Simulador da operação a médio prazo para o sistema hidrotémico brasileiro

Abstract

Resumo: Este trabalho apresenta um modelo de simulador para planos operativos aplicados ao sistema hidrot'ermico brasileiro de gera?c˜ao de energia. O simulador 'e capaz de representar a maioria dos detalhes associados ao parque hidrot'ermico brasileiro que n˜ao s˜ao considerados na otimiza?c˜ao do planejamento, tornando-o mais pr'oximo de sua realidade de opera?c˜ao. Este simulador analisa primeiramente o planejamento da opera?c˜ao das usinas hidroel 'etricas e, posteriormente, define a opera?c˜ao das usinas termoel'etricas e intercˆambios entre subsistemas. A simula?c˜ao de usinas hidroel'etricas 'e realizada individualmente para os per'?odos de planejamento da opera?c˜ao a m'edio prazo, considerando aspectos f'?sicos e operativos inerentes a essas usinas, tais como a evapora?c˜ao l'?quida dos reservat'orios de armazenamento de 'agua, engolimento m'aximo do seu canal adutor, rendimento do conjunto turbina-gerador, vaz˜ao ecol'ogica para atividades ao longo do leito do rio e a gera?c˜ao hidr'aulica m'axima. A opera?c˜ao das usinas termoel'etricas e intercˆambios de energia 'e obtida por uma otimiza?c˜ao quadr'atica visando minimizar os custos de opera?c˜ao das usinas termoel'etricas e, principalmente, o deficit de atendimento 'a demanda do sistema considerado, respeitando os limites extremos de gera?c˜ao t'ermica e intercˆambio entre subsistemas. O simulador foi desenvolvido buscando alta velocidade de execu?c˜ao, flexibilidade e aplica?c˜ao ao sistema hidrot'ermico brasileiro. As rotinas do simulador foram desenvolvidas utilizando o software MATLAB® para Windows®. Experimentos num'ericos com este simulador s˜ao realizados para um sistema composto por 142 usinas hidroel'etricas e 106 usinas termoel'etricas distribu'?das pelo territ'orio brasileiro, analisando a sensibilidade do simulador quanto 'a opera?c˜ao das usinas por estudos de caso para a cascata do rio Igua?cu - Paran'a, e destacando algumas caracter'?sticas e influˆencias da modelagem do problema de planejamento da opera?c˜ao adotado neste trabalho. Os resultados obtidos indicam que a considera?c˜ao das curvas colina conjuntas, como rendimento de m'aquina, reduz os custos de planejamento da opera?c˜ao em rela?c˜ao ao emprego da produtibilidade m'edia na simula?c˜ao. J'a a inclus˜ao da evapora?c˜ao l'?quida linearizada no modelo de planejamento otimizado reduz as pertuba?c˜oes na evolu?c˜ao do armazenamento de 'agua nos reservat'orios durante a simula?c˜ao. Palavras-chaves: Simula?c˜ao; Problema do planejamento da opera?c˜ao a m'edio prazo; Despacho hidrot'ermico; Programa?c˜ao n˜ao linear.

Abstract: This work presents a simulator of operational plans for the Brazilian hydrothermal power generation system. The simulator is capable of representing most details associated to the Brazilian hydrothermal park, refining the operation plan. This simulator analyzes, first of all, the operation of hydroeletric power-plants and later, defines the operation of the thermoelectric power-plants and interchanges of energy between subsystems for the inflow series considered. The operation plan of the hydraulic power-plants are analyzed individually for the periods of the medium-term horizon, considering the physical and operational variables inherent to the plants, such as the evaporation of the liquid capacity of water, maximal turbine water discharge of their penstock, turbine-generator set efficiency, flow ecology for activities along the river bed and the maximum hydraulic output. The operation of the thermoelectric power-plant and energy interchange is obtained by a quadratic optimization aiming to minimizing the operating costs of the thermoelectric power-plants and, mainly, in attendance of the demand deficit in the considered system, respecting the extreme limits of generation and the energy exchange between subsystems. The simulator was developed looking for high speed of execution, flexibility and application to the Brazilian hydrothermal system. The routines of this simulator were implemented using the software MATLAB® for Windows®. Numerical experiments with this simulator are provided by a system composed of 142 hydroelectric power-plants and 106 thermoelectric power-plants by means of case studies for the Igua?cu river cascade - Paran'a, and to highlight some characteristics and influences of the modeling of the operation planning problem adopted in this work. The results obtained indicate that the consideration of the "joint hill curve" (curva colina conjunta), as machine yield, reduces the planning costs of the operation in relation to the simulation using the average productivity, and the inclusion of linearized liquid evaporation in the optimum planning model reduces the perturbations in the evolution of the water storage in the reservoirs during the simulation. Key-words: Simulation; Medium-term operational plans problem; Hydrothermal dispatch; Non linear programing.