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Pesquisador do Cepel é coautor de relatório técnico do Sintef Energy Research sobre status e desafios futuros das cadeias de modelos computacionais para o planejamento e a programação da operação no Brasil e na Noruega

Detalhes: Notícias

Pesquisador do Cepel é coautor de relatório técnico do Sintef Energy Research sobre status e desafios futuros das cadeias de modelos computacionais para o planejamento e a programação da operação no Brasil e na Noruega

31-08-2020

O planejamento da operação e a programação do despacho de geração no Brasil e na Noruega são temas do relatório técnico “Scheduling Toolchains in Hydro-Dominated Systems - Evolution, Current Status and Future Challenges for Norway and Brazil”, lançado, no dia 18 de agosto, pela área de Mercados de Energia do SINTEF Energy Research, localizado em Trondheim, Noruega. O documento, de autoria dos pesquisadores Arild Helseth (Sintef) e Albert Melo (Cepel), resulta de uma cooperação técnica entre Cepel e Sintef na área de planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos interligados. Clique aqui para acessar o relatório.


Tanto o sistema norueguês quanto o brasileiro possuem vastos recursos hidrelétricos, com um grande número de reservatórios complexos e abrangendo extensas áreas geográficas, alguns dos quais com capacidade de regulação plurianual. “O objetivo básico do planejamento da operação é essencialmente o mesmo para os dois sistemas: minimizar os custos de operação ao longo do período de planejamento, ao mesmo tempo em que se atende à demanda por eletricidade e se satisfazem todas as restrições relevantes. Envolve, assim, tanto o estabelecimento de estratégias de longo prazo para o uso eficiente da água em todo o horizonte de planejamento quanto o problema de programação de curto prazo (unit commitment) das unidades geradoras”, comenta Albert.


O pesquisador ressalta, entretanto, que os sistemas brasileiro e norueguês são operados em diferentes contextos de mercado, onde os diferentes stakeholders e os seus respectivos objetivos se diferenciam claramente. “No sistema norueguês, que é desregulamentado, o gerador faz ofertas de preços ao Nord Pool e tem a responsabilidade de programar a geração de suas próprias usinas hidrelétricas. O problema pode, então, ser reformulado e distribuído ao gerador da seguinte forma: maximizar o lucro durante o período de planejamento enquanto satisfaz todas as restrições relevantes. Por sua vez, no Brasil, o Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) coleta dados técnicos de geradores e cargas para realizar um despacho centralizado com base nos custos, e os preços spot, calculados pela Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE), refletem, em cada período de tempo, o custo marginal da energia no sistema. Isso leva a diferentes usos dos modelos computacionais e do fluxo de informações entre os mesmos, nos dois países”, explica Albert. Desde janeiro de 2020, o modelo DESSEM, desenvolvido pelo Cepel, passou oficialmente a se integrar aos modelos NEWAVE e DECOMP, também desenvolvidos pelo Centro, e a determinar o despacho do sistema em base semi-horária. Saiba mais.


No relatório fica claro que o problema de otimização – com horizonte de planejamento de longo prazo e os vários estágios de decisão e escalas temporais – torna-se extremamente complexo para um sistema de dimensões realistas. “Como a programação da operação é normalmente realizada em base diária, o tempo computacional admissível para a resolução do problema é limitado. Isso levou à necessidade do desenvolvimento de uma cadeia de modelos computacionais que dividisse o problema geral do planejamento da operação ao longo dos horizontes de tomada de decisão, para considerar de forma acurada tanto as incertezas e dinâmicas de longo prazo quanto os detalhes de curto prazo – estratégia essa adotada tanto pelo Cepel quanto pelo Sintef”, assinala Arild.


O relatório descreve os aspectos de modelagem e as respectivas cadeias de modelos computacionais desenvolvidos e mantidos pelas duas instituições de pesquisa – Cepel e SINTEF Energy Research. Esses modelos são, entre outras finalidades, utilizados para o planejamento e programação da operação em ambos os sistemas. “Identificamos as semelhanças e diferenças em termos de design da cadeia de modelos, metodologias de solução e detalhes de modelagem. Nosso objetivo foi representar a imagem completa, e não apenas modelo por modelo”, assinala Albert.


“Outro objetivo foi cobrir um pouco da história dos modelos, lançar luz sobre as ideias originais que motivaram a criação dos modelos e das cadeias de modelos, bem como os mecanismos que facilitaram a introdução gradual de novos modelos nos setores elétricos de ambos os países. As referências listadas podem servir como um bom ponto de partida para quem desejar aprofundar os detalhes”, acrescenta Arild.


O relatório também discute o estado atual desses modelos e como eles estão sendo desenvolvidos por meio de P&D. “Como estão acontecendo mudanças relevantes nos sistemas elétricos em nível mundial, ainda são discutidas as necessidades de melhorias e extensão das cadeias de modelos computacionais de ambos os países”, observa Arild.


Por fim, o pesquisador Albert enfatiza que o relatório se reveste em caráter estratégico, visto que ambos os países têm grande similaridade com relação à elevada participação de hidroelétricas em seus sistemas elétricos, mas os modelos de mercado são distintos: na Noruega (que faz parte do Nord Pool), o preço spot é definido por oferta de preços, ao passo que no Brasil, pela cadeia de modelos energéticas do Cepel. “Assim, o conhecimento mais aprofundado da Noruega e do Nord Pool se constitui em ativo relevante para o Centro e para a Eletrobras, caso o modelo de mercado no Brasil venha a migrar para oferta de preços”, pondera o pesquisador.


Estadia do Dr. Arild Helseth como pesquisador visitante no Cepel


O relatório técnico do Sintef resulta da vinda do Dr. Arild Helseth como pesquisador visitante no no Departamento de Otimização Energética e Meio Ambiente do Cepel, no período 1 de setembro de 2019 a meados de março de 2020. Originalmente, a visita deveria durar até 30 de junho deste ano, mas, em virtude da pandemia do Covid-19, o pesquisador recebeu um chamamento do governo norueguês para que retornasse ao seu país. “Com isso, demos continuidade às discussões e à finalização do relatório, estando ambos em regime de teletrabalho”, afirma Albert.


Para viabilizar a estadia do pesquisador Arild no Brasil, foi submetido e aprovado pelo CNPq o projeto de pesquisa “Estudo de estruturas de mercado, despacho e formação de preços de curto prazo para o planejamento de sistemas elétricos”, em que tendo o pesquisador Albert figura como coordenador, tendoe Arild como contraparte. Cada instituição arcou com os custos associados. No caso de Arild, pesquisador e gerente da área de Mercados de Energia do Sintef, e também professor da NTNU (Norwegian University of Science and Technology), a sua vinda foi financiada pelo Research Council of Norway.


Outro fruto da vinda do pesquisador Arild ao Brasil foi a realização de um estudo em conjunto com o pesquisador André Diniz, chefe do Departamento de Otimização Energética e Meio ambiente do Cepel, sobre formas alternativas de precificação horária de energia, para problemas de programação diária da operação de sistemas hidrotérmicos. “Neste tipo de problema, são utilizadas variáveis inteiras para representar restrições de unit commitment das unidades termoelétricas, resultando em algumas dificuldades e na necessidade de lançar mão de algumas hipóteses para obter o custo marginal de operação, que é a base para a determinação do preço horário”, destaca André. Este estudo resultou no artigo “Convex Approximations of the Short-Term Hydrothermal Scheduling Problem”, que foi submetido e está em fase de revisão para publicação na revista IEEE Transactions in Power Systems, principal periódico na área de sistemas de potência.


Segundo André, a vinda de Arild ao Cepel representou um marco importante na colaboração técnica entre o Centro e o SINTEF/NTNU, e abre as portas para a realização conjunta, no futuro, de outros projetos de pesquisa, que são essenciais para capacitar ainda mais os pesquisadores de ambas as instituições em relação aos novos desafios que o setor elétrico vem enfrentando, como o crescimento das fontes intermitentes de energia, a preocupação com as emissões de gases de efeito estufa, a geração distribuída e o armazenamento de energia. “Essa maior capacitação é indispensável para o desenvolvimento de novos produtos e o aprimoramento ainda maior dos programas e ferramentas já existentes pelo Cepel, para atender não só ao Sistema Eletrobras e às instituições do setor elétrico, mas, também, para fomentar sua internacionalização”, complementa André.


Sobre sua experiência como pesquisador visitante no Cepel, Arild afirma. “Foi um prazer visitar o Cepel! Tanto o Cepel quanto o Sintef têm uma história orgulhosa, de manutenção e desenvolvimento, baseados em pesquisa, de modelos de planejamento e programação para uso operacional em sistemas com predominância hidroelétrica. As cadeias de modelos computacionais aplicadas e a escolha de metodologias para os modelos individuais no Brasil e na Noruega têm muitas similaridades, indicando certo grau de harmonização e melhores práticas estabelecidas. Dados os muitos desafios de pesquisa comuns do futuro, vejo um grande potencial e a necessidade de aprendizagem mútua por meio da troca de experiências.”


Colaboração Técnica entre o Cepel e o SINTEF/NTNU


Há duas décadas, o Cepel e o Sintef trocam experiências em formulações matemáticas e modelagem no planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos interligados. Contudo, somente em 2016, foi dado um passo na formalização desta cooperação, quando o Centro se tornou parceiro do Sintef e da NTNU no FME (Centre for Environmentally Friendly Energy) em Hidroeletricidade (HydroCen). Neste mesmo ano, o ministro de Pesquisa e Educação da Noruega (Torbjørn Røe Isaksen) esteve no Brasil, acompanhado de representantes das principais universidades e centros de pesquisas noruegueses, e reuniu-se com o diretor-geral do Cepel, à época o pesquisador Albert Melo. Neste mesmo ano, no dia 23 de setembro, o diretor da Área de Pesquisa Estratégica em Energia da NTNU, Olav Fosso, esteve no Cepel, onde participou de reunião com o diretor-geral do Centro  e pesquisadores da instituição.


No bojo desta cooperação, mais recentemente, em maio de 2019, André Diniz participou, em Trondheim, da banca de defesa da tese de doutorado “Medium-Term Hydropower Scheduling in a Multi-Market Setting”, de Martin Hjelmeland, na NTNU, orientada por Magnus Korpås e Arild Helseth. Em junho do mesmo ano, a pesquisadora Maria Elvira Maceira participou, em Trondheim, da banca de defesa da tese de doutorado “Unit-based Short-term Hydro Scheduling in Competitive Electricity Markets”, de Hans Ivar Skjelbred, também na NTNU, orientada por Olav Fosso.