Aula 02
EN3457
REGULAÇÃO E MERCADO DE ENERGIA
ELÉTRICA
Prof.: Haroldo de Faria Jr
haroldo.faria@ufabc.edu.br
Despacho do Sistema
• O despacho do sistema é uma atividade inerente ao modelo Pool, visto que no modelo Bilateral os agentes programam as suas transações (físicas) de energia de forma
autônoma, com o operador do sistema interferindo minimamente no despacho.
• No contexto do modelo Pool, apresentamos as características do problema de despacho para os sistemas do tipo termelétrico e hidrotérmico.
Sistemas Termelétricos
Sistemas Termelétricos (Pool)
• Os sistemas termelétricos geralmente constituem-se de usinas nucleares, usinas com combustíveis fósseis, usinas a gás e usinas de cogeração
• O custo de produção, dentro de um horizonte de operação, pode ser definido como uma função dos custos fixos de operação, dos custos variáveis de produção e dos custos de partida de uma unidade geradora.
• Tendo partido, a unidade geradora deve continuar em operação por um certo número de horas antes de desligá-la. E também quando desligada, a unidade deve permanecer um certo número de horas parada.
Sistemas Termelétricos
Sistemas Termelétricos (Pool)
• Existem restrições de tempos mínimos de operação e de tempos mínimos de resfriamento das unidades, além do cumprimento de requisitos de geração máxima e mínima
Pi Cv(Pi)
Limites de Geração de unidade termelétrica
Pi min P
Sistemas Termelétricos
Sistemas Termelétricos (Pool)
1 2 N
…
PR F1 F2 FN P1 P2 PNN
i
P
P
P
P
P
P
P
r
s
F
F
F
F
Min
Max i i Min i R N N T,
,
1
.
2 1 2 1K
L
L
=
≤
≤
=
+
+
+
+
+
+
=
Fi representa a curva de preço para o despacho e Pi é a potência total gerada em cada unidade
Sistemas Termelétricos
Sistemas Termelétricos (Pool)
N
i
P
P
P
P
P
P
P
r
s
F
F
F
F
Min
Max i i Min i R N N T,
,
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.
2 1 2 1K
L
L
=
≤
≤
=
+
+
+
+
+
+
=
Este problema tem solução trivial. Basta atender a carga “empilhando-se” as unidades por ordem de mérito segundo os preços declarados, até que a carga seja atendida.
Sistemas Termelétricos
Sistemas Termelétricos (Pool)
• Uma característica fundamental de um sistema termelétrico é o fato de que uma decisão tomada hoje, relativamente ao nível de produção, não afeta a operação do sistema no futuro
• A energia produzida tem um custo direto relacionado ao custo do combustível utilizado, o qual fornece um mecanismo natural para a formação do preço
• O custo de produção de uma usina independe da produção em outras plantas de geração
• Em um sistema termelétrico, cada um dos geradores, baseado em seus custos e
estratégias de mercado, pode fazer sua oferta de preços para a sua produção. A partir dessas ofertas, o operador do sistema determina o despacho ótimo,
Sistemas Hidrotérmicos
Diferentemente dos sistemas termelétricos, os sistemas hidrotérmicos são acoplados no
tempo, de modo que o despacho do sistema deve ser determinado considerando as
consequências futuras de cada decisão.
As principais características do sistemas hidrotérmicos:
• Existe uma relação entre a decisão tomada em um estágio qualquer e sua consequência futura.
• O problema é essencialmente estocástico devido à impossibilidade de uma perfeita previsão das afluências futuras, no instante em que são tomadas as decisões operativas. • A grande quantidade existente de reservatórios e a necessidade de uma otimização
multiperíodo tornam o problema de grande porte.
• Necessidade de considerar uma grande quantidade de atividades relacionadas com o uso múltiplo da água nos reservatórios (navegação, controle de cheias, irrigação, abastecimento de água) em conjunto com o despacho de geração e otimização multiperíodo dos reservatórios.
Sistemas Hidrotérmicos
As principais características do sistemas hidrotérmicos:
• Existem não-linearidades implícitas ao problema, as quais são devidas às funções de custos de operação das termelétricas e às funções de produção de energia das hidrelétricas
• Existe a presença de custos indiretos relacionados com os benefícios de geração hidrelétrica, uma vez que a água armazenada nas usinas hidrelétricas tem um valor indireto, associado à oportunidade de economizar combustível através do deslocamento de uma térmica hoje ou no futuro.
Sistemas Hidrotérmicos
Acoplamento Temporal em Sistemas Hidrotérmicos
Sistemas Hidrotérmicos
Na prática, a busca pela melhor decisão operativa é baseada na composição dos
custos operacionais imediato e futuro.
A função de custo imediato – FCI – mede os custos de geração térmica no estágio t
A função de custo futuro – FCF – está associada ao custo esperado de geração térmica e déficit do final do estágio t (início de t + 1) até o final do período de estudo
Sistemas Hidrotérmicos
O VALOR DA ÁGUA
O uso ótimo da água armazenada corresponde ao ponto que minimiza a soma dos custos imediato e futuro. Este ponto também corresponde ao ponto em que as derivadas da FCF e FCI se igualam em módulo.
Sistemas Hidrotérmicos
Volume Final
$
FCI
FCF
FCI+FCF
Admitido que a função de custo total é CT = FCI + FCF e que o ponto de mínimo dessa função é obtido quando a sua derivada em relação ao volume final, v é nula, tem-se então: ߲ܥܶ ߲ݒ = ߲ܨܥܫ ߲ݒ + ߲ܨܥܨ ߲ݒ = 0 ߲ܨܥܫ ߲ݒ = − ߲ܨܥܨ ߲ݒ
Sistemas Hidrotérmicos
• Sistemas hidrotérmicos, de uma forma geral, e particularmente o sistema brasileiro, tem uma acentuada volatilidade dos custos marginais.
CMO – Custo marginal de operação
Custo para produzir 1 MWh de energia a mais para o sistema
• A acentuada volatilidade de preço somada à existência de vínculos hidráulicos entre usinas de uma mesma cascata e pertencentes a distintos proprietários, constituem um obstáculo para a implementação de um modelo de despacho baseado em ofertas de preços dos geradores.
• O sistema brasileiro usa um modelo centralizado de despacho denominado tight pool. O despacho é determinado com base nos preços ofertados por geradores termelétricos e no custo do déficit.
Sistemas Hidrotérmicos
Comportamento do custo marginal de operação em função da Energia Armazenada. Estes dados foram computados para vazões afluentes do histórico de 1931 a 1994
Sistemas Hidrotérmicos
• São utilizados dois modelos matemáticos para o cálculo do CMO
NEWAVE DECOMP
NEWAVE
• Modelo de planejamento da operação de sistemas hidrotérmicos utilizado para otimizar a política de operação num horizonte de médio prazo (5 anos), discretizado mensalmente • Tem como objetivo definir a proporção ótima de geração hidráulica, térmica e intercâmbio
entre submercados, valores esperados dos CMOs e o custo esperado de operação de um período qualquer até o final do horizonte
• Avalia o impacto da utilização da água armazenada nos reservatórios versus o custo de combustível das usinas termoelétricas → Função de Custo Futuro (FCF)
Sistemas Hidrotérmicos
NEWAVE
• Um dos principais resultados obtidos na estratégia de solução do modelo NEWAVE é a função de custo futuro. É por meio dessa função que o encadeamento com o modelo de curto prazo – DECOMP – é realizado, compatibilizando a política de operação de curto prazo com a política de operação de médio prazo, definida pelo NEWAVE
Sistemas Hidrotérmicos
NEWAVE
• As usinas hidrelétricas de cada submercado são representadas por meio de um único reservatório equivalente. As linhas de transmissão que conectam os submercados são representadas por meio de limites de intercâmbio
Sistemas Hidrotérmicos
DECOMP
• Planejamento de médio prazo com as mesmas funções do planejamento da etapa anterior, porém os resultados são explicitados para um horizonte semanal e individualmente para cada usina
• O objetivo do DECOMP é determinar o despacho de geração das usinas hidráulicas e térmicas que minimiza o custo de operação ao longo do período de planejamento, dado o conjunto de informações disponíveis (carga, vazões, disponibilidades, limites de transmissão entre subsistemas, função de custo futuro do NEWAVE)
• Um dos resultados fornecidos pela cadeia de modelos NEWAVE e DECOMP é o CMO, que representa o custo variável do recurso de geração mais caro despachado, caso esse ainda tenha disponibilidade para suprir o próximo incremento de carga
O Preço de Liquidação das Diferenças - PLD é um valor determinado semanalmente para cada patamar de carga para cada patamar de carga com base no CMO, limitado por um preço
máximo e um mínimo vigente para cada Período de Apuração definido pela ANEEL e para cada Submercado, pelo qual é valorada a energia comercializada no Mercado de Curto Prazo (Mercado Spot Brasileiro)
Sistemas Hidrotérmicos
PLD
• Os modelos utilizados na determinação do PLD são os mesmos adotados pelo ONS, sendo também utilizados os mesmos dados exceto as restrições operativas aos submercados e as unidades geradoras térmicas em teste
• As restrições internas aos submercados devem ser excluídas pois, para fins de formação de preço, a energia comercializada deve ser tratada como igualmente disponível em todos os pontos de consumo de um mesmo submercado, isto é, deve-se desprezar as restrições elétricas internas aos submercados e, consequentemente, as gerações motivadas por essas restrições
• Uma unidade geradora em fase de testes produz energia com o objetivo de atender suas próprias necessidades de ajustes de equipamentos e verificação de seu comportamento do ponto de vista sistêmico. A solicitação do início da operação comercial poderá ser efetuada após a conclusão da operação em teste e, somente a partir desse momento, a energia
produzida pela unidade geradora está efetivamente disponível ao sistema e passível de ser considerada na formação do PLD.
Sistemas Hidrotérmicos
Restrição elétrica interna ao submercado
• A usina G1 deve manter um nível mínimo de geração para atender a carga L1
• Restrições dessa natureza não são consideradas na formação do preço, o nível mínimo de geração será desconsiderado no deck daCCEE.
Sistemas Hidrotérmicos
PLD
• O PLD é determinado com base na comparação do CMO com os limites máximo e mínimo estabelecidos pela ANEEL para todos submercados, semanas e patamares de carga
O PLD, definido por submercado, patamar de carga e semana, deverá ser determinado de acordo com a seguinte expressão:
PLDs,r,w= min(max(CMO_SR _EAs,r,w, PLD _MINf), PLD_MAXf)
Onde:
PLDs,r,wé o Preço de Liquidação das Diferenças determinado por submercado “s”, patamar de carga
“r” e semana “w”
CMO_SR_EAs,r,wé o Custo Marginal de Operação Sem Restrição Ex-Ante determinado por
submercado “s”, patamar de carga “r” e semana “w”
PLD_MINf é o valor mínimo que o PLD pode assumir no ano de apuração “f”
