EER Economia das Energias Renováveis

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EER – Economia das Energias Renováveis

M t d E i R á i (MERCEUS)

Mestrado em Energias Renováveis (MERCEUS)

Comissionamento

de Grupos Térmicos de Produção de

Energia Eléctrica

Jorge Alberto Mendes de Sousa Jorge Alberto Mendes de Sousa

P f C d d P f C d d Professor Coordenador Professor Coordenador Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa

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Agenda

g

1. 1. Enquadramento

Enquadramento

ã

2. 2. Exemplos de aplicação

Exemplos de aplicação

3 3 Técnicas de solução

Técnicas de solução

3. 3. Técnicas de solução

Técnicas de solução

4. 4. Método da lista prioritária

Método da lista prioritária

4.

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Enquadramento

q

Comissionamento de grupos

O problema do despacho económico analisado anteriormente

pretende responder à questão: Quanto é que cada grupo deverá produzir por forma a satisfazer uma dada carga ao mais baixo custo?

baixo custo?

O problema do comissionamento de grupos coloca-se antes

do problema do despacho económico e pretende responder à do problema do despacho económico e pretende responder à questão: Que os grupos deverão funcionar em cada momento por forma a satisfazer uma dada carga que varia ao longo do tempo?

O problema do comissionamento de grupos contem maisp g p

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

í

é

Características dos grupos térmicos

Grupo #1

P_Min = 150 MW P_M = 600 MW P_Max = 600 MW H₁(P₁) = 510 + 7,2 P₁ + 0,00142 P₁2 _[MBtu/h]

Grupo #2

P_Min = 100 MW P_Max = 400 MW H₂(P₂) = 310 + 7,85 P₂ + 0,00194 P₂2 _[MBtu/h]

Grupo #3

P = 50 MW P_Min = 50 MW P_Max = 200 MW H₃(P₃) = 78 + 7 97 P₃ + 0 00482 P₃2 _[MBtu/h] H₃(P₃) = 78 + 7,97 P₃ + 0,00482 P₃ [MBtu/h]

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #1

Custo do combustível

F = 1 1 €/MBtu F₁ = 1,1 €/MBtu F₂ = 1,0 €/MBtu F = 1 2 €/MBtu F₃ = 1,2 €/MBtu

Problema #1

Para uma procura de 550 MW qual a combinação de grupos que deverá funcionar e qual a potência que cada um deve fornecer?

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #1

o 1 o 2 o 3 _To ta l Grup o Grup o Grup o Pmax Pmin P1 P2 P3 F1 F2 F3 Cu st o 0 0 0 0 0 Pmax < Pcarga 0 0 0 0 0 0 0 1 200 50 0 1 0 400 100 Pmax Pcarga Pmax < Pcarga Pmax < Pcarga 0 1 1 600 150 0 400 150 0 3760 1658 5418 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #1

o 1 o 2 o 3 _To ta l Grup o Grup o Grup o Pmax Pmin P1 P2 P3 F1 F2 F3 Cu st o 0 0 0 0 0 Pmax < Pcarga 0 0 0 0 0 0 0 1 200 50 0 1 0 400 100 Pmax < Pcarga Pmax < Pcarga Pmax Pcarga 0 1 1 600 150 0 400 150 0 3760 1658 5418 1 0 0 600 150 550 0 0 5390 0 0 5390 1 0 1 800 200 500 0 50 4912 0 586 5498 1 1 0 1000 250 295 255 0 3033 2438 0 5471 1 1 1 1200 300 267 233 50 2787 2244 586 5617

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #2

Na realidade a potência solicitada varia em cada momento de acordop com o diagrama de carga pelo que é necessário determinar uma sequência temporal de comissionamento dos grupos electroprodutores

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #2

Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 P [MW] 691,8 694,3 656,3 613,6 590,2 500,0 528,1 690,9 909,4 1060,9 1152,9 1167,3 Hora 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 P [MW] 1191 0 1160 8 1148 8 1163 0 1140 1 1110 2 1075 2 1045 6 1110 8 1200 0 1109 3 1048 1 P [MW] 1191,0 1160,8 1148,8 1163,0 1140,1 1110,2 1075,2 1045,6 1110,8 1200,0 1109,3 1048,1

Problema #2

Q l d á ê i d i i t id d

Qual deverá ser a sequência de comissionamento considerando que os 3 grupos descritos no exemplo anterior têm de satisfazer o diagrama de carga diário acima apresentado?g p

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #2

Solução expedita

Uma forma expedita de solucionar o problema (de “força bruta”) pode ser obtida para cada intervalo de 100 MW entre a potência mínima e máxima de carga de 500 MW e 1200 MW respectivamente

máxima de carga de 500 MW e 1200 MW respectivamente.

Deste modo pode usar-se uma regra simples baseada na potência máxima disponível para cada combinação de grupos:p p ç g p

P_carga_carga ≤ 600 MW => Grupo #1

600 MW < P_carga ≤ 1000 MW => Grupos #1 e #2 P_carga_g > 1000 MW => Grupos #1, #2 e #3

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Exemplos de aplicação (3 grupos)

Comissionamento de grupos #2

Carga Grupo Grupo Grupo [MW] #1 #2 #3 1200 1 1 1 1100 1 1 1 1000 1 1 0 900 1 1 0 800 1 1 0 800 1 1 0 700 1 1 0 600 1 0 0 500 1 0 0 Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 P [MW] 691,8 694,3 656,3 613,6 590,2 500,0 528,1 690,9 909,4 1060,9 1152,9 1167,3 Comiss. 110 110 110 110 100 100 100 110 110 111 111 111

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Técnicas de solução

õ

Restrições

O problema do comissionamento de grupos torna-se mais complexo porque para além das múltiplas combinações possíveis de grupos para satisfazer a carga ao longo do tempo existem outras restrições que têm satisfazer a carga ao longo do tempo existem outras restrições que têm de ser consideradas

Reserva girante

Restrições técnicas dos grupos térmicos Restrições técnicas dos grupos hídricos Restrições de combustível

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Técnicas de solução

õ

é

Restrições dos grupos térmicos

Os grupos térmicos têm restrições associadas ao processo termodinâmico de geração que podem ser mais ou menos rígidas em função da tecnologia de produção (nuclear carvão gás fuel)

função da tecnologia de produção (nuclear, carvão, gás, fuel). Destas restrições têm particular importância as seguintes:

Tempo mínimo de funcionamento Tempo mínimo de paragem

Tempo mínimo de paragem

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Técnicas de solução

õ

Soluções mais utilizadas

Técnicas de solução do problema de comissionamento

Atendendo à complexidade do problema do comissionamento de grupos a procura de técnicas satisfatórias de solução tem merecido grande interesse destacando se os seguintes métodos:

grande interesse, destacando-se os seguintes métodos:

Lista prioritária (LP ou PL) Lista prioritária (LP ou PL)

Programação dinâmica (PD ou DP)

Programação inteira mista (PIM ou MIP) Programação inteira mista (PIM ou MIP)

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Método da lista prioritária

ã

é

Descrição do método

Li

i i á i

Li

i i á i

Lista prioritária

A aplicação do método da lista prioritária à resolução do problema dop ç p ç p comissionamento de grupos implica a existência de um critério que estabeleça uma ordem de mérito entre os grupos electroprodutores por forma a que eles sejam comissionados/descomissionados de acordo forma a que eles sejam comissionados/descomissionados de acordo com essa ordem de mérito.

Um critério bastante utilizado é o custo médio à potência máxima Um critério bastante utilizado é o custo médio à potência máxima. De acordo com este critério a ordem de mérito de cada grupo é tanto maior quanto menor for o seu custo médio calculado no ponto de potência máxima, ou seja:

)

(

_i

i

P

F

_i

(

_i

)

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Método da lista prioritária

ã

Aplicação

P bl

#3

P bl

#3

Problema #3

Considerando os 3 grupos térmicos indicados anteriormente determinarg p a lista prioritária.

Grupo #1

P = 150 MW P = 600 MW

Grupo #1

P_Min = 150 MW P_Max = 600 MW

F₁(P₁) = 1,1 x (510 + 7,2 P₁ + 0,00142 P₁2_{) [MBtu/h]}

G

#2

P 100 MW P 400 MW

Grupo #2

F₂(P₂) = 1,0 x (310 + 7,85 P₂ + 0,00194 P₂2_{) [MBtu/h]}

Grupo #3

F₃(P₃) = 1,2 x (78 + 7,97 P₃ + 0,00482 P₃2_{) [MBtu/h]}

Solução: F₁(600)/600 = 9,792 €/MWh 2º F (400)/400 = 9 401 €/MWh 1º F₂(400)/400 = 9,401 €/MWh 1º

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Método da lista prioritária

ã

Aplicação

Problema #4

Considere o método da lista prioritária, cujo critério é o custo médio à

tê i á i f t i i t d t ê

potência máxima, para efectuar o comissionamento de três grupos caracterizados pelas seguintes funções de custo:

F (P ) 250 5 0 P 0 0040 P 2 _[€/h] _{100 P} _{400 [MW]} F₁(P₁) = 250 + 5.0 P₁ + 0.0040 P₁2 _{[€/h] ;} _{100 ≤ P} 1 ≤ 400 [MW] F₂(P₂) = 100 + 6.0 P₂ + 0.0015 P₂2 _{[€/h] ;} _{100 ≤ P} 2 ≤ 300 [MW] F₃(P₃) = 300 + 3.0 P₃ + 0.0010 P₃2 _{[€/h] ;} ₁₀₀ _{≤ P} 3 ≤ 300 [MW] F₃(P₃) 300 + 3.0 P₃ + 0.0010 P₃ [€/h] ; 100 ≤ P₃ ≤ 300 [MW]

Hora Carga [MW] Estado 1 2 3

1 300 1 0 0 0

2 400 2 0 0 1

3 200 3 0 1 0

4 800 4 1 0 0

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Método da lista prioritária

ã

Aplicação

Problema #4 (cont )

Problema #4 (cont.)

a) Indique a lista prioritária e os respectivos estados.

b) Quais os estados seleccionados para satisfazer o diagrama de carga ? b) Quais os estados seleccionados para satisfazer o diagrama de carga ? c) Admitindo que o critério de RESERVA é de 100 MW, como responderia à alínea anterior ?

à alínea anterior ?

d) Admitindo que o tempo mínimo de FUNCIONAMENTO dos grupos é de 2 horas e que o estado inicial é o 4, como responderia à alínea anterior?q p e) Admitindo que o tempo mínimo de PARAGEM dos grupos é de 2 horas, como responderia à alínea anterior ?

e.i. = 4

Reserva TMF TMP

Hora Carga Estado 100 2 2

1 300 2 5 5 5 Solução: 2 400 5 5 5 5 3 200 2 2 2 5 4 800 8 8 8 8 5 500 5 5 8 8 6 800 8 8 8 8 6 800 8 8 8 8