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NEWAVE - Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos Interligados de Longo e Médio Prazo

Apresentação

O objetivo básico do planejamento da operação de um sistema hidrotérmico é determinar, a cada mês, metas de geração para cada usina do sistema que atendam à demanda e minimizem o valor esperado do custo de operação ao longo do período de planejamento.

 

Esse custo é composto pelo custo variável de combustível das usinas termelétricas e pelo custo atribuído às interrupções de fornecimento de energia, representado por uma função de penalização dos déficits de energia.


A decisão sobre quando utilizar os estoques de energia, representados pela água armazenada nos reservatórios, está intrinsecamente ligada à incerteza quanto às afluências futuras, devendo resultar de uma análise probabilística de seu comportamento. Além disso, a decisão operativa mais adequada dependerá das condições do sistema. Assim, é preciso determinar uma decisão operativa em função dos possíveis estados do sistema. Em sistemas com forte participação de hidrelétricas, dois tipos de informação compõem o estado do sistema: os níveis de armazenamento dos reservatórios e a tendência hidrológica futura do sistema, a qual pode ser representada pelas afluências aos reservatórios nos meses anteriores.


NewaveComo a estratégia de operação deve ser calculada para todas as combinações de níveis de armazenamento e tendência hidrológica, o problema da operação ótima do sistema torna-se rapidamente intratável do ponto de vista computacional. No caso do sistema brasileiro, com mais de 100 reservatórios, torna-se necessário reduzir o número de variáveis de estado através da agregação dos diversos reservatórios de uma mesma região em um reservatório equivalente de energia, definindo, assim, um subsistema equivalente.


Sistemas com uma porcentagem substancial de geração hidrelétrica podem utilizar a energia armazenada “grátis” nos reservatórios do sistema para atender à demanda, substituindo a geração dispendiosa das unidades termelétricas. Entretanto, o volume de água afluente aos reservatórios é desconhecido, pois depende das chuvas que ocorrerão no futuro. Além disso, a disponibilidade de energia hidrelétrica é limitada pela capacidade de armazenamento nos reservatórios. Introduz-se, assim, uma relação entre a decisão de operação em um determinado estágio e as consequências futuras de tal decisão.


A existência de interligações entre submercados permite uma redução dos custos de operação, por meio do intercâmbio de energia, e um aumento da confiabilidade de fornecimento, através da repartição das reservas. Em sistemas hidrotérmicos, é necessário determinar o valor da geração hidrelétrica, dado pelo valor da geração térmica que se poderia substituir hoje ou no futuro.

Este valor é calculado como uma etapa do processo de determinação da política ótima. Com este conceito, pode-se representar uma hidrelétrica como uma “térmica”, cujo custo marginal de operação é o valor da água.

 

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Este valor não se mede de maneira isolada em cada usina, pois depende da operação conjunta do sistema. Para se obterem ganhos operativos máximos de um sistema hidrotérmico interligado, é necessário operar o sistema de maneira integrada, otimizando conjuntamente a operação de todos os subsistemas e submercados, com o objetivo de minimizar o custo total de operação e caracterizando este problema como de grande porte. No Brasil, e em diversos países, a solução do problema é obtida em etapas. Nestas etapas, são utilizados modelos com diferentes graus de detalhe para representação do sistema, abrangendo períodos de estudos com horizontes distintos, denominados de longo e médio prazo – modelo NEWAVE, curto prazo – modelo DECOMP (Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos Interligados de Curto Prazo) e programação da operação diária – modelo DESSEM (Modelo de Despacho Hidrotérmico de Curto Prazo).
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O programa NEWAVE foi desenvolvido pelo Cepel, no âmbito do Departamento de Otimização Energética e Meio Ambiente (DEA), para aplicação no planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos interligados de longo e médio prazo, com representação agregada do parque hidrelétrico e cálculo da política de operação baseado em Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE). É composto por quatro módulos computacionais:


1. Módulo de cálculo dos sistemas equivalentes e energias afluentes


Para cada subsistema, os reservatórios são agregados em um único reservatório equivalente de energia. A capacidade de armazenamento de cada reservatório equivalente é estimada pela energia produzida pelo esvaziamento completo dos reservatórios do subsistema, adotando-se a hipótese de operação em paralelo. Também agrega as vazões afluentes a cada subsistema em afluências energéticas equivalentes.


2. Módulo de cálculo do modelo estocástico de energias afluentes – modelo GEVAZP
 

Estima os parâmetros do modelo estocástico de energias afluentes aos subsistemas que éutilizado no módulo do cálculo da política de operação hidrotérmica. Este modelo estocástico também é empregado na geração de séries sintéticas de energias afluentes para análise de desempenho no módulo de simulação da operação.


3. Módulo de cálculo da política de operação hidrotérmica

 

Determina a política de operação mais econômica para os subsistemas equivalentes, com base no algoritmo de Programação Dinâmica Dual Estocástica (PDDE), considerando as incertezas nas afluências futuras, os patamares de demanda e a indisponibilidade dos equipamentos. Considera também a representação de restrições de despacho antecipado para usinas a GNL.


4. Módulo de simulação da operação

 

Simula a operação do sistema ao longo do período de planejamento, para distintos cenários de sequências hidrológicas, falhas dos componentes e variação da demanda, com base na política de operação obtida no módulo anterior. Calcula índices de desempenho, tais como a média dos custos de operação, o risco de déficit e os valores esperados de energia não suprida.

 

A versão executável do programa NEWAVE está disponível em ambiente de alto desempenho. Ele foi o primeiro programa da Cadeia de Modelos Energéticos do Cepel a utilizar técnicas de processamento distribuído.

 

Recentemente, o mecanismo de aversão a risco CVaR (Valor Condicionado a um dado Risco) foi internalizado no modelo, adicionando à função objetivo uma parcela referente ao custo dos cenários hidrológicos mais caros, com o objetivo de propiciar uma maior segurança no suprimento.
 

O Programa NEWAVE é utilizado nas seguintes atividades do Setor Elétrico Brasileiro:


• Planejamento da Expansão.
• Planejamento da Operação.
• Comercialização – Cálculo do Preço de Liquidação de Diferenças(PLD).
• Definição e Cálculo da Garantia Física e da Energia Assegurada de Empreendimentos de Geração.
• Elaboração de Diretrizes para os Leilões de Energia.

Contato

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


 newave@cepel.br