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Planejamento da Operação Energética de Longo e Médio Prazos

Apresentação

 

Nesta linha de pesquisa, são desenvolvidas metodologias e programas computacionais para as seguintes atividades:
 
(i) Planejamento da operação de longo e médio prazos – O objetivo básico da operação de um sistema hidrotérmico é determinar, para cada estágio de tempo, as metas de geração para cada usina, de forma a minimizar o valor esperado do custo de operação ao longo do período de planejamento, levando em consideração algum critério de aversão ao risco. Este custo é composto de gastos com combustível das usinas térmicas, compra de energia de outros subsistemas e penalidades pelo não atendimento à demanda (custo de déficit). Sistemas com elevada capacidade de geração hidroelétrica podem utilizar a energia “grátis”armazenada nos reservatórios, evitando, assim, gastos com combustível nas unidades térmicas. Entretanto, a disponibilidade de energia hidroelétrica está limitada pela capacidade de armazenamento dos reservatórios e pelo montante de vazão afluente às usinas hidroelétricas, criando uma dependência entre as decisões de operação atuais e suas consequências futuras. Como é impossível prever as vazões afluentes, o problema é essencialmente estocástico. A existência de múltiplos reservatórios em cascata, restrições de transmissão e a necessidade de se fazer uma otimização multiperíodo caracterizam esse problema como de grande porte. Por isso, o planejamento da operação é subdividido em etapas, nas quais são utilizados modelos com horizontes de tempo distintos (médio prazo, curto prazo e programação diária) e diferentes graus de detalhe para a consideração das incertezas e representação do sistema, e que trocam informações entre si para que haja um planejamento coordenado do sistema,
 
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. O objetivo principal dessa etapa é valorar a água no tempo, em função dos níveis dos reservatórios, construindo assim a chamada “política de operação”, composta por um conjunto de funções de custo futuro para cada período de tempo, que são utilizadas tanto para similar o sistema como para realizar a coordenação entre as etapas de planejamento. A técnica de otimização utilizada é a Programação Dinâmica Estocástica em um esquema de Decomposição de Benders. Devido ao 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. Para esta etapa, utiliza-se o modelo NEWAVE.
 
(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 ou séries sintéticas multivariadas produzidas por modelos estocásticos, podendo ser consideradas também 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 resolve-se um problema de otimização, onde são decididos os valores de geração hidráulica controlável, geração térmica e intercâmbios de energia de cada subsistema que minimizam a soma do custo total de operação, considerando a 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. O modelo empregado para realização dessas simulações é o SUISHI, atuando de forma integrada com o modelo NEWAVE.
 

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