- 1 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

:::: Sessão #8 ::::

Integração de outras fontes de produção no

sistema electroprodutor com aplicação à

cogeração e mini-hídrica

Jorge de SousaProfessor Coordenador

ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa

Formação Galp EnergiaModelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica

- 2 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Cogeração

Mini-hídrica

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 3 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

No sistema electroprodutor coexistem diversas tecnologias de produção com características bastante diferenciadas que se podem dividir em duas categorias: a produção em regime ordinário (PRO) e a produção em regime especial (PRE).

A PRO engloba os grandes centros produtores térmicos (centrais nucleares, carvão, CCGT, fuel e gasóleo) e hídricos, cuja actividade se desenvolve em regime de mercado atendendo à maturidade da tecnologia utilizada e à rentabilidade económica destes aproveitamentos.

A PRE engloba as tecnologias que, por razões de natureza política (energética), devem ser incentivadas através de mecanismos de apoio (p.e. tarifas garantidas). Nesta categoria incluem-se a energia eólica, minihídrica, fotovoltaica, solar termoeléctrico, cogeração, microgeração, entre outras.

EnquadramentoA produção em regime ordinário e especial

- 4 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

EnquadramentoCogeração

A cogeração consiste no aproveitamento do calor residual originado nos processos termodinâmicos de geração de energia eléctrica, que doutra forma seria desperdiçado. O aproveitamento pode dar-se sob a forma de vapor, água quente e/ou fria (trigeração).

Deste modo é possível aumentar a eficiência energética global do processo, a qual pode chegar aos 90 % da energia contida no combustível.

- 5 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

EnquadramentoMini-hídrica

A designação central mini-hídrica é usada em Portugal para os aproveitamentos hidroeléctricos de potência inferior a 10 MW.

As centrais mini-hídricas são geralmente a fio de água, não sendo possível grande regularização do caudal afluente (como ocorre nas centrais de albufeira).

Como tal os seus impactos ambientais não são muito significativos.

- 6 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Cogeração

Mini-hídrica

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 7 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoPrincípio de funcionamento

- 8 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoComparação das diversas tecnologias

- 9 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoPrincipais tecnologias usadas em Portugal

- 10 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoPrincipais aplicações

Indústria

Sector alimentar Sector petroquímico Sector papeleiro

Serviços

Hospitais Hóteis Centros de desporto Edifícios de escritórios Centros comerciais Redes urbanas de calor (“district heating”)

- 11 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoCentral de trigeração - CLIMAESPAÇO

Chiller de absorção

Fornecimento de calor e frio aos edifícios do Parque das Nações

Turbina a gás e caldeira recuperação

Depósito de água arrefecida

- 12 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoDecreto-Lei nº 23/2010 de 25 de Março

Definições Cogeração de pequena dimensão: capacidade instalada inferior

a 1 MW.

Microcogeração: capacidade máxima inferior a 50 kW.

Cogeração de elevada eficiência

a) Potência eléctrica superior a 25 MW com eficiência global superior a 70 % e poupança de energia primária (relativamente à produção separada de electricidade e calor) de pelo menos 10 %;

b) Potência eléctrica instalada entre 1 MW e 25 MW e poupança de energia primária de pelo menos 10 %;

c) Instalações de cogeração de pequena dimensão com poupança de energia primária.

Cogeração eficiente: produção em cogeração não enquadrável como cogeração de elevada eficiência mas em que haja poupança de energia primária.

- 13 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoDecreto-Lei nº 23/2010 de 25 de Março

Modalidade geral

Regime remuneratório:

a) Energia térmica vendida a terceiros a preço estabelecido no respectivo contrato;

b) Energia eléctrica vendida directamente a clientes ligados à instalação de cogeração a preço livremente estabelecido entre as partes (inclui a tarifa de uso global do sistema e tarifa de comercialização e não inclui as tarifas de acesso às redes); vendas através de contratos bilaterais com clientes finais ou comercializadores; vendas em mercados organizados;

c) Prémio de participação em mercado (PPM) definido como uma percentagem da tarifa de referência (TR), para instalações de potência instalada inferior ou igual a 100 MW.

Tempo de permanência mínimo: 3 anos

Duração do benefício (PPM): 120 meses + 120 meses a pedido do cogerador

- 14 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoDecreto-Lei nº 23/2010 de 25 de Março

Modalidade especial

Regime remuneratório:

a) Energia térmica vendida a terceiros a preço estabelecido no respectivo contrato;

b) Fornecimentos de energia eléctrica ao comercializador de último recurso (CUR), sendo que o preço de venda é igual a uma tarifa de referência (TR);

c) Um prémio de eficiência (PE), calculado em função da poupança de energia primária de cada instalação de cogeração;

d) Um prémio de energia renovável (PER), em função da proporção de combustíveis de origem renovável consumidos.

Tempo de permanência mínimo: não tem

Duração do benefício (TR e PE): 120 meses + 120 meses a pedido do cogerador

- 15 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoDecreto-Lei nº 23/2010 de 25 de Março

Cogeração renovável

Considera-se cogeração renovável a cogeração em que pelo

menos 50 % da energia primária consumida é de origem

renovável.

Para a cogeração renovável, a tarifa de referência (TR), o prémio

de energia renovável (PER), o prémio de eficiência (PE) e o

prémio de participação no mercado (PPM) vigoram durante o

período iniciado com a entrada em exploração, com excepção do

prémio de participação no mercado, que deve ser revisto

decorridos 120 meses após o início da exploração.

- 16 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

CogeraçãoDecreto-Lei nº 23/2010 de 25 de Março

Termos dos benefícios

Os termos da tarifa de referência (TR), do cálculo do prémio de

eficiência (PE), do prémio de energia renovável (PER) e do prémio

de participação no mercado (PPM) são definidos por portaria do

membro do Governo responsável pela área da energia, ouvida a

ERSE, cujo parecer deve ser emitido no prazo máximo de 30 dias.

O prémio de eficiência (PE), o prémio de energia renovável (PER)

e o prémio de participação no mercado (PPM) são determinados e

pagos mensalmente pelo CUR, o qual é ressarcido através da

tarifa de uso global do sistema.

- 17 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Cogeração

Mini-hídrica

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 18 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Mini-hídricaDecreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007

LEV)(1

1

IPC

IPC ZPA(VRD) PV(VRD)PF(VRD)KMHOVRD

ref

1mmmmmm

A tarifa aplicável à produção hídrica renovável está estabelecida no Decreto-Lei nº 225/2007 com os ajustes introduzidos pela Declaração de Rectificação nº 71/2007

Este tarifário aplica-se, para as centrais hídricas, aos primeiros 52 GWh entregues à rede, por MW de injecção na rede atribuído, até ao limite máximo dos primeiros 20 anos (em casos excepcionais devidamente fundamentados pode ser prorrogado por mais cinco anos)

A legislação em vigor estabelece a seguinte fórmula genérica de cálculo da remuneração da energia renovável:

- 19 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Mini-hídricaDecreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007

LEV)(1

1

IPC

IPC ZPA(VRD) PV(VRD)PF(VRD)KMHOVRD

ref

1mmmmmm

KMHO: KMHOpc = 1,15 KMHOv = 0,80 (0-8h e 22-24h Inverno e 0-9h e 23-24h Verão)

PF = 6,8 x P2med/Pnom €/mês (potências em kW)

PV = 36 €/MWh PA = 7,4 €/MWh Z:

4,5 <= P ≤ 10 MW 4,5 – 0,075 x (P – 10) <= 10 < P ≤ 30 MW 0 <= Bombagem

LEV: 0,035 <= P < 5 MW 0,015 <= P ≥ 5 MW

- 20 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Mini-hídricaExercícios de aplicação do cálculo da tarifa

1. Considere uma central mini-hídrica de potência nominal igual a 3 MW cuja produção anual de energia eléctrica é de 9 GWh.

Sabendo que a produção ocorre 60% do tempo em horas de ponta e cheia determine a tarifa de remuneração desta central (em €/MWh).

2. Considere agora uma central mini-hídrica de potência nominal igual a 12 MW e uma produção anual de energia eléctrica de 40 GWh.

Sabendo que a produção também ocorre 60% do tempo em horas de ponta e cheia determine a tarifa de remuneração desta central (em €/MWh). Justifique a diferença de valores relativamente à questão anterior.

Solução: VRD1 = 74,09 €/MWhVRD2 = 72,62 €/MWh

- 21 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Cogeração

Mini-hídrica

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 22 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Exemplo de aplicaçãoMini-hídrica remunerada à tarifa

Considere uma central mini-hídrica (mh) com a curva de caudal-potência e limites de operação dados por:

Qmh(Pmh) = 2 Phmh [m3/s] ; 0 ≤ Pmh ≤ 5 [MW]

Pretende-se determinar o perfil óptimo de operação desta desta central, sabendo que a tarifa de remuneração das horas de vazio (v) é de 70 €/MWh e das horas de ponta e cheia (pc) é de 80 €/MWh, sendo o caudal afluente em cada hora dado na tabela seguinte:

Hora Caudal afluente [m3/s] 1 (v) 8 2 (pc) 8 3 (pc) 5 4 (pc) 5

- 23 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Cogeração

Mini-hídrica

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 24 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

* MINI-HIDRICA: Maximização da receita tarifária* por gestão da produção de electricidade em funcao* do caudal afluente

SETSj indice dos periodos de tempo /1*4/g indice dos geradores mh: mini-hidrico /mh/ph periodo horario pc: ponta e cheia v: vazio /pc,v/;

TABLE Gen(g,*) caracteristicas dos grupos geradores PMIN PMAX a b c* (MW) (MW) (m3/h) (m3/MWh)mh 0 5 0 2;

PARAMETER Qa(j) caudal afluente em m3 por segundo;Qa('1')= 8;Qa('2')= 8;Qa('3')= 5;Qa('4')= 5;

Modelação e simulação em GAMSProgramação em GAMS (1/3)

- 25 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

PARAMETER T(ph) tarifa de remuneracao da energia produzida em € por MWH;T('pc')= 80;T('v')= 70;

VARIABLESReceita receita da central mini-hidricaP(g,j) potencia do gerador g no periodo j;

POSITIVE VARIABLES P(g,j);

EQUATIONSEQRECEITA equacao da funcao objectivo receita totalPMAXLIM(g,j) equacao de potencia maximaPMINLIM(g,j) equacao de potencia minimaQHID equacao que limita o caudal maximo turbinado aos caudais afluentes totais;

Modelação e simulação em GAMSProgramação em GAMS (2/3)

- 26 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

EQRECEITA.. Receita =e= P('mh','1')*T('v') + SUM(j$(ord(j) GT 1), P('mh',j)*T('pc'));PMAXLIM(g,j).. P(g,j) =l= Gen(g,'PMAX');PMINLIM(g,j).. P(g,j) =g= Gen(g,'PMIN');QHID.. SUM(j, Qa(j)) =g= SUM(j, Gen('mh','a')+Gen('mh','b')*P('mh',j));

MODEL minihidro /ALL/;

SOLVE minihidro USING nlp MAXIMIZING Receita;

PARAMETERSQt(j) caudal turbinado;Qt(j) = Gen('mh','a')+Gen('mh','b')*P.l('mh',j);

Display T, Qa, Qt, P.l, Receita.l;

Modelação e simulação em GAMSProgramação em GAMS (3/3)

- 27 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

Agenda

Enquadramento

Cogeração

Mini-hídrica

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS

- 28 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

1. Para o exemplo apresentado determine o perfil de produção da central mini-hídrica que maximiza a receita obtida através da tarifa de remuneração, indicando qual o caudal turbinado em cada hora, a energia produzida em cada hora e a receita total obtida.

2. O que acontece à receita total quando a potência da central aumenta? Justifique o resultado.

3. Adapte o exemplo à realidade da tarifa definida pelo DL 225/2007 considerando as horas 1 e 2 de vazio e as horas 3 e 4 de ponta e cheia.

4. Considere agora que uma limitação da capacidade de armazenamento que implica que o caudal afluente não turbinado seja no máximo de 2 m3/s. Indique, justificando, como se altera o resultado da questão anterior.

Exercícios de aplicação em GAMS

- 29 -Sessão #8 | 28 Maio 2010

:::: Sessão #8 ::::

Integração de outras fontes de produção no

sistema electroprodutor com aplicação à

cogeração e mini-hídrica

Jorge de SousaProfessor Coordenador

ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa

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