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

Agenda Enquadramento Exemplos de aplicação Técnicas de solução Método da lista prioritária ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Enquadramento 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 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. ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

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Exemplos de aplicação (3 grupos) Características dos grupos térmicos PMin = 150 MW PMax = 600 MW H1(P1) = 510 + 7,2 P1 + 0,00142 P12 [MBtu/h] Grupo #2 PMin = 100 MW PMax = 400 MW H2(P2) = 310 + 7,85 P2 + 0,00194 P22 [MBtu/h] Grupo #3 PMin = 50 MW PMax = 200 MW H3(P3) = 78 + 7,97 P3 + 0,00482 P32 [MBtu/h] ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 6

Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #1 Custo do combustível F1 = 1,1 €/MBtu F2 = 1,0 €/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? ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 7

Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #1 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 8

Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #1 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 9

Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #2 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 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 10

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

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. Deste modo pode usar-se uma regra simples baseada na potência máxima disponível para cada combinação de grupos: Pcarga ≤ 600 MW => Grupo #1 600 MW < Pcarga ≤ 1000 MW => Grupos #1 e #2 Pcarga > 1000 MW => Grupos #1, #2 e #3 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 12

Exemplos de aplicação (3 grupos) Comissionamento de grupos #2 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 13

Técnicas de solução 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 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 14

Técnicas de solução 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 ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 15

Técnicas de solução 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: Lista prioritária (LP ou PL) Programação dinâmica (PD ou DP) Programação inteira mista (PIM ou MIP) ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 16

Método da lista prioritária Descrição do método 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: ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 17

Método da lista prioritária Aplicação Problema #3 Considerando os 3 grupos térmicos indicados anteriormente determinar a lista prioritária. Grupo #1 PMin = 150 MW PMax = 600 MW F1(P1) = 1,1 x (510 + 7,2 P1 + 0,00142 P12) [€/h] Grupo #2 PMin = 100 MW PMax = 400 MW F2(P2) = 1,0 x (310 + 7,85 P2 + 0,00194 P22) [€/h] Grupo #3 PMin = 50 MW PMax = 200 MW F3(P3) = 1,2 x (78 + 7,97 P3 + 0,00482 P32) [€/h] Solução: F1(600)/600 = 9,792 €/MWh 2º F2(400)/400 = 9,401 €/MWh 1º F3(200)/200 = 11,189 €/MWh 3º ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 18

Método da lista prioritária Aplicação 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: F1(P1) = 250 + 5.0 P1 + 0.0040 P12 [€/h] ; 100  P1  400 [MW] F2(P2) = 100 + 6.0 P2 + 0.0015 P22 [€/h] ; 100  P2  300 [MW] F3(P3) = 300 + 3.0 P3 + 0.0010 P32 [€/h] ; 100  P3  300 [MW] ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 19

Método da lista prioritária Aplicação 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   Reserva TMF TMP Hora Carga Estado 100 2 1 300 5 400 3 200 4 800 8 500 6 7 Solução: ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa 20

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