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ComissionamentoComissionamento

de Grupos Térmicos de Produção de de Grupos Térmicos de Produção de Energia EléctricaEnergia Eléctrica

Jorge Alberto Mendes de SousaJorge Alberto Mendes de SousaProfessor CoordenadorProfessor Coordenador

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MEN - Mercados de EnergiaMestrado em Engenharia Electrotécnica

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Agenda

ISEL – Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

1.1. EnquadramentoEnquadramento

2.2. Exemplos de aplicaçãoExemplos de aplicação

3.3. Técnicas de soluçãoTécnicas de solução

4.4. Método da lista prioritáriaMétodo da lista prioritária

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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.

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Exemplos de aplicação (3 grupos)Características dos grupos térmicos


Grupo #1PMin = 150 MW

PMax = 600 MW

H1(P1) = 510 + 7,2 P1 + 0,00142 P12 [MBtu/h]


PMax = 400 MW

H2(P2) = 310 + 7,85 P2 + 0,00194 P22 [MBtu/h]


PMax = 200 MW

H3(P3) = 78 + 7,97 P3 + 0,00482 P32 [MBtu/h]

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Exemplos de aplicação (3 grupos)Comissionamento de grupos #1


Problema #1Problema #1

Para uma procura de 550 MW qual a combinação de grupos que deverá funcionar e qual a potência que

cada um deve fornecer?

Custo do combustívelF1 = 1,1 €/MBtu

F2 = 1,0 €/MBtu

F3 = 1,2 €/MBtu

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Gru

po

1

Gru

po

2

Gru

po

3

Pm

ax

Pm

in

P1

P2

P3

F1

F2

F3

Cu

sto

To

tal

0 0 0 0 0

0 0 1 200 50

0 1 0 400 100

0 1 1 600 150 0 400 150 0 3760 1658 5418

1 0 0

1 0 1

1 1 0

1 1 1

Pmax < Pcarga

Pmax < Pcarga

Pmax < Pcarga

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Gru

po

1

Gru

po

2

Gru

po

3

Pm

ax

Pm

in

P1

P2

P3

F1

F2

F3

Cu

sto

To

tal

0 0 0 0 0

0 0 1 200 50

0 1 0 400 100

0 1 1 600 150 0 400 150 0 3760 1658 5418

1 0 0 600 150 550 0 0 5390 0 0 5390

1 0 1 800 200 500 0 50 4912 0 586 5498

1 1 0 1000 250 295 255 0 3033 2438 0 5471

1 1 1 1200 300 267 233 50 2787 2244 586 5617

Pmax < Pcarga

Pmax < Pcarga

Pmax < Pcarga

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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

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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?

Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P [MW] 691,8 694,3 656,3 613,6 590,2 500,0 528,1 690,9 909,4 1060,9 1152,9 1167,3

Hora 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

P [MW] 1191,0 1160,8 1148,8 1163,0 1140,1 1110,2 1075,2 1045,6 1110,8 1200,0 1109,3 1048,1

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Solução expeditaSolução 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

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Carga[MW]

Grupo#1

Grupo#2

Grupo#3

1200 1 1 1

1100 1 1 1

1000 1 1 0

900 1 1 0

800 1 1 0

700 1 1 0

600 1 0 0

500 1 0 0

Hora 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

P [MW] 691,8 694,3 656,3 613,6 590,2 500,0 528,1 690,9 909,4 1060,9 1152,9 1167,3

Comiss. 110 110 110 110 100 100 100 110 110 111 111 111

Hora 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

P [MW] 1191,0 1160,8 1148,8 1163,0 1140,1 1110,2 1075,2 1045,6 1110,8 1200,0 1109,3 1048,1

Comiss. 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111 111

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Técnicas de soluçãoRestrições


RestriçõesRestrições

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

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Técnicas de soluçãoRestrições dos grupos térmicos


Restrições dos grupos térmicosRestrições 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

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Técnicas de soluçãoSoluções mais utilizadas


Técnicas de solução do problema de Técnicas de solução do problema de comissionamentocomissionamento

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)

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Método da lista prioritáriaDescrição do método


Lista prioritáriaLista prioritária

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:

max

)(

ii PPi

ii

P

PF

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Método da lista prioritáriaAplicação



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 P1

2) [€/h] Grupo #2 PMin = 100 MW PMax = 400 MW

F2(P2) = 1,0 x (310 + 7,85 P2 + 0,00194 P2

2) [€/h]Grupo #3 PMin = 50 MW PMax = 200 MW

F3(P3) = 1,2 x (78 + 7,97 P3 + 0,00482 P3

2) [€/h]Solução: F1(600)/600 = 9,792 €/MWh 2º

F2(400)/400 = 9,401 €/MWh 1ºF3(200)/200 = 11,189 €/MWh 3º

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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 P2

2 [€/h] ; 100 P2 300 [MW]F3(P3) = 300 + 3.0 P3 + 0.0010 P3

2 [€/h] ; 100 P3 300 [MW]

Hora Carga [MW] Estado 1 2 3

1 300 1 0 0 0

2 400 2 0 0 1

3 200 3 0 1 0

4 800 4 1 0 0

5 500 5 0 1 1

6 800 6 1 0 1

7 200 7 1 1 0

8 400 8 1 1 1

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Problema #4 (cont.)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 2

1 300 2 5 5 5

2 400 5 5 5 5

3 200 2 2 2 5

4 800 8 8 8 8

5 500 5 5 8 8

6 800 8 8 8 8

7 200 2 2 2 5

8 400 5 5 5 5

Solução:


ComissionamentoComissionamento

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