Individualizadas de Subsistemas
Hidrotérmicos Interligados
Otimização Energética
e Meio Ambiente
O
SUISHI é um modelo de simulação mensal a usinas individualizadas, da operação energética de sistemas hidrotérmicos interligados com as seguintes características:• Simula até dez subsistemas hidrotérmicos eletricamente interligados, mas hidraulicamente independentes, levando em conta 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.
• Considera quatro modos de simulação: estática, dinâmica, estática com cálculo da energia firme, e estática com cálculo da energia garantida a um certo risco desejado.
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. O déficit de energia pode ser representado em patamares.
O sistema de transmissão é representado de forma simplificada, levando-se em conta apenas 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 três patamares.
Séries Hidrológicas: Históricas, Sintéticas e de Usos Alternativos
O modelo SUISHI reconhece três diferentes tipos de sequência hidrológica, definidas a seguir.
A série histórica de vazões afluentes a uma usina hidroelétrica: sequência de valores mensais de vazão natural afluente, correspondente à média dos valores instantâneos observados durante o mês correspondente.
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).
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.
Módulos de Simulação: Estática, Dinâmica, Cálculo de Energia Firme e Energia Garantida
No módulo de simulação estática, considera- se uma configuração hidrotérmica fixa procurando atender a um mercado de energia constante ao longo de uma série hidrológica. Com exceção das vazões afluentes aos reservatórios, todos os demais dados do problema permanecem estáticos ao longo do tempo.
Uma simulação é dinâmica quando todos os dados do problema podem variar dinamicamente ao longo do tempo, constituindo séries temporais análogas às hidrológicas.
A energia firme de um sistema é 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.
A energia garantida de um sistema hidrotérmico interligado, a um dado nivel de risco, é o maior mercado global de energia que esta configuração pode atender, tal que a probabilidade anual de déficit não exceda, por exemplo, a 0.05 em nenhum subsistema, variando-se proporcionalmente os mercados de cada subsistema.
Modelo de Otimização do Balanço Hidrotérmico entre Subsistemas
O processo de solução do modelo SUISHI é dividido em duas etapas: a de otimização do balanço hidrotérmico entre subsistemas, e a de simulação a usinas hidrelétricas individualizadas. O problema de cálculo do balanço hidrotérmico mensal entre os subsistemas pode ser formulado como um problema de otimização, que consiste em se determinar, a cada mês, quais os valores de geração hidráulica controlável, geração térmica e intercâmbios de energia de cada subsistema que minimizam a soma dos custos atuais mais o valor presente esperado dos custos futuros de operação. Uma vez determinados os
valores ótimos de geração hidráulica controlável, estes serão utilizados para se calcularem as metas mensais para a simulação independente da operação de cada subsistema hidráulico, em cada série hidrológica, usando-se uma metodologia de simulação a usinas individualizadas. A função Custo Futuro de Operação deve ser calculada para cada mês com auxílio de um modelo estratégico de otimização a longo prazo da operação de subsistemas hidrotérmicos interligados, como, por exemplo, o modelo NEWAVE.
Solução Iterativa do Problema de Balanço Hidrotérmico
Uma vez que a solução do problema de balanço hidrotérmico não leva em conta as limitações de turbinamento nas usinas do subsistema s, o valor da solução ótima pode representar uma meta inatingível para o subsistema na etapa de simulação. Neste caso, o problema de balanço hidrotérmico mensal precisa ser reformulado. Caso ocorra um déficit de geração no subsistema s na etapa de simulação, resolve- se novamente o problema de balanço hidrotérmico, fazendo-se o valor da Geração Hidráulica Máxima igual ao valor da geração hidráulica obtida no simulador a usinas individualizadas no subsistema s. Por outro lado, caso as vazões afluentes se achem mal distribuídas com relação ao estado de armazenamento dos reservatórios, pode ser impossível guardar toda a água excedente, ocorrendo os chamados vertimentos turbináveis. Neste caso, resolve-se novamente o problema de balanço hidrotérmico, fazendo-se o limite de armazenamento igual ao armazenamento obtido no problema do balanço hidrotérmico mensal, subtraído do excesso de geração obtido no simulador a usinas individualizadas.
Modelo de Simulação a Usinas Individualizadas
O modelo 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.
Contato Diretoria de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação Área de Otimização Energética e Meio Ambiente Telefone (21) 2598-6471
Fax (21) 2260-6482 suishi@cepel.br