Modelagem da curva de custo de energia térmica para o problema do planejamento hidrotérmico

Abstract

Resumo: O planejamento da operação de um sistema elétrico hidrotérmico permite determinar a quantidade de energia que será produzida durante um período de tempo, para atender a demanda e substituir de forma eficiente à geração de alto custo das unidades térmicas. Este processo de planejamento é um problema complexo, de caráter não linear, dependente de múltiplas variáveis e iterativo, o que faz necessária a utilização de métodos computacionais, que incluem vários tipos de abordagens e simplificações para torná-los viáveis computacionalmente e economicamente. Estas simplificações implicam em modelos aproximados, que usualmente não representam de forma fiel o comportamento real das usinas. A tomada de decisão na operação de um sistema hidrotérmico depende da produção e eficiência na geração elétrica das usinas hidroelétricas e nos custos de operação das usinas termelétricas. A modelagem da produção elétrica nas usinas hidroelétricas é difundida na literatura, ao passo que pouco se encontra a respeito dos custos de usinas termelétricas. O presente estudo propõe uma modelagem empírica que defina os custos das unidades termelétricas a gás, a fim de representar o despacho térmico de maneira mais realista, satisfazendo as restrições operacionais e funcionais do sistema e que seja adequada à programação não linear para o problema do despacho hidrotérmico. Nesse sentido, é sugerida uma função que leva em consideração uma penalização devida a custos de partida e custos ambientais para despachos de baixa potência. O desempenho da função de custo de geração térmica é avaliado no modelo de otimização para o despacho hidrotérmico PHOENIX (, cuja abordagem é não linear considerando cada usina individualmente, mediante a simulação de um sistema teste composto por sete usinas hidráulicas e uma usina térmica. Como resultado deste estudo de caso, concluiu-se que a função proposta pôde ser implementada mesmo apresentando não convexidade, a otimização com o emprego desta função permitiu uma melhora nos despachos de baixa intensidade.

Abstract: Planning operation for a hydrothermal electrical system helps determine the energy amount would be produced during a period of time in order to fulfil an energy demand and manage with more efficiency the high costs of thermal generation units. This planning process is a complex problem, non-linear, depending on multiple variables and iterative. Consequently, it is necessary to use computational models, including different approaches and simplifications. These simplifications imply in approximations, which usually do not represent faithfully the actual behavior of the plants. The decision making in the operation of a hydrothermal system depends on the production and efficiency in electricity generation from hydroelectric plants and operating cost of thermal power The modeling of electricity production in hydro power plants is widespread in the literature, while little is about the thermal power plant costs. The present study proposes an empirical modeling that defines the costs of the gas fired power plants, in order to represent the thermal dispatch in a more realistic way, satisfying the operational and functional constraints of the system, being suitable for the nonlinear programming for the hydrothermal dispatch problem. In this sense, a function is suggested that takes into account a penalty due to starting costs and environmental costs for low power orders. The performance of the thermal generation cost function is evaluated in the optimization model for hydrothermal dispatch PHOENIX, whose approach is nonlinear considering each plant individually, by means of the simulation of a test system composed of seven hydroelectric plants and one thermal plant. As a result, it was concluded that the proposed function could be implemented even though presenting no convexity. The optimization with the use of this function allowed an improvement in low intensity dispatches.