologias necessários para atender à demanda futura de energia. O sistema energético brasileiro inclui as cadeias de petróleo e gás natural, carvão mineral e vegetal, biomassa, eletricidade e urânio.


Neste modelo, as tecnologias são representadas como consumidoras de uma ou mais formas de energia e produtoras de uma ou mais formas de energia, a coeficientes constantes.


As cadeias energéticas podem ser representadas com diferentes níveis de detalhamento através de um maior ou menor número de tecnologias. Estas, por sua vez, podem apresentar um ou mais modos de operação, o que permite representar tecnologias flexifuel, como é o caso de carros movidos a gasolina ou etanol, e tecnologias de transporte com fluxos energéticos bidirecionais, como é o caso de linhas de transmissão.

 

Esta modelagem permite representar a competição entre os diversos combustíveis e entre os diversos modais de transporte, o que é particularmente importante para um
país com as dimensões territoriais do Brasil, com recursos naturais espalhados por diversas regiões geográficas distantes entre si.


As características sazonais e horossazonais das fontes de energia renováveis e das demandas de energia podem ser representadas através de curvas típicas sazonais (quadrimestrais) e horossazonais (ponta e fora de ponta). As incertezas hidrológicas são representadas de forma análoga ao modelo MELP (Modelo de Expansão de Longo Prazo), através da análise da operação para os cenários de hidrologia média e crítica. Esta representação é importante pela predominância de usinas hidroelétricas do sistema elétrico brasileiro.
 

De modo geral, as tecnologias são representadas de forma agregada, visto que a representação individualizada aumentaria significativamente a complexidade da análise integrada das cadeias energéticas.


Vale ressaltar que, para o sistema energético brasileiro, a análise integrada torna-se cada
vez mais importante em função da perspectiva de expansão da produção de cana-de-açúcar para produção de etanol e da oferta de gás natural com a exploração das reservas do Pré-Sal. A expansão destas cadeias impacta a cadeia de petróleo, pela competição entre o etanol e derivados de petróleo nos meios de transporte, e a cadeia de eletricidade, através das plantas de cogeração de bagaço de cana e termelétricas a gás natural.

 

matrizpeq1

Figura 1 - Diagrama esquemático de uma tecnologia.

 

matrizpeq2

Figura 2 - Gráfico da evolução da cadeia de eletricidade.



Estudos de longo prazo utilizando o programa MATRIZ permitem definir uma estratégia de
expansão das cadeias energéticas considerando as suas interdependências, restrições ambientais e políticas de governo. Esta estratégia pode, então, ser levada aos planejamentos setoriais de expansão, para se obter um planejamento mais detalhado, levando-se em conta as características técnicas, econômicas e de impactos ambientais dos projetos individuais das tecnologias.
 

A diferença de representação individualizada de tecnologias em modelos setoriais e agregada em modelos de sistemas energéticos indica um procedimento iterativo entre os modelos setoriais e o modelo MATRIZ nos estudos de planejamento. No caso da cadeia da eletricidade, o procedimento iterativo pode ser feito através do modelo MELP, que representa as tecnologias de geração e transporte de energia elétrica (intercâmbios) de forma individualizada.
 

O programa MATRIZ encontra-se em contínuo desenvolvimento, oferecendo facilidades para incluir as mais diversas restrições de investimento e de operação, além de penalidades e restrições ambientais.
 

O modelo foi desenvolvido em FORTRAN, utilizando o pacote computacional de otimização CPLEX/IBM 12.2.


Dados Principais


Os principais dados necessários para execução do programa MATRIZ são:
• configuração do sistema energético;
• capacidades históricas, vidas úteis, coeficientes técnicos de transformação, fatores de
capacidade máxima e mínima das tecnologias (extração, processamento e transporte);
• demandas das diversas formas de energia, para cada subsistema de cada cadeia energética e para cada período do horizonte de planejamento;
• capacidade máxima para expansão das diversas tecnologias, modos de operação, custos de investimento e de operação;
• fatores de capacidade crítico e médio das usinas de geração de energia elétrica;
• penalidades para os impactos ambientais;
• curvas sazonais e horossazonais para as tecnologias relacionadas às fontes de energia
renováveis e para as demandas de energia;
• dados de reservas de petróleo, gás natural, carvão, urânio, etc.
• taxa de desconto.

 
Interface Gráfica

 
O programa MATRIZ é parte integrante do ENCAD, sistema de encadeamento de modelos
energéticos, desenvolvido pelo Cepel. Sua interface gráfica permite:
• importação dos dados de entrada de um caso já existente;
• edição dos dados de forma mais amigável;
• execução automática do programa MATRIZ;
• visualização de gráficos e relatórios de saída em formatos texto.


Na Figura 1, é apresentada a janela da interface gráfica do ENCAD, com visualização da configuração das cadeias energéticas. Na Figura 2, é apresentada visualização gráfica dos resultados.

Contato

Entre em contato com a área responsável através do e-mail:


 matriz@cepel.br