4.1.1 A rede de distribuição com geração distribuída com despacho máximo

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Casos de Estudo

Neste capítulo apresentaremos os resultados dos testes realizados com o modelo apresentado no capítulo anterior. Analisaremos dois casos de estudo: o primeiro caso de estudo é a rede de 9 barras. Esta é uma rede de 25 kV, da concessionária Light Serviços de Eletricidade S.A, que é alimentada pela Subestação Volta Redonda, localizada no interior do estado do Rio de Janeiro. O segundo caso de estudo é a rede “IEEE 34 barras”. Esta é uma rede fictícia do “Institute of Electrical and Electronics Engineers” (IEEE) que é freqüentemente utilizada como caso de estudo em trabalhos da área de engenharia elétrica. Esta também é uma rede de 25 kV.

Nosso intuito é fazer a comparação de dois cenários distintos com a configuração original da rede sem geração distribuída. Nossa comparação levará em consideração a variação total dos custos/receitas envolvidos na conexão da geração distribuída: o custo das perdas, o custo de investimentos e a receita da distribuidora com a TUSD. No primeiro cenário consideraremos a conexão da GD com o despacho máximo possível em cada mês do ano. Já no segundo cenário, consideraremos a conexão da geração distribuída realizando o despacho otimizado. Este despacho foi obtido através da otimização realizada pelo modelo proposto nesta dissertação. Por fim, poderemos avaliar o ganho que as distribuidoras terão com este despacho otimizado e também a perda de receita por parte dos geradores, em função da energia que deixou de ser gerada e conseqüentemente vendida. Com isso poderemos avaliar a viabilidade de as distribuidoras incentivarem a prática deste despacho otimizado oferecendo benefícios aos geradores, de tal forma que eles sejam compensados pela perda que tiveram com este despacho otimizado.

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4.1

A rede de 9 barras

No apêndice 4 apresentamos todas as informações desta rede: topologia, impedâncias, comprimento das linhas, cargas mensais (ativa e reativa), localização dos geradores, capacidade máxima de geração mensal e tensão nominal das barras.

4.1.1

A rede de distribuição com geração distribuída com despacho máximo

Nesta subseção, consideramos o impacto do(s) gerador(es) distribuído(s) conectados a rede de distribuição despachando sua capacidade máxima de geração de potência ativa, em cada período analisado.

Na tabela 4.1 são apresentados os custos das perdas e de investimentos no sistema após a conexão da GD com despacho máximo. Na primeira linha apresenta-se o resultado após a conexão de 1 gerador de 10 MW na rede de distribuição. Neste caso, a análise foi feita considerando a conexão do gerador 3 na barra 6 da rede de distribuição. Já na segunda linha, apresenta-se o resultado com a conexão simultânea de dois geradores de 5 MW cada na rede de distribuição. Neste segundo caso, consideramos a conexão do Gerador 1 na barra 6 e do gerador 2 na barra 9 da rede de distribuição estudada.

Tabela 4.1: Custo total da rede após a conexão dos geradores com despacho máximo Número de

Geradores Perdas (R$) Custo das investimentos (R$) Custo de TUSD (R$) Receita da Custo Total (R$) 1 -R$ 183.040 -R$ 2.462.500 R$ 314.400 -R$ 2.959.940 2 -R$ 195.260 -R$ 2.728.400 R$ 314.400 -R$ 3.238.060 PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0812696/CA

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4.1.2

A rede de distribuição com geração distribuída com despacho otimizado

Nesta seção consideramos o impacto da conexão da geração distribuída com despacho otimizado. Seguem abaixo as duas análises: para o casos com 1 e 2 geradores na rede. Em ambas as análises consideraram-se os geradores conectados nos mesmos pontos da rede que foram apresentados na seção anterior.

4.1.2.1

Otimização com 1 gerador

A tabela 4.2 e o gráfico 4.1 apresentam o despacho otimizado do gerador 3, conectado na rede de 9 barras. Podemos observar que os meses com maior demanda (janeiro, fevereiro e março) foram os meses para os quais foram propostos os maiores despachos. No mês de janeiro, o despacho proposto foi de 9,9977 MW, ou seja, praticamente 10 MW que é a capacidade instalada da máquina, A tabela 4.3 apresenta o despacho médio anual deste gerador, que é de 6,46 MW.

Tabela 4.2: Despacho otimizado do Gerador 3

Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho G3 (MW) 9,9977 9,2042 8,6264 5,2411 6,2954 4,7421

Mês Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro G3 (MW) 6,3262 4,7254 5,5369 4,9564 5,4011 6,4156

Tabela 4.3: Despacho médio anual Gerador Despacho Médio (MW)

G3 (MW) 6,46 PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0812696/CA

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Despacho Ótimo

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 Janeiro FevereiroMarço Abril Maio JunhoJulho Agosto SetembroOutubro NovembroDezembro Mês Despacho (MW) Despacho G3 Geração Máxima

Gráfico 4.1: Despacho otimizado do gerador 3 / Geração Máxima

A tabela 4.4 apresenta o custo anual referente ao despacho do Gerador 3. Os resultados apresentados indicam um ganho da ordem de 36% no despacho otimizado com relação ao despacho máximo (sem otimização). Neste caso, o beneficio da distribuidora é da ordem de 4 milhões de reais.

Tabela 4.4: custo total da rede após a conexão de um gerador com despacho otimizado Número de Geradores Custo das Perdas (R$) Custo de investimentos (R$) Receita da TUSD (R$) Custo Total (R$) 1 -R$ 298.700 -R$ 3.419.800 R$ 314.400 -R$ 4.032.900 4.1.2.2

A otimização com 2 geradores

Nesta seção apresentamos os resultados obtidos ao utilizarmos o algoritmo genético para otimizar o despacho do Gerador 1 e do Gerador 2 ao se conectarem simultaneamente nesta rede de distribuição. A tabela 4.5 apresenta os valores de despacho otimizado para cada mês do ano considerado. Este despacho otimizado também é apresentado no gráfico 4.2 A tabela 4.6 apresenta o despacho médio anual de cada gerador.

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Tabela 4.5: Despacho otimizado dos Geradores 1 e 2

Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho G1 (MW) 4,9995 3,8307 3,5289 2,1854 3,0195 2,7081 G2 (MW) 4,1051 3,8429 3,7461 3,2857 2,7803 2,4759

Mês Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro G1 (MW) 2,767 2,4845 3,0712 2,2166 2,9939 3,6024 G2 (MW) 2,4981 2,367 2,4968 3,1424 2,7954 2,984

G1 (MW) 3,12 G2 (MW) 3,04

Despacho Ótimo

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Janeiro FevereiroMarço Abril Maio JunhoJulho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Mê s Despacho (MW) G2 G1 Geração Máxima

Gráfico 4.2: Despacho otimizado/geração máxima dos geradores 1 e 2

Na simulação com dois geradores, observamos que o Gerador 1 teve um despacho médio ligeiramente maior que o gerador 2. O gerador 2 se encontra na ponta da linha, enquanto que o gerador 1 se encontra mais próximo ao centro da linha. As linhas mais próximas do gerador 1 eram as linhas mais carregadas antes da conexão dos geradores, portanto o alívio no carregamento destas linhas provocará uma redução considerável no custo de investimentos. Nesse caso, os resultados obtidos com a inserção da GD apresentaram um beneficio da ordem de

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5,1 milhões de reais para a distribuidora, conforme podemos observar na tabela 4.7. Neste caso, se compararmos com o caso da GD com despacho máximo, o ganho é da ordem de 58%.

Tabela 4.7: custo total da rede após a conexão de dois geradores com despacho otimizado Número de Geradores Custo das Perdas (R$) Custo de investimentos (R$) Receita da TUSD (R$) Custo Total (R$) 2 -R$ 369.550 -R$ 4.444.500 R$ 314.400 -R$ 5.128.450

O fato destes 2 geradores terem um despacho médio muito semelhante, indica que os 2 pontos de conexão são igualmente vantajosos para conexão de GD. Com isso, ao distribuímos a geração entre estas duas barras, a tendência é a de que a redução dos custos seja maior do que ao colocar um gerador de 10 MW em uma destas duas barras, conforme foi observado nos resultados. Como se pode observar, a conexão de dois geradores simultaneamente, se comparada a conexão de um gerador, é mais vantajosa. A redução de perdas é maior, bem como a redução dos custos de investimento.

Um outro ponto a ser destacado, é que em otimizações com múltiplos geradores não necessariamente o mesmo comportamento se repetirá em todos os meses do ano, por exemplo G2>G1. Isto não deverá ocorrer porque o cálculo do custo de investimentos é feito levando em consideração o maior carregamento registrado para cada linha nos 12 meses do ano. Após a conexão da geração distribuída, o máximo fluxo das linhas e transformadores da rede muito provavelmente não ocorrerão no mesmo mês do ano. Por exemplo, enquanto o máximo fluxo de uma linha x foi registrado em janeiro, uma segunda linha y teve o máximo fluxo registrado em julho. Com isso, em determinados meses o algoritmo pode atuar no sentido de reduzir o despacho de um gerador para que não ocorra um aumento do custo de uma determinada linha. Da mesma forma, em outros meses o aumento do despacho pode ser importante para reduzir o carregamento de outras linhas, e com isso o comportamento da geração não será necessariamente uniforme ao longo do ano.

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4.2

A Rede IEEE 34 barras

No apêndice 5 apresentamos todas as informações desta rede: topologia, impedâncias, comprimento das linhas, cargas mensais (ativa e reativa), localização dos geradores, capacidade máxima de geração mensal e tensão nominal das barras. Foram feitas algumas modificações na configuração original desta rede com o intuito de adequá-la às necessidades dos testes que realizamos neste trabalho. As modificações foram as seguintes: retirada dos dois capacitores, inclusão de 2 geradores (totalizando 3), modificação proporcional das cargas de todas as barras da rede e modificação proporcional de todas as impedânciaa das linhas.

4.2.1

A rede de distribuição com geração distribuída com despacho máximo

Na tabela 4.8 são apresentados os custos das perdas e de investimentos no sistema após a conexão da GD com despacho máximo. Na primeira linha apresentam-se os resultados após a conexão de 1 gerador de 15 MW na rede de distribuição. Neste caso, a análise foi feita considerando a conexão do gerador 4 na barra 23 da rede de distribuição. Já na segunda linha, apresenta-se o resultado com a conexão simultânea de três geradores de 5 MW na rede de distribuição. Neste segundo caso, consideramos a conexão do Gerador 1 na barra 4, do gerador 2 na barra 18 e do Gerador 3 na barra 23 da rede de distribuição estudada.

Tabela 4.8: Custo total da rede após a conexão dos geradores com despacho máximo Número de Geradores Custo das Perdas (R$) Custo de investimentos (R$) Receita da TUSD (R$) Custo Total (R$) 1 +R$ 390.750 -R$ 4.172.300 R$ 471.600 -R$ 4.253.150 3 -R$ 115.270 -R$ 4.453.900 R$ 471.600 -R$ 5.040.770 PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0812696/CA

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4.2.2

A rede de distribuição com geração distribuída com despacho otimizado

Nesta seção consideramos o impacto da conexão da geração distribuída com despacho otimizado. Seguem abaixo as duas análises: para o casos com 1 e 3 geradores na rede. Em ambas as análises consideraram-se os geradores conectados nos mesmos pontos da rede que foram apresentados na seção anterior.

4.2.2.1

Otimização com 1 gerador

A tabela 4.9 e o gráfico 4.3 apresentam o despacho otimizado do gerador 4, conectado na rede IEEE 34 barras. A tabela 4.10 apresenta o despacho médio anual do gerador 4.

Tabela 4.9: Despacho otimizado do Gerador 4

Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho G4 (MW) 13,2387 10,8921 10,1848 8,3035 8,9257 8,0597

Mês Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro G4 (MW) 7,9898 7,8773 8,5457 8,4693 8,8294 9,9601

G4 (MW) 9,27 PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0812696/CA

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Despacho Ótimo 0,00 5,00 10,00 15,00 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Mê s Despacho (MW) G4 Geração Máxima

Gráfico 4.3: Despacho otimizado/geração máxima do gerador 4

A tabela 4.11 apresenta o custo anual referente ao despacho do Gerador 4. Os resultados apresentados indicam um ganho significativo no despacho otimizado com relação ao despacho máximo (sem otimização). Neste caso, o beneficio da distribuidora é da ordem de 7,3 milhões de reais. Se compararmos com a situação de despacho Maximo, o ganho é da ordem de 72%.

Tabela 4.11: Custo total da rede após a conexão de um gerador com despacho otimizado

Número de

Geradores Perdas (R$) Custo de Investimentos (R$) Custo de TUSD (R$) Receita da Custo Total (R$) 1 -R$ 132.810 -R$ 6.724.900 R$ 471.600 -R$ 7.329.310

4.2.2.2

A otimização com 3 geradores

Nesta seção apresentamos os resultados obtidos ao utilizarmos o algoritmo genético para otimizar o despacho dos Geradores 1, 2 e 3 ao se conectarem simultaneamente nesta rede de distribuição. A tabela 4.12 e o gráfico 4.4

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apresentam os valores do despacho otimizado para cada mês do ano considerado. Já a tabela 4.13 apresenta o despacho médio anual de cada um dos três geradores.

Tabela 4.12: Despacho otimizado dos três geradores na rede IEEE 34 barras Mês Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho G1 (MW) 4,2493 1,8872 2,3155 2,2601 1,9835 1,7460 G2 (MW) 4,9998 4,9985 4,4685 4,4738 3,5009 3,1850 G3 (MW) 5,0000 4,9239 4,7829 2,6347 4,0178 3,8086

Mês Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro G1 (MW) 2,1671 2,9556 3,2712 2,7729 2,6474 2,2983 G2 (MW) 3,6519 2,6261 2,9444 2,9063 4,7351 4,2239 G3 (MW) 3,0394 2,9373 3,4264 3,8746 2,7758 4,707

G1 (MW) 2,55 G2 (MW) 3,89 G3 (MW) 3,83 Despacho Ótimo 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Mê s Despacho (MW) G3 G2 G1 Geração Máxima

Gráfico 4.4: Despacho otimizado/geração máxima dos geradores 1,2 e 3

Na simulação com três geradores, observamos que o despacho médio dos Geradores 2 e 3 é praticamente igual. Estes geradores tiveram um valor de

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despacho médio maior que o gerador 1. O gerador 3 de encontra muito próximo a maior carga da rede, localizada na barra 28. Já o gerador 2 se encontra aproximadamente no centro da rede de distribuição, com isso toda potência que é gerada por esta PCH contribui para aliviar o carregamento do tronco principal da rede, entre as barras 0 e 16. Neste tronco estão contidas três das linhas mais longas (e conseqüentemente mais caras) da rede. Nesse caso, os resultados obtidos com a inserção da GD apresentaram um beneficio da ordem de5,6 milhões de reais para a distribuidora, conforme observamos na tabela 4.14. Se compararmos com o caso com despacho máximo, o ganho é da ordem de 10%.

Tabela 4.14 custo total da rede após a conexão dos três geradores com despacho otimizado Número de Geradores Perdas (R$) Custo de reposição (R$) Receita da TUSD (R$) Custo Total (R$) 3 -R$ 116.590 -R$ 4.972.200 R$ 471.600 -R$ 5.560.390

Como se pode observar, a conexão de um gerador, se comparada a conexão de três geradores simultaneamente, é mais vantajosa. A redução de perdas e do custo de investimentos são maiores. Como o algoritmo genético forneceu valores de despacho maiores para os geradores 2 e 3, podemos dizer que os respectivos pontos de conexão são mais vantajosos para conexão de geração distribuída. No caso com 3 geradores tínhamos 1 gerador de 5 MW num ponto não tão vantajoso. Já no caso com 1 gerador, todos os 15 MW estão concentrados num ponto mais vantajoso da rede de distribuição.

4.3

O prejuízo dos geradores

A tabela 4.15 apresenta os valores das receitas das distribuidoras com a conexão dos geradores distribuídos com despacho otimizado, conforme calculado nas seções anteriores e também o prejuízo que os geradores terão em praticar este despacho. PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0812696/CA

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Tabela 4.15: Receita das distribuidoras x Prejuízo dos geradores

Rede Número de

Geradores Custo Total (R$)

Prejuízo dos Geradores (R$) 9 barras 1 -R$ 4.032.900 2.645.359 9 barras 2 -R$ 5.128.450 2.955.560 IEEE 34 barras 1 -R$ 7.329.310 4.399.614 IEEE 34 barras 3 -R$ 5.560.390 3.355.369

O cálculo deste prejuízo foi feito para o período de 1 ano e leva em consideração a diferença entre o despacho máximo mensal possível e o despacho otimizado. O custo correspondente foi calculado utilizando a tarifa de 120 R$/MWh.

Os resultados mostram que é viável a realização de uma negociação entre as partes, tendo em vista que o ganho das distribuidoras é sempre bem maior que o prejuízo dos geradores. Dentre os testes realizado, o que se mostrou mais favorável no sentido de viabilizar este incentivo foi o da rede de 9 barras com 2 geradores, pois o ganho da distribuidora foi 73% maior que o prejuízo total dos 2 geradores. Já o teste que se mostrou menos favorável foi o da rede de 9 barras com 1 gerador, ainda assim o ganho da distribuidora foi 52 % maior que o prejuízo do gerador PUC-Rio - Certificação Digital Nº 0812696/CA