Figura 2.7: Mercados de energia (adaptado de [50])
A necessidade de estimar a reserva pode ser realizada de duas formas, nomeadamente de forma determinística ou probabilística. A abordagem determinística segue a regra geral de conseguir reserva suficiente para cobrir as perdas das grandes unidades geradoras, seguindo o critério da segurança N-1, ou fornecer uma percentagem de procura horária ou até uma combinação dos dois. Estes padrões contudo ignoram a natureza estocástica proveniente das renováveis e, consequentemente os requisitos de reserva são estimados sem ter em conta a magnitude das incertezas, afetando o sistema de energia e os seus custos. Em contrapartida, na abordagem probabilística a reserva é determinada tendo em conta a descrição dessas incertezas [55].
Como referido anteriormente, uma forma eficaz de abordar este tipo de problemas com integração de renováveis e recursos DR é recorrendo à programação estocástica, que será analisada mais detalhadamente em seguida. A figura 2.7 ilustra o funcionamento dos mercados de energia, com requisição de reserva operacional e integração DR.
2.6
Programação estocástica
Na tomada de decisão sob incerteza, o responsável tem de fazer decisões ótimas ao longo de um horizonte com informação incompleta. Sobre esse mesmo horizonte, o número de etapas do problema é definido. De acordo com o número de etapas, pode-se distinguir entre uma programação estocástica de duas etapas ou multi etapas. Relativamente à programação em duas etapas, considera-se que a tomada de decisões é feita em duas etapas diferentes, onde existe um processo estocástico representado por diferentes cenários.
Na primeira etapa, as decisões são tomadas antes da realização do processo estocástico, ou seja, as variáveis não estão dependentes dos cenários. Enquanto na segunda etapa do problema, as decisões são tomadas após a realização do processo estocástico. Consequentemente, a variável de decisão é definida para cada cenário considerado.
A função objetivo deste tipo de problemas pode, por exemplo, corresponder à minimização dos custos esperados de operação, ou seja, diminuir os custos relacionados com o despacho da energia e reserva feitos no mercado do dia seguinte e o custo esperado das licitações relativo ao Mercado de Equilíbrio. Estes custos são calculados baseados nas ofertas de energia e reserva submetidos pelos participantes no mercado do dia seguinte. A função objetivo está sujeita a certas restrições, tais como as restrições relacionadas com o despacho da energia e reserva no mercado do dia seguinte, as equações restritivas do equilíbrio de recursos e restrições que declarem a natureza não negativa das variáveis relacionadas com a energia e reserva.
Uma generalização deste tipo de problemas pode ser dada por [50]:
MinimizarCusto do despacho do mercado do dia seguinte + Custo esperado do mercado de equilíbrio
Sujeito a:
• Restrições do mercado do dia seguinte:
-Equações de equilíbrio da potência na etapa do Mercado do Dia Seguinte -Determinação das restrições de capacidade de reserva
-Limites de reserva e de ofertas de energia • Restrições de operação
-Equações de equilíbrio de potência no Mercado do Equilíbrio -Restrições de rede
-Determinação das restrições de reserva empregue • Declaração das variáveis não negativas
No artigo [20] é estudado um problema de programação estocástica em que: a primeira etapa corresponde às decisões tomadas no mercado do dia seguinte, isto é, a resolução do problema tradicional UC onde são agendadas as unidades convencionais e o custo de arranque e desaceleração das mesmas. Também é nesta fase que é decidida a quantidade de energia eólica comprometida a ser utilizada e a requisição de reserva feita pelo operador de sistema.
A segunda fase corresponde aos últimos ajustes realizados no mercado de equilíbrio, onde se terá de garantir o equilíbrio entre a produção e o consumo. Os produtores caraterizados pela não-despachabilidade tem de participar neste mercado a fim de cobrir os desvios de produção em relação ao valor estabelecido no mercado do dia seguinte. Estes desvios podem ser positivos ou negativos. De forma a solucionar estas diferenças pode-se recorrer a três possíveis soluções: ativação da reserva requisitada anteriormente, redução da energia eólica ou alteração das cargas para diferentes períodos horários, sempre com o objetivo de igualar a produção e o consumo.
O principal objetivo deste tipo de programação estocática é agendar o número de unidades convencionais e recursos DR de forma a minimizar o custo operacional do sistema, com a integração de grandes quantidades de energia renovável [56–58].
2.6 Programação estocástica 21
O quadro de decisão para um problema deste tipo pode ser visualizado através de uma árvore de cenário, figura 2.8. Graficamente, uma árvore de cenário pode ser representada por nós e ramificações. Os nós representam o estado do problema para um instante em particular, ou seja, os momentos onde as decisões são tomadas. Cada nó tem um antecessor e um sucessor, exceto o nó de raiz que corresponde ao início da árvore de decisão. Esse mesmo nó de raíz corresponde às decisões tomadas na primeira etapa do problema, enquanto os nós ligados a esse nó correspondem às decisões tomadas na segunda etapa do problema e representam os pontos onde as decisões para essa etapa são feitas. Para uma programação estocástica de duas etapas, a quantidade de nós representativos da segunda etapa é igual ao número de cenários.
Em alguns casos, a tomada de decisão para o problema inclui mais do que duas etapas, problemas multi etapas, ver figura 2.9. Os problemas estocásticos de várias etapas podem ser usados para a decisão de problemas futuros através de planeamento. Usualmente este tipo de problemas é formulado do ponto de vista do ISO. Contudo, a realização destes problemas aumenta o tamanho computacional do problema, tornando-o frequentemente difícil de resolver [59].
Figura 2.8: Árvore de cenário para problema de duas etapas (adaptado de [50])