Planejamento da expansão e o modelo Newave

Considerando a estocasticidade das vazões, a existência de acoplamento espacial e temporal, além das demais restrições operativas, fica evidente o nível de complexidade que envolve planejar a expansão do sistema hidrotérmico brasileiro. Para tanto, adota-se o modelo Newave para fins de planejamento da operação energética e da expansão do parque gerador.

Em linhas gerais, o Newave é um modelo de otimização matemática. Sua função é definir uma política de operação que minimize os custos totais de operação para o intervalo de tempo considerado no estudo. Para tanto, alimenta-se o modelo com o histórico de vazões naturais afluentes, o parque gerador existente e suas restrições operativas, as alterações previstas na configuração do parque gerador, além da carga de energia prevista em estudos específicos, dentre outras informações. Trata-se de um modelo computacional formado por quatro grandes módulos, cujas funções estão descritas a seguir:

1. módulo de cálculo do sistema equivalente – Calcula os subsistemas equivalentes de energia: energias armazenáveis máximas, séries históricas de energias controláveis e energias fio d’água, parábolas de energia de vazão mínima, energia evaporada, capacidade de turbinamento, correção da energia controlável em função do armazenamento, perdas por limite de turbinamento

Capítulo 2 – Revisitando o sistema hidrotérmico brasileiro 76

nas usinas fio d’água, geração hidráulica máxima e energia associada ao desvio de água à montante de uma usina

hidroelétrica.

2. módulo de energias afluentes - Estima os parâmetros do modelo estocástico e gera séries sintéticas de energias afluentes que são utilizadas no módulo de cálculo da política de operação hidrotérmica e para 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, tendo em conta as incertezas nas afluências futuras, os patamares de demanda, a indisponibilidade dos equipamentos.

4. módulo de simulação da operação - Simula a operação do sistema ao longo do período de planejamento, para distintos cenários de seqüências hidrológicas, falhas dos componentes e variações da demanda. Calcula índices de desempenho, tais como a média dos custos de operação, dos custos marginais, o risco de déficit, os valores médios de energia não suprida, de intercâmbio de energia e de geração hidroelétrica e térmica. [70]

Tendo em vista que o objetivo do Newave é minimizar custos, necessita-se definir um custo para a falta de energia, uma vez que a ocorrência de déficits contribui para o aumento do custo total de operação do sistema. Dessa forma, ao buscar o mínimo custo, o modelo implicitamente busca a redução da probabilidade de ocorrência de déficit.

Em termos matemáticos, o custo do déficit representa uma variável de folga, necessária para a convergência do algoritmo de otimização. Todavia, a definição desse parâmetro pode interferir na sinalização da necessidade de expansão do parque gerador e no despacho térmico.

Considerando a estocasticidade das afluências, o Newave determina uma política de operação do sistema hidrotérmico que minimize o custo total de operação ao longo do período de tempo em estudo. Uma política de operação para um sistema hidrotérmico pode ser definida como um conjunto de regras matemáticas que definem, para cada instante de tempo, o despacho térmico e o volume de água que deve ser turbinado para fins de atendimento ao mercado previsto com base na esperança matemática das afluências futuras e no nível de armazenamento atual dos reservatórios.

Na sequência, o Newave testa o desempenho das políticas operativas formuladas. Para tanto, a partir das políticas pré-definidas, simula a operação do sistema hidrotérmico em diversos cenários sintéticos de afluências. No Brasil, adotam-se dois mil cenários sintéticos diferentes. Dessa forma, o modelo obtém parâmetros de desempenho do sistema hidrotérmico, dentre os quais destacam-se: os riscos de déficit e os custos marginais de operação.

Não é objetivo deste trabalho detalhar o ferramental matemático que embasa o modelo Newave. Ademais, existem outros modelos de otimização que determinam políticas

de mínimo custo esperado de operação para sistemas hidrotérmicos, adotando outras técnicas de otimização e de modelagem.

Existe um debate muito grande em torno dos modelos adotados para fins de planejamento da operação e expansão. Cada um dos desenvolvedores adota diferentes filosofias e técnicas de otimização e modelagem do parque gerador. Todavia, independente do modelo computacional adotado, os critérios e metodologias de planejamento podem ser mantidas.

Especificamente em termos de planejamento, alguns desses modelos disponíveis, por si só, não definem um cronograma ótimo de obras. Atualmente, no Brasil, esse cronograma otimizado é definido de modo iterativo por especialistas da área, que dispõem desses modelos computacionais para avaliar o desempenho previsto das diversas configurações de expansão propostas.

O trabalho do planejador ao elaborar os PDEs pode ser separado em duas grandes etapas. Na primeira, é necessário definir uma carteira de projetos que atendem a um complexo conjunto de restrições ambientais, sociais, legais, técnicas, políticas, econômicas. Em seguida, definem-se as datas de entrada em operação desses empreendimentos ao longo do horizonte de planejamento de forma a atender à expectativa de crescimento da carga de energia. Na segunda, as opções são ajustadas iterativamente até que os critérios de planejamento sejam atingidos. Trata-se de tentar antever o comportamento do mercado diante das sinalizações emitidas pelo Governo Federal para o setor energético.

Mais adiante serão detalhadas as restrições que o planejador deve atender (critérios de planejamento). Por ora, basta esclarecer que os diversos cenários de expansão considerados devem ter seu desempenho futuro avaliado mediante ferramentas de otimização e simulação da operação, tais quais o modelo Newave.