Selecção da melhor de duas opções no contexto do escalonamento

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Optimização do escalonamento em sistemas com elevada produção eólica
Documento complementar à dissertação
Filipe Cunha – [email protected] - 21-02-2011
Selecção da melhor de duas opções no contexto do escalonamento e
pré-despacho de um sistema de energia com produção eólica
I.
Introdução
O problema de escalonamento e pré-despacho de um conjunto de máquinas num
dado sistema de energia trata-se de um processo de optimização, no qual se pretende
minimizar o custo associado à produção em cada uma dessas máquinas, condicionado pelas
diversas restrições operacionais das máquinas envolvidas e de acordo com um plano de
consumo previamente definido. Uma solução para este problema passa assim por definir o
número de máquinas do sistema que estarão em serviço em determinado período,
assegurando a alimentação da carga proposta e com uma certa margem de reserva para
eventuais variações de potência no plano de consumo inicialmente definido e contingências
não programadas por parte do sistema produtor.
A integração das energias renováveis no sistema é benéfica em questões ambientais
mas traz novas condicionantes ao problema anterior devido à volatilidade da energia na sua
forma primária, neste caso de estudo, a energia eólica. Não existe forma de prever a longo
prazo e com precisão a quantidade disponível de energia eólica de forma a realizar o
escalonamento das máquinas térmicas atendendo exclusivamente à carga, pelo que se
definem cenários de produção com probabilidade de ocorrência igualmente repartida.
A solução para o problema de escalonamento e pré-despacho, para além das
restrições tradicionais, fica desta forma também condicionada pelo desempenho do recurso
renovável disponível no momento. Assim, para cada cenário de produção eólica dentro das
possibilidades consideradas, uma solução para o problema é caracterizada por três
indicadores:
Corte de Carga – Situação na qual o escalonamento definido para as
máquinas térmicas faz com que estas atinjam os limites máximos operacionais, não
dispondo de reserva suficiente para a inexistência de recurso renovável, procedendose ao deslastre de carga.
Desperdício de Eólica – Situação na qual o escalonamento definido
para as máquinas térmicas faz com que estas atinjam os limites mínimos operacionais,
devido à produção eólica ser superior à prevista, pelo que haverá uma produção
superior ao consumo no momento.
Custo de operação – A ocorrência de um cenário de produção eólica
diferente do previsto para determinado instante, implica o redespacho da potência
pelas máquinas térmicas ligadas nesse mesmo instante, sendo este processo passível
de custos operacionais.
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De notar que a solução ideal seria aquela que proporcionasse o escalonamento das
máquinas térmicas e o respectivo pré-despacho a custo mínimo e o cenário de produção eólica
coincidisse com o que foi considerado na obtenção desse valor mínimo. Nesta situação não
haveria corte de carga, nem excedente de produção. O redespacho seria feito em função
apenas das variações na carga, assegurado pela margem de reserva dos grupos térmicos. No
entanto, esta situação raramente acontece pelo que se deverá encontrar a solução que melhor
se adapta a qualquer um dos cenário de produção eólica considerados.
II.
Definição de uma solução
Uma vez encontrada uma qualquer solução para o problema de escalonamento e prédespacho resta agora caracteriza-la analiticamente considerando os três aspectos descritos
anteriormente.
Como se pretende encontrar um custo de operação, faz sentido quantificar
economicamente o corte de carga e o excedente de energia eólica na solução encontrada,
caso existam. Assim, ao definir previamente um custo por MW.h para ambas as situações,
estamos a incluir no modelo do problema um custo adicional que irá trazer implicações à
procura da óptima solução. O redespacho só por si já é contabilizado como um custo e é assim
incluído directamente no custo final.
III. Escolha da melhor de duas soluções
Como foi dito, a solução para o problema de escalonamento e pré-despacho irá ser
afectada a posteriori pelo desempenho da energia eólica disponível, ou seja, depende do
cenário de previsão que realmente irá ocorrer.
Seja Ca o custo de uma solução a para escalonamento e pré-despacho das máquinas
térmicas em estudo.
O custo total dessa solução, num cenário de produção eólica i, devidamente afectado
pelo corte de carga ou excedente de energia eólica e respectivo redespacho, será então Ctai.
De forma análoga, uma solução de escalonamento b diferente da definida em a, define
um custo total de Ctbi em cada um dos mesmos i cenários considerados.
Assim, a solução a é melhor que a solução b, se o máximo valor do custo da solução a
no conjunto dos i cenários de produção eólica considerados, for inferior ao valor análogo para
a solução b.
IV. Conclusão
Com a quantificação económica dos três aspectos anteriormente identificados para a
caracterização de uma solução do problema de escalonamento e pré-despacho, é possível
comparar duas hipóteses e optar pela melhor. Desta forma consegue-se minimizar o impacto
económico que estes implicam no custo total da operação, escolhendo a alternativa que
melhor se adapta à possível ocorrência de qualquer um dos cenários de produção eólica
considerados.
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