- 1 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Comissionamento de Grupos Térmicos de Produção de Energia Eléctrica Jorge Alberto Mendes de Sousa.

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1 - 1 - ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Comissionamento de Grupos Térmicos de Produção de Energia Eléctrica Jorge Alberto Mendes de Sousa Professor Coordenador Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa MEN - Mercados de Energia Mestrado em Engenharia Electrotécnica

2 - 2 - Agenda ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 1.Enquadramento 2.Exemplos de aplicação 3.Técnicas de solução 4.Método da lista prioritária

3 - 3 - Enquadramento ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 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?  O problema do comissionamento de grupos coloca-se antes 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 mais elementos de entrada tais como as restrições técnicas de tempo mínimo de paragem, tempo mínimo de funcionamento, tempo de arranque e custos de arranque.

4 - 4 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Características dos grupos térmicos ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Grupo #1 P Min = 150 MW P Max = 600 MW H 1 (P 1 ) = 510 + 7,2 P 1 + 0,00142 P 1 2 [MBtu/h] Grupo #2 P Min = 100 MW P Max = 400 MW H 2 (P 2 ) = 310 + 7,85 P 2 + 0,00194 P 2 2 [MBtu/h] Grupo #3 P Min = 50 MW P Max = 200 MW H 3 (P 3 ) = 78 + 7,97 P 3 + 0,00482 P 3 2 [MBtu/h]

5 - 5 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #1 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 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? Custo do combustível F 1 = 1,1 €/MBtu F 2 = 1,0 €/MBtu F 3 = 1,2 €/MBtu

6 - 6 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #1 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

7 - 7 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #1 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

8 - 8 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #2 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Na realidade a potência solicitada varia em cada momento de acordo com o diagrama de carga pelo que é necessário determinar uma sequência temporal de comissionamento dos grupos electroprodutores

9 - 9 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #2 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Problema #2 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?

10 - 10 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #2 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 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. Deste modo pode usar-se uma regra simples baseada na potência máxima disponível para cada combinação de grupos:  P carga ≤ 600 MW => Grupo #1  600 MW Grupos #1 e #2  P carga > 1000 MW => Grupos #1, #2 e #3

11 - 11 - Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #2 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

12 - 12 - Técnicas de solução Restrições ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 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 de ser consideradas  Reserva girante  Restrições técnicas dos grupos térmicos  Restrições técnicas dos grupos hídricos  Restrições de combustível

13 - 13 - Técnicas de solução Restrições dos grupos térmicos ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 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). Destas restrições têm particular importância as seguintes:  Tempo mínimo de funcionamento  Tempo mínimo de paragem  Tempo e custos de arranque

14 - 14 - Técnicas de solução Soluções mais utilizadas ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 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:  Lista prioritária (LP ou PL)  Programação dinâmica (PD ou DP)  Programação inteira mista (PIM ou MIP)

15 - 15 - Método da lista prioritária Descrição do método ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Lista prioritária A aplicação do método da lista prioritária à resolução do problema do 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 com essa ordem de mérito. 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:

16 - 16 - Método da lista prioritária Aplicação ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Problema #3 Considerando os 3 grupos térmicos indicados anteriormente determinar a lista prioritária. Grupo #1 P Min = 150 MW P Max = 600 MW F 1 (P 1 ) = 1,1 x (510 + 7,2 P 1 + 0,00142 P 1 2 ) [MBtu/h] Grupo #2 P Min = 100 MW P Max = 400 MW F 2 (P 2 ) = 1,0 x (310 + 7,85 P 2 + 0,00194 P 2 2 ) [MBtu/h] Grupo #3 P Min = 50 MW P Max = 200 MW F 3 (P 3 ) = 1,2 x (78 + 7,97 P 3 + 0,00482 P 3 2 ) [MBtu/h] Solução: F 1 (600)/600 = 9,792 €/MWh 2º F 2 (400)/400 = 9,401 €/MWh 1º F 3 (200)/200 = 11,189 €/MWh 3º

17 - 17 - Método da lista prioritária Aplicação ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Problema #4 Considere o método da lista prioritária, cujo critério é o custo médio à potência máxima, para efectuar o comissionamento de três grupos caracterizados pelas seguintes funções de custo: F 1 (P 1 ) = 250 + 5.0 P 1 + 0.0040 P 1 2 [€/h] ;100  P 1  400 [MW] F 2 (P 2 ) = 100 + 6.0 P 2 + 0.0015 P 2 2 [€/h] ; 100  P 2  300 [MW] F 3 (P 3 ) = 300 + 3.0 P 3 + 0.0010 P 3 2 [€/h] ; 100  P 3  300 [MW]

18 - 18 - Método da lista prioritária Aplicação ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Problema #4 (cont.) a) Indique a lista prioritária e os respectivos estados. 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 ? 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? e) Admitindo que o tempo mínimo de PARAGEM dos grupos é de 2 horas, como responderia à alínea anterior ? e.i. = 4 ReservaTMFTMP HoraCargaEstado10022 13002555 24005555 32002225 48008888 55005588 68008888 72002225 84005555 Solução: