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SUISHI - Modelo de Simulação a Usinas Individualizadas de Subsistemas Hidrotérmicos Interligados

Apresentação
O SUISHI é um modelo de simulação mensal a usinas individualizadas da operação energética de sistemas hidrotérmicos interligados com as seguintes características:

• simula até quinze subsistemas hidrotérmicos eletricamente interligados levando em conta os limites nas capacidades de intercâmbio de energia;
• pode ser acoplado ao modelo de decisão estratégica NEWAVE (Modelo de Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos Interligados de Longo e Médio Prazo), que fornece uma função valor esperado do custo futuro de operação para cada estágio da simulação;
• considera restrições operativas locais decorrentes do uso múltiplo da água: vazão máxima para controle de cheias, vazão mínima para saneamento ou navegação, e desvio de vazão do rio para irrigação, além de operar bacias especiais como as dos rios Paraíba do Sul e Tietê;
• simula múltiplas séries hidrológicas em paralelo, permitindo a fácil obtenção de índices probabilísticos de desempenho do sistema para cada estágio da simulação, tais como o risco anual de déficit e o custo marginal de operação médio do subsistema;
• considera quatro modos de simulação: hidrotérmico, para cálculo de energia garantida, para cálculo de energia firme com período crítico definido e para cálculo de energia firme com busca do período crítico.

Subsistemas de Geração Hidrotérmica Interligados
 
No modelo SUISHI, as usinas hidroelétricas podem ser de dois tipos: a fio d’água, quando seu volume armazenado não varia, ou com reservatório, quando apresenta uma significativa capacidade de regularização. Denominam-se usinas termoelétricas todas as demais usinas geradoras (nuclear, carvão, gás, óleo, diesel, biomassa, etc.) que possam ser representadas por capacidades mínima e máxima e um custo unitário de geração constantes. A função custo de déficit pode ser representada em patamares. A expectativa de geração das usinas renováveis, como eólica e solar fotovoltaica, também são consideradas.
 
O sistema de transmissão é representado de forma simplificada, levando-se em conta as grandes limitações de intercâmbio de energia entre as regiões ou subsistemas. O mercado consumidor de energia de um subsistema é representado por uma curva de permanência da carga com até cinco patamares.
  
 
Séries Hidrológicas: Históricas, Sintéticas e de Usos Alternativos
 
O modelo SUISHI reconhece três diferentes tipos de sequências hidrológicas, tal como definidas abaixo.
 
     A série histórica de vazões afluentes a uma usina hidroelétrica, que contém a sequência de valores médios mensais de vazão natural afluente.
- A série sintética de vazões afluentes produzida por um Modelo Estocástico de Vazões Afluentes, como por exemplo, o modelo GEVAZP (Geração de Séries Sintéticas de Energias e Vazões Periódicas).
- A série de vazões de usos alternativos com valores mensais que deve ser subtraída ou adicionada da sua correspondente série de vazões incrementais de forma a representar um outro uso da água no local.
 
Modos de Simulação: Hidrotérmica, Cálculo de Energia Firme e Cálculo de Energia Garantida
 
No modo de simulação hidrotérmica o objetivo do modelo é determinar, para cada mês do horizonte de planejamento, metas de geração para cada usina hidroelétrica e termoelétrica, além de metas de intercâmbio entre subsistemas, que minimizem o custo total de operação ao longo de todo o horizonte de planejamento. Neste modo de simulação o modelo SUISHI faz uso da política de operação construída pelo modelo NEWAVE e contida na função de custo futuro. 
 
No modo de simulação para cálculo de energia firme, o objetivo é determinar o maior mercado de energia que o parque hidráulico do sistema pode atender de modo a não ocorrerem déficits de energia, supondo-se a ocorrência da série histórica de afluências. Isto é chamado energia firme do sistema.
 
No modo de simulação para cálculo de energia garantida, o objetivo é determinar o maior mercado de energia que o parque hidrotérmico pode atender a um determinado critério de suprimento energético. No Brasil este critério é dado pela igualdade entre o custo marginal de operação e o custo marginal de expansão, com o risco de déficit limitado a 5%.

Módulo de Otimização do Balanço Hidrotérmico entre Subsistemas e Simulação a Usinas Individualizadas

O processo de solução do modelo SUISHI é dividido em duas etapas: a otimização do balanço hidrotérmico entre subsistemas e a simulação a usinas hidrelétricas individualizadas.

O módulo de otimização do balanço hidrotérmico entre subsistemas equivalentes tem como objetivo definir as metas de geração hidráulica para cada reservatório equivalente de energia (REE). Isto é feito mediante a solução de um problema de programação linear, cuja função objetivo é minimizar a soma do custo presente com o custo futuro de operação, sujeito às restrições de balanço hídrico, atendimento à demanda, armazenamento máximo, geração hidráulica máxima, entre outras, incluindo as restrições de acoplamento com a função de custo futuro proveniente do modelo NEWAVE. As metas totais de geração hidráulica de cada reservatório equivalente de energia são então agregadas por subsistema e informadas ao módulo de simulação para serem individualizadas.
 
O módulo de simulação a usinas individualizadas designa um conjunto de subrotinas que simula a operação mensal de cada subsistema. Este modelo procura reproduzir o processo de decisão adotado na prática para se estabelecer quais os turbinamentos e armazenamentos finais de cada usina hidrelétrica, de forma a atender à meta de geração do subsistema, respeitando as restrições físicas e critérios operativos.

 

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