- 1 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 :: :: :: Sessão #7 :: Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor com aplicação.

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1 - 1 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 :: :: :: Sessão #7 :: Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor com aplicação à energia eólica Jorge de Sousa Professor Coordenador ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica

2 - 2 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

3 - 3 - Sessão #7 | 26 Maio 2010  Externalidades são efeitos positivos ou negativos gerados pelas atividades de produção ou consumo de um agente económico e que atingem os demais agentes que não participaram dessa decisão.  Uma externalidade diz-se negativa quando gera malefícios para os demais agentes, como por exemplo uma fábrica que gera poluição atmosférica, afectando a comunidade próxima.  Uma externalizade diz-se positiva quando beneficia os demais agentes, como sejam os investimentos públicos em infra-estrutura e equipamentos ou os planos nacionais de vacinação.  Normalmente, cabe ao Estado criar ou estimular a instalação de atividades que constituam externalidades positivas, e impedir ou inibir a geração de externalidades negativas, podendo também ser criados mercados que permitam promover a internalização dessas externalidades. Enquadramento Externalidades e mercados ambientais

4 - 4 - Sessão #7 | 26 Maio 2010  Tarifários de remuneração regulados Energias renováveis (DL nº 225/2007) Cogeração (DL nº 23/2010) Microgeração (DL nº 363/2007)  Mercados ambientais Certificados verdes Comércio de emissões de GEE Enquadramento Internalização de externalidades no sector eléctrico

5 - 5 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

6 - 6 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 A tarifa de energia eléctrica inclui a remuneração das renováveis Tarifa renováveis Tarifa final de energia eléctrica BT ≤ 1 kV < MT ≤ 45 kV < AT ≤ 110 kV < MAT

7 - 7 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 De que forma entra o custo das Energias Renováveis na Tarifa final ? Uso Global do Sistema UGS II Tarifa Energia e Potência Tarifa Renovável Sobrecusto Custo Médio de Produção em Regime Ordinário Tarifa renováveis Contribuição na TEP e no UGS

8 - 8 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Cálculo da Tarifa Renovável Aplicável à produção a partir de fontes renováveis. Para as centrais eólicas, aplica-se aos primeiros 33 GWh entregues à rede por MW de potência atribuído até ao limite máximo de 15 anos a contar desde o início do fornecimento de electricidade à rede A legislação define que 2,5% das receitas provenientes da electricidade vendida são destinadas às autoridades municipais da região onde os aproveitamentos renováveis são efectuados Tarifa renováveis Decreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007

9 - 9 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 KMHO Coeficiente que modula os valores da parcela fixa, variável e ambiental em função do posto horário em que a electricidade tenha sido fornecida: pc - ponta e cheia; v - vazio Cálculo da Tarifa Renovável Mini-HídricasRestantes instalações KMHO PC 1,15 1,25 KMHO V 0,800,65 Tarifa renováveis Modulação ponta/cheia (pc) e vazio (v)

10 - 10 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Parcela Fixa Representa o custo de investimento evitado pela central renovável PF(VRD) m = 6,8 x P 2 med /P nom €/mês (potências em kW) Cálculo da Tarifa Renovável Tarifa renováveis Parcela fixa

11 - 11 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Parcela Variável Representa os custos de operação e manutenção evitados pela central renovável PV(VRD) m = 36 €/MWh Cálculo da Tarifa Renovável Tarifa renováveis Parcela variável

12 - 12 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Parcela Ambiental Representa os custos de emissão de CO 2 evitados pela central renovável Valor de referência para o CO 2 : 20 €/ton Central de referência: Ciclo Combinado PA(VRD) m = 7,4 €/MWh Cálculo da Tarifa Renovável Tarifa renováveis Parcela ambiental

13 - 13 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Z: Traduz as características específicas de cada tecnologia TecnologiaZ Eólica 4,6 Mini-hídricaPi ≤ 10 MW 4,5 10 < Pi ≤ 30 MW 4,5 – 0,075 x (Pi - 10) FotovoltaicaPi ≤ 5 kW 52 Pi > 5 kW35 Biomassa Florestal8,2 Biomassa Animal e Biogás7,5 Resíduos Sólidos Urbanos9,2 / 7,5 /3,8 Cálculo da Tarifa Renovável Tarifa renováveis Parâmetro específico de cada tecnologia

14 - 14 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 IPC IPC m-1 :Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês m-1 IPC ref :Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês anterior ao do início do fornecimento de electricidade à rede pela central renovável Cálculo da Tarifa Renovável Tarifa renováveis Actualização temporal

15 - 15 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 LEV Representa as perdas na transmissão evitadas pela central renovável e toma os seguintes valores: a) 0.015 no caso de centrais com potência maior ou igual a 5 MW b) 0.035 no caso de centrais com potência menor que 5 MW Cálculo da Tarifa Renovável Tarifa renováveis Perdas evitadas

16 - 16 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 FER / PRE€/MWh Hídrica (P≥30MW)76 Hídrica (10MW<P<30MW)79 Hídrica (P≤10MW)86 Eólica79 Biomassa134 Biogás110 RSU72 Fotovoltaica361 Cogeração86 Tarifa renováveis Valores indicativos por aplicação da tarifa

17 - 17 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

18 - 18 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Energia Eléctrica Certificado Verde Produção de E–FER Mercado de Certificados Verdes Mercado de Energia Eléctrica Mercados Independentes Certificados verdes Conceitos

19 - 19 - Sessão #7 | 26 Maio 2010  1 Certificado Verde  1 MWh de E-FER  Fontes de Energia renováveis autorizadas:  Tem a forma de um registo electrónico, numa base de dados centralizada – Eólica – Solar – Geotérmica – Ondas e Marés – Mini-hídrica (<10 MW) – Biomassa (fracção biodegradável) Certificados verdes Conceitos

20 - 20 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 P CV = C E-FER – Pe Quantidade P CV – Preço marginal dos Certificados Verdes Pe – Preço de mercado da energia eléctrica Custo marginal das E-FER Preço QA C E-FER Pe Certificados verdes Princípio de funcionamento

21 - 21 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Aceitação ProduçãoEmissãoResgateTransação Verificação e Registo Certificados verdes Ciclo de vida

22 - 22 - Sessão #7 | 26 Maio 2010  Produtor de E-FER  Agente Emissor - IB  Associação de Agentes Emissores - AIB  Agente de Verificação/Acreditação  Operador de Mercado  Comerciante Certificados verdes Intervenientes no sistema

23 - 23 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 R enewable E nergy C ertificate S ystem Organização internacional que visa estabelecer um sistema de certificados verdes fiável e eficiente na Europa Certificados verdes Sistema europeu - RECS

24 - 24 - Sessão #7 | 26 Maio 2010  Holanda  Itália  Áustria  Bélgica  Dinamarca  Suécia  Reino unido Certificados verdes Alguns países com sistema implementado

25 - 25 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

26 - 26 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Protocolo de Quioto Efeito de estufa

27 - 27 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Identifica GEE e as respectivas fontes: Dióxido de carbono (CO 2 ); Metano (CH 4 ); Protóxido de azoto (N 2 O); Hidrofluorocarbonos (HFC); Hidrocarbonetos perfluorados (PFC); Hexafluoreto de enxofre (SF 6 ). Estabelece metas prazos para reduções nas emissões de GEE: Redução de 5% das emissões em 1990 para período 2008-2012 Europa – Compromisso de redução de 8% Incentiva a cooperação internacional mas sublinha a importância das medidas domésticas para reduzir emissões Cria mecanismos de flexibilidade, capazes de possibilitar as reduções de emissões de forma economicamente eficiente: IC - Implementação conjunta (JI) MDL - Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM) CELE - Comércio Europeu de Licenças de Emissão (EU ETS) Protocolo de Quioto Principais elementos do PQ

28 - 28 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 GEE 1990 2008 a 2012 - 5 % GEE 1990 2008 a 2012 - 8 % 4.0% -8.0% -12.5% -6.0% 0.0% -28.0% -8.0% -6.5% 13.0% -6.0% 25.0% 0.0% -8.0% 15.0% -8.0% -21.0% 0.0% -7.5% -13.0% -21.0% 27.0% Suécia República Checa Reino Unido Portugal Polónia Malta Luxemburgo Lituânia Letónia Itália Irlanda Hungria Holanda Grécia França Finlândia Estónia Espanha Eslovénia Eslováquia Dinamarca Chipre Bélgica Áustria Alemanha Protocolo de Quioto Metas nacionais

29 - 29 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

30 - 30 - Sessão #7 | 26 Maio 2010  A crescente integração de energias renováveis no sistema electroprodutor, em particular a energia eólica, contribui positivamente para o cumprimento dos objectivos nacionais em termos energéticos e ambientais.  Para que esse contributo seja o mais efectivo possível é necessário harmonizar a contribuição das energias não despacháveis, como seja a energia eólica, por forma a maximizar a sua integração mantendo a desejada segurança do sistema.  Uma das formas de compatibilizar a produção não despachável com o consumo e a restante produção do sistema é a inclusão de algum tipo de armazenamento, sendo o mais exequível o obtido através de centrais de hídricas com bombagem.  O estudo da integração de energia eólica num sistema eléctrico dotado de bombagem é o objectivo deste módulo para o que se utiliza o GAMS como plataforma de simulação. Exemplo de aplicação Integração de fontes renováveis não despacháveis

31 - 31 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Exemplo de aplicação Eólica, térmica e hídrica com bombagem Considere uma central térmica (t) e uma central hídrica (h) com as seguintes características: C t (P t ) = 5.25 + 12 P t + 0.125 P t 2 [€/h] ; 0 ≤ P t ≤ 200 [MW] Q h (P h ) = 3 P h [km 3 /h] ; 0 ≤ P h ≤ 70 [MW] A central hídrica é reversível sendo o rendimento do ciclo de bombagem de 2/3 e a potência máxima de bombagem de 10 MW. Pretende-se determinar o perfil óptimo de operação deste sistema hidro- térmico reversível, com produção eólica, de forma a satisfazer o seguinte diagrama de carga: Hora Carga [MW] Eólica [MW] 1 50 90 2 55 70 3 110 20 4 180 30

32 - 32 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

33 - 33 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 * COORDENACAO HIDROTERMICA com BOMBAGEM com um grupo termico e * um grupo hidrico reversível e com producao EOLICA * SETS j indice dos periodos de tempo /1*4/ g indice dos geradores t:termico h:hidrico b:bombagem /T,H,B/ TABLE Gen(g,*) caracteristicas dos grupos geradores PMIN PMAX a b c * (MW) (MW) (€/h) (€/MWh) (€/MWh2) T 0 200 5.25 12 0.125 * (MW) (MW) (m3/h) (km3/MWh) H 0 70 0 3 B -10 0 0 2 ; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (1/4)

34 - 34 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 TABLE Load(j,*) diagrama de carga e producao eolica D E * Carga Eolica * (MW) (MW) 1 50 90 2 55 70 3 110 20 4 180 30 ; SCALAR Vh volume de agua disponivel para turbinamento /0/; VARIABLES Custo funcao objectivo: custo total de producao P(g,j) potencia do gerador g no periodo t Corte(j) corte de potencia eolica no periodo t ; POSITIVE VARIABLE Corte(j); Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (2/4)

35 - 35 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 EQUATIONS EQCUSTO equacao da funcao objectivo custo total PMAXLIM(g,j) equacao de portencia maxima PMINLIM(g,j) equacao de portencia minima BALANCE(j) equacao do balanco entre a producao e consumo ENRGHID equacao de energia hidrica disponivel BOMBTURB(j) equacao para nao bombar e turbinar em simultaneo ; EQCUSTO.. Custo =e= SUM(j, Gen('T','a')+Gen('T','b')*P('T',j) + Gen('T','c')*Power(P('T',j),2) + 1e4*Corte(j)); PMAXLIM(g,j).. P(g,j) =l= Gen(g,'PMAX'); PMINLIM(g,j).. P(g,j) =g= Gen(g,'PMIN'); BALANCE(j).. SUM(g, P(g,j)) =e= Load(j, 'D') - Load(j, 'E') + Corte(j); ENRGHID.. Vh =g= SUM(j, Gen('H','a')+Gen('H','b')*P('H',j) + Gen('B','a')+Gen('B','b')*P('B',j)); BOMBTURB(j).. P('H',j)*p('B',j) =e= 0; MODEL Eolica /ALL/; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (3/4)

36 - 36 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 SOLVE Eolica USING nlp MINIMIZING Custo; PARAMETERS CustoTotal custo total de producao Et energia produzida pela central termica Eh energia produzida pela central hidrica (turbinamento - bombagem) Cm(j) custo marginal da central termica Cm_rend(j) custo marginal da central termica corrigido pelo rendimento ; CustoTotal = Custo.l - SUM(j,1e4*Corte.l(j)); Et = SUM(j, P.l('T',j)); Eh = SUM(j, P.l('H',j) + P.l('B',j) ); Cm(j) = Gen('T','b')+2*Gen('T','c')*P.l('T',j); Cm_rend(j) = Cm(j)*Gen('B','b')/Gen('H','b'); Display P.l, Corte.l, CustoTotal, Et, Eh, Cm, Cm_rend; Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (4/4)

37 - 37 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 Agenda  Enquadramento  Tarifa renováveis  Certificados verdes  Protocolo de Quioto  Exemplo de aplicação  Modelação e simulação em GAMS  Exercícios de aplicação em GAMS

38 - 38 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 1. Para o exemplo apresentado determine o perfil óptimo de produção e indique: o custo total de produção, a energia produzida pela central térmica, a energia líquida produzida da central hídrica, o corte de energia eólica e o custo marginal da central térmica. 2. Dimensione a potência de bombagem que evita o corte da produção eólica. 3. Determine a potência de bombagem que permite a obtenção de um custo total de produção mínimo (integra toda a eólica e optimiza a produção térmica). 4. Calcule o custo total de produção nas seguintes condições: a) Sem produção eólica e sem bombagem b) Com produção eólica e sem bombagem c) Sem produção eólica e com bombagem (do ponto 3.) d) Com produção eólica e com bombagem (do ponto 3.) Exercícios de aplicação em GAMS

39 - 39 - Sessão #7 | 26 Maio 2010 :: :: :: Sessão #7 :: Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor com aplicação à energia eólica Jorge de Sousa Professor Coordenador ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica