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AES Tietê - P&D 2003 São Paulo, 07 de março de 2003 Metodologias de Cálculo de Energia Assegurada Secundino Soares Filho UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS.

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1 AES Tietê - P&D 2003 São Paulo, 07 de março de 2003 Metodologias de Cálculo de Energia Assegurada Secundino Soares Filho UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação Departamento de Engenharia de Sistemas Laboratório de Sistemas Hidrotérmicos de Potência

2 2 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab APRESENTAÇÃO Sistemas Hidrotérmicos de Geração Otimização Determinística Programação Dinâmica Estocástica Estudos Elementares Energia Assegurada Usina Única Vazões Históricas x Sintéticas Políticas Operativas Usinas em Cascata Considerações sobre Energia Assegurada Análise da Metodologia Atual Conclusões

3 3 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Coordenação Hidrotérmica Rede de Transmissão HidrelétricaTermelétrica Centros de Carga SISTEMAS HIDROTÉRMICOS

4 4 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Potência é função de: u Rendimento (η) u Vazão de água turbinada (q) u Queda líquida (h l ) l Cota de montante (h m ) l Cota de jusante (h j ) l Perda hidráulica (h p ) Função de Geração Hidrelétrica SISTEMAS HIDROTÉRMICOS

5 5 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Cotas de Montante e Jusante u Representados por polinômios de quarta ordem GERAÇÃO HIDRELÉTRICA

6 6 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Rendimento de uma Turbina GERAÇÃO HIDRELÉTRICA

7 7 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Minimize ao longo dos próximos anos Custo de combustível térmico (e déficit) Sujeito a: Atendimento da demanda a cada mês Conservação da água nos reservatórios a cada mês Restrições operacionais das usinas Formulação OTIMIZAÇÃO DETERMINÍSTICA

8 8 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab i,t x i,t u i,t x i,t-1 y i,t Representação da equação de conservação como um nó de uma rede de arcos capacitados. Equação de conservação de água nos reservatórios: OTIMIZAÇÃO DETERMINÍSTICA

9 9 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Cascata Real Rede Básica Arborescência expandida no tempo Usina com reservatório Usina a fio dágua Intervalo 1Intervalo 2Intervalo T 2,1 1,1 3,1 4,1 2,2 1,2 3,2 4,2 2,T 1,T 3,T 4,T... Volume Defluência A Rede Hidráulica OTIMIZAÇÃO DETERMINÍSTICA

10 10 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab ytyt y t-1 x t+1 utut xtxt f (y t | y t-1 ) Storage Water/Energy Equal probability values of Water/Energy inflow Conditional Probability Distribution Function Storage Water/Energy Programação Dinâmica Estocástica

11 11 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Furnas Dados: Potência Instalada 1312 MW u Volume Útil 17,2 km³ u Turbinagem Máx m³/s Furnas 1/6 Usina Isolada ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada

12 12 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Vazões Históricas de Furnas Furnas 2/6

13 13 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Curva de permanência das vazões médias mensais ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Vazões Históricas de Furnas Furnas 2/6

14 14 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Fio dágua: EF = 169 MW; EA = 270 MW; EM = 690 MW Reservatório: EF = 523 MW; EA = 523 MW; EM = 696 MW ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Sistema Hidrelétrico Puro + Vazões Históricas Furnas 3/6

15 15 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab PDE: EF = 357 MW; EA = 437 MW; EM = 726 MW OVP: EF = 149 MW; EA = 305 MW; EM = 727 MW OD: EF = 406 MW; EA = 488 MW; EM = 752 MW ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Sistema Hidrotérmico + Vazões Históricas Furnas 4/6

16 16 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab PDE: EF = 357 MW; EA = 437 MW; EM = 726 MW OVPR: EF = 437 MW; EA = 437 MW; EM = 726 MW ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Sistema Hidrotérmico + Vazões Históricas Furnas 5/6

17 17 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab PDE e OVPR fornecem estimativas semelhantes ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Resumo Numérico dos Resultados - Furnas Vazões Históricas Furnas 6/6

18 18 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Vazões Sintéticas de Furnas por Modelo PAR(1) Sintético 1/3

19 19 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Curvas de permanência histórica e sintética semelhantes ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Vazões Históricas x Sintéticas de Furnas Sintético 1/3

20 20 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab ENERGIA ASSEGURADA - Usina Isolada Sistema Hidrelétrico Puro + Vazões Sintéticas Sintético 2/3 Fio dágua: EF = 169 MW; EA = 270 MW; EM = 687 MW Reservatório: EF = 523 MW; EA = 523 MW; EM = 697 MW

21 21 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Dados: u Potência Instalada: 4180 MW Usinas em Cascata ENERGIA ASSEGURADA - Em Cascata Marimbondo Furnas Água Vermelha Três Usinas 1/4

22 22 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Fio dágua: EF = 684 MW; EA = 1052 MW; EM = 2426 MW Regra paralela: EF =1786 MW; EA =1786 MW; EM = 2406 MW Regra otimizada: EF =1854 MW; EA = 1854 MW; EM = 2423 MW ENERGIA ASSEGURADA - Em Cascata Sistema Hidrelétrico Puro + Vazões Históricas Três Usinas 2/4

23 23 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Altruísta: EF = 635 MW; EA = 1413 MW; EM = 2655 MW Egoísta: EF = 548 MW; EA = 1385 MW; EM = 2582 MW Sistema Hidrotérmico + Vazões Históricas ENERGIA ASSEGURADA - Em Cascata Três Usinas 3/4

24 24 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab Rateio pela geração média é mais consistente ENERGIA ASSEGURADA - Em Cascata Resumo Numérico dos Resultados Três Usinas 4/4 Vazões Históricas

25 25 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab CONSIDERAÇÕES Modelo Equivalente Representação grosseira Rateio da Energia Assegurada Critério atual não reflete geração efetiva Qualidade dos Dados Fundamental para coerência dos resultados

26 26 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab CONCLUSÕES 1.Critério deve ser simples, transparente, equânime, eficiente, e robusto 2.Modelagem equivalente é inadequada 3.Modelagem deve ser a usinas individualizadas 4.Objetivo de maximização da energia firme é irreal 5.Objetivo deve ser a minimização do custo da complementação não hidráulica 6.Produtibilidade constante é uma simplificação grosseira 7.Uso de séries sintéticas de vazões não é necessário nem viável.

27 27 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab CONCLUSÕES 1.Políticas baseadas em PDE e OVP são semelhantes para usina única 2.Para usinas múltiplas a política OVP é recomendável 3.Rateio pela geração média é mais adequado que baseado em período crítico 4.Regra de operação dos reservatórios tem influência significativa 5.Regra de operação em paralelo subestima a disponibilidade energética 6.Benefício da operação centralizada é bem menor do que o setor supõe

28 28 ©2002 HydroLab Systems. All rights reserved. HydroLab CONCLUSÕES 1.Políticas operativas com restrição de geração mínima são mais eficientes 2.Energia assegurada de usinas termelétricas é dada pela capacidade instalada 3.Restrições de transmissão e de uso múltiplo da água evoluem no tempo e alteram a energia assegurada das usinas 4.Qualidade dos dados é fundamental 5.Histórico de vazões deve ser reavaliado 6.A presente análise é preliminar devendo ser estendida ao SIN


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