TOP OTIM SEP APL A09

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ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE P

TÓPICOS DE OTIMIZAÇÃO EM SEP E

APLICAÇÕES

➢ Sistemas Hidrotérmicos de Geração

➢AMPL

Prof. Dr. Edmarcio Antonio Belati edmarcio.belati@ufabc.edu.br

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Edmarcio Belati AB C /E ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMA DE GERAÇÃO Sistemas Termoelétricos de Geração Sistemas Hidrotérmicos de Geração Objetivo:

Minimização do Custo Operacional e Garantia de Atendimento ao Mercado

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PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE

SISTEMAS HIDROTÉRMICOS

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Edmarcio Belati AB C /E ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE CARACTERÍSTICAS DO SEB:

➢ Sistema hidrotérmico de grande porte

➢ Predominância de usinas hidraúlicas

➢ Único em âmbito mundial

(tamanho e características)

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ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE P Fonte: ONS

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Edmarcio Belati AB C /E ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE P

O planejamento da operação de um sistema de energia

elétrica busca determinar uma política de operação que

atenda a demanda de energia elétrica de forma econômica

e confiavel.

Em sistemas hidrotérmicos de geração, como e o caso do

sistema Brasileiro, a geração de origem hidroelétrica, que

tem custo de combustível “nulo”, e complementada por

geração de origem termoelétrica, que tem custo de

combustível elevado.

SISTEMA HIDROTÉRMICO

O objetivo econômico do planejamento da operação e

portanto substituir na medida do possível a geração de

origem termoelétrica por geração de origem hidroelétrica.

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ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE P 7

A geração hidroelétrica, que depende da água armazenada nos reservatórios, é limitada. A sua disponibilidade num dado momento depende do grau de sua utilização anterior, o que estabelece uma ligação entre as decisões operativas no tempo. O problema de planejamento da operação e portanto dinâmico.

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MATRIZ ELÉTRICA

Com base na matriz elétrica podemos concluir que o problema é muito complexo, devido as fontes intermitentes de geração.

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Um fator relevante que dificulta o

planejamento da operação é a

estocasticidade

das

chuvas

(quantidade e lugar onde essas

chuvas caem) e, consequentemente,

das vazões naturais nos rios.

Essa irregularidade das vazões naturais (ou afluências),

aliada à grande quantidade de usinas hidráulicas (usinas

com reservatório e fio d’água), faz do sistema elétrico

brasileiro único no mundo pelo seu tamanho e

características.

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Outra característica intrínseca do sistema elétrico

brasileiro é que o parque gerador hidrelétrico está

distribuído em diferentes bacias hidrográficas.

SISTEMA HIDROTÉRMICO

Na maioria delas, as usinas hidráulicas estão dispostas em

forma de cascata, isso significa que todo o volume de

água turbinado ou vertido numa usina a montante pode

ser reaproveitado na usina que está imediatamente a

jusante desta e assim, sucessivamente, até a última usina

do curso do rio.

Esta característica é chamada de acoplamento espacial da

operação.

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FONTE: Soares Filho (1987).

SOARES FILHO, Secundino. Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos. Sociedade Brasileira Automática, Campinas, v. 2, n. 1, p. 122-131, jan. 1987. Disponível em: https://www.sba.org.br/revista/volumes/v1n2/v1n2a06.pdf. Acesso em: 8 jul. 2019.

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Edmarcio Belati AB C /E ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE

SISTEMA HIDROTÉRMICO

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ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE P UHE 1 UHE 2

EQUAÇÃO DE BALANÇO HÍDRICO

Oceano

1 1

1 UHE UHE UHE UHE

i UHE f Va afl Qt St Va = + − − 1 1 2 2 2 2

2 UHE UHE UHE UHE UHE UHE

i UHE f Va afl Qt St Qt St Va = + − − + + vertido volume St turbinado volume Qt chuva afluências afl inicial volume Va final volume Va i f − − − − − ) (

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Edmarcio Belati AB C /E ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE UHE

carga MW

UTE DÉFICIT

Como modelar o

problema?

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS

HIDROTÉRMICOS

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68 MW

UTE1 _DÉFICIT UHE1_: •Vol.Inicial= 50% •Afluência= 10% •Vol.Máx.Turbinável=100% •Produtibilidade=0.95 •Vol.Máx.Vertido=100% Considerando a formulação apresentada, resolva o problema. UTE a [$/h] b [$/MWh] c [$/MW2_h] 1 10 120 0,002 0 50

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Edmarcio Belati AB C /E ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS

HIDROTÉRMICOS

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Restrição de Igualdade: Balanço Hídrico

EXERCÍCIO – RESOLVER NO AMPL

Inequação: Limites Operacionais

Restrição de Igualdade: Balanço de Potência Ativa

Função Objetivo:

Minimização do Custo Operacional

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O problema pode ser modelado da seguinte forma:

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO DE SISTEMAS

HIDROTÉRMICOS

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## elimina todos os elementos da memoria

reset;

# muda ao modo modelo

# declaração de variáveis e parâmetros#

var P >= 0, <= 50;

var DEFICIT >= 0, <= 68;

var Qt >= 0, <= 100;

var St >= 0, <= 100;

var Vaf >= 0, <= 100;

## definição da função objetivo

minimize custo:

10+120*P+0.02*P^2+2000*DEFICIT;

##definição das restrições #balanço de potência ativa

subject to balancoPot : 0.95*Qt+P+DEFICIT=68;

subject to balncoHid : Vaf+Qt+St=50+10;

# solucionador .

. .

option solver knitro;

option knitro_options "outlev=6";

# soluciona o modelo solve custo; # mostrar os resultados display custo; display P; display DEFICIT; display Qt; display St; display Vaf; custo = 1332.42 P = 11 DEFICIT = 1.04572e-08 Qt = 60 St = 6.56858e-06 Vaf = 7.15384e-06

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300 MW

DÉFICIT UHE 1 UHE 2

TRABALHO 9

100 MW

UHE 1 UHE 2

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ng. de Energia – Tópic os de Otim iza çã o em SE P 21 UHE 1: •Vol.Inicial= 70% •Afluência= 10% •Vol.Máx.Turbinável=100% •Produtibilidade=0.95 •Vol.Máx.Vertido=100% UHE 2 •Vol.Inicial= 60% •Afluência= 20% •Vol.Máx.Turbinável=100% •Produtibilidade=0.90 •Vol.Máx.Vertido=100% DÉFICIT •Custo = 3000 R$/MWh •Geração Máxima=400 MW •Geração Mínima=0 MW

Encontrar a operação ótima, do sistema hidrotérmico, considerando a formulação apresentada. Resolver usando o Lingo.

UTE a [$/h] b [$/MWh] c [$/MW2_h] 1 10 130 0,002 0 150 2 12 240 0,003 0 100

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Trabalho - 09

Resolver o sistema hidrotérmico - trabalho 09 - (apresentado nos slides anteriores).

Trabalho com até três integrantes. A entrega do trabalho deverá ser via e-mail em arquivo pdf.

Descrição do trabalho: Apresentar uma descrição do problema tratado, a solução do problema, análises dos resultados e o código AMPL/Knitro.

O trabalho deve conter: capa, sumário, introdução, desenvolvimento,

análises, conclusão e referências. Apresentar o código dos programa no anexo.

No e-mail colocar a descrição: Trabalho 9 – TOSEPA-nome(s) ;

A data limite para entrega do trabalho: dia 29/11/2020;