PTD Energy Management & Information Systems

Gerenciamento deEnergia

Alejandro.Meyer@siemens.com.br

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Índice

O novo modelo de energia – Energia como produtoA satisfação do cliente depende principalmente da qualidade dofornecimento (tensão e freqüência nos limites aceitáveis) numnível de custo favorável

Exemplo – Industria Siderúrgica

Gerenciamento de Carga e Contratos de Energia

Tecnologia da Informação - Armazenamento deDados

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Novo Modelo Energético – fonte Agencia Brasil

Rio - A realidade do atual sistema elétrico brasileiro afasta o risco de falta de energiaelétrica até 2008. A afirmação foi feita nesta terça-feira (segunda semana de agosto), noRio, pelo diretor de Projetos Especiais da Eletrobrás, Aloísio Vasconcelos, durante oprimeiro dia do Fórum Continuado de Energia, que se realiza no Clube de Engenharia atéamanhã.

Segundo Vasconcelos, essa certeza não se baseia em projeções otimistas do governo, masna realidade factual do setor, que deve fechar 2004 com sobra de 5 mil MW de energia,enquanto o consumo previsto para 2005 é de apenas 4 mil MW. “Não há risco, porqueneste momento nós temos uma pequena sobra de energia, há investimentos no setor e osprojetos que estavam com dificuldades de aprovação ambiental estão sendogradativamente liberados`, afirmou.

Vasconcelos lembrou que o Programa de Incentivo às Fontes Alternativas de EnergiaElétrica (Proinfa) acrescentará 3.300 MW ao Sistema Interligado e, além disso, o país estácom um planejamento centralizado, pelo qual o crescimento do PIB está sendoacompanhado por uma vez e meia o crescimento da energia. `Se o Brasil crescer 4%, aenergia está preparada para crescer 6%”, explicou.

O diretor defendeu, no entanto, a necessidade de que o Ministério de Meio Ambiente agilize,através do Instituto Brasileiro de Meio Ambiente e Recursos Naturais Renováveis (Ibama) aliberação de 23 projetos, de um total de 45 já anunciados pelo governo, para a construçãode novas usinas hidrelétricas no país.

Vasconcelos defendeu parcerias público-privados que viabilizem mais investimentos para osetor. “Precisamos de mais investimentos, tanto do capital nacional quanto do internacional.A Eletrobrás está disposta a entrar com o modelo e com 49% do investimento necessário àimplementação de novos projetos – portanto sempre de forma minoritária”, concluiu

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Comparativo entre os Modelos

Convivênciaentre Livre e

ReguladoLivreReguladoMercado

Convivênciaentre Estatais e

Privados

Ênfase naprivatização

EmpresasEstataisAgentes

Liquidadas noCCEE

Liquidadas noMAE

Rateio entre oscompradores

Equilíbrioentre oferta e

demanda

Novo ModeloModelo de livremercado (1995

– 2003)

Antigo ModeloAte 1995

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Estrutura SEB

EPE : Empresa Pesquisa EnergeticaCMSE: Comitê de Monitoramento do Setor ElétricoCCEE: Câmara de Comercialização de Energia Elétrica

CNPE MME ANEEL EPE CCEE CMSE ONS

Agentes Institucionais de Organização e Gestão do Setor

Novos Agentes

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Ambiente no Setor Elétrico

Comercializador

Consumidor Livre Consumidor Cativo

Curto Prazo

ContratosBilaterais

ContratosBilaterais

Transmissão

Geradores

Distribuidores

Fonte: ENERCON/ABRACE

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Curto Prazo

ContratosBilaterais

ContratosBilaterais

Transmissão

O Novo Ambiente lnstitucional do Setor

CCEE

CMSE

EPE

MME

Consumidor Cativo

Consumidor Livre ACL

ACR

Comercializador

Geradores

Distribuidores

Fonte: ENERCON/ABRACE

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Ambientes de Contratação de Energia

Ambiente de Contratação Regulada Ambiente de Livre Contratação

G1 G2Gk Gn

compra de energia em poolcontratação regular

D1 D2 D4D3 DnCL CL

Gj

Contratação complementar

(desvios)

CL CL

COM

Contratos bilaterais no âmbito do POOL (ACR)

Compra em regime de livre contratação (ALC)Atualmente: : > 3MWIdeal: : > 1MW

Preços resultantes de licitações

Preços livremente negociados ou licitados

Dois Ambientes de Contratação de Energia;

•Ambiente de Contratação Regulada (ACR)- Distribuidoras

•Ambiente de Contratação Livre (ACL)- Consumidoras Livres e Autoprodutores

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Motivações para a Industria

Menor Preço (Tarifa)

Qualidade no Fornecimento Energy Quality

Energia e um Produto: A satisfação do cliente dependeprincipalmente da qualidade do fornecimento (tensão efreqüência nos limites aceitáveis) num nível de custo favorável)

Planejamento Estratégico do Core Business

Participação no Mercado Livre Contratos com PCH’s

Investimento na Co-Geração Construção de Usinas ou PCH’sSoluções Locais

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Situação do Mercado

Hoje: “bolha de conforto”

Proinfa: aproximadamente 3.300 MW entre:

PCH’sEólicaBiomassa

Venda ao Consumidor Livre(ACL – Ambiente de Contratação Livre):Atual: 3.000 MW IDEAL: 1.000 MW

Nicho de mercado entre 500 kW e 3.000 MW

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Exemplo : Industria Siderurgica

Metas no processo de obtenção de aço

O custo da energia constitui ca. de 20% dos custos totais de operaçãono processo siderúrgico.

O uso eficiente da energia nestes processos e indispensável.

No processo siderúrgico varios tipos de energia alternativa provenientedos by-products são gerados

LNG (Liquefied Natural Gas)OleoEletricidadeBy-Product Gases

COG - Coke Ofen GasBFG – Blast Furnace GasCFG – Corex Furnace GasLDG – Lindz-Donawitz Gas

E podem ser utilizados sem custos adicionais como fontes de energiapara o processo

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Byproduct gas flow in the iron/steel making process

BFG

COG

LDG

CFG

MixStation

PowerPlant

Processo Siderúrgico

Tanque de oleo

Holder booster

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Otimização da distribuição do “byproduct” GAS naIndustria Siderúrgica

Prevenir contra emissões desfavoráveis de gásMaximizar a eficácia dos recursos energéticos

De tal forma que:

Minimizar o consumo de óleoMaximizar o rendimento do consumo energético (geração

própria e conexão a rede)Minimizar o chaveamento dos queimadores (burners) nas

caldeirasOtimizar o gerenciamento de Energia

Co-GeraçãoInteligentes Fast Load SheddingAGC – Automatic Gain ControlMercado Energetico – Compra e Venda de Energia

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Objetivos

Minimizar os custos totais durante o horizonte deplanejamento (planning horizont) que esta compostode:

custos de combustível

consumo dos gases tipo by-product

custos de penalidade relacionados comrecipientes de retenção dos gases,chaveamento das caldeiras

produção de vapor

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Long-TermPlanning

Long-TermPlanning

1-5 y

1-2 y

1-7 d

1-15 min

online

Mercado de energia liberalizado

Short-TermPlanning

Short-TermPlanning

DispatchDispatch

ControlControl

Maintenance SchedulingMaintenance Scheduling

Resource OptimizationResource Optimization

Hydro Thermal CoordinationHydro Thermal Coordination

Economic DispatchEconomic Dispatch

Automatic Generation ControlAutomatic Generation Control

Minimize Co

stMinim

ize Cost

Future Growth

ExampleFuture Grow

th

Example

Long-Term Bilateral Trading

Long-Term Bilateral Trading

Day-Ahead Trading

Day-Ahead Trading

RealtimeTrading

RealtimeTrading

Trade Optimizing SchedulerTrade Optimizing Scheduler

Short-Term Trade EvaluationShort-Term Trade Evaluation

Maximize Pro

fitMaxim

ize Profit

Maintenance SchedulingMaintenance Scheduling

Resource OptimizationResource Optimization

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TOS showsexactly when

tosell …

… and when tobuy!

Trade Optimizing Scheduler –Maximum Profit on the Day-Ahead Market

Future Growth

ExampleFuture Grow

th

Example

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LME – Load Management Energy

Power network

Resource Planning & Optimisation

Gerenciamentode Carga Redes Elétricas

LoadForecastElectricity

Contract Contract Contracts (short term) SchedulesSchedulesSchedules

ContractContractContracts(long term)

• Weather forecast• Current load Load &Weather

archive

G L

Impor- tação

Expor-tação

Transporte de Energia

Real -

time conl

Plann

L

L

Power networkRede de Energia

Planejamento &Otimização de Recursos

Previsãode Carga Redes Elétricas

Contract Contract Contratos (curto prazo)

SchedulesSchedulesSchedulesSchedulesSchedulesSchedulesSchedulesProgramações

ContractContractContracts(long term)

ContractContractContratos (longo prazo)

• Previsão do tempo• Carga atual Load &Weather

archive

Arquivo de Dados de Carga & Tempo

G G LL

Controle em

tempo

Planejamento

L

LL

A otimização é feita indiretamente pela ativação e desativação priorizada das unidades de geração e cargas despacháveis

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Componentes Despacháveis da Rede

Unidades de Geração:usinas de combustão, geradores standby, geradores a dieselem grandes construções, hospitais ou plantas industriais, etc.

Cargas:iluminação da rua, sistemas de aquecimento elétrico,reservatórios de água quente, congeladores fundos, altos-fornos, bombas de água, etc.

Transformadores de Carga Variável:A importação de energia atual pode ser influenciada portransformadores de carga variável, contanto que a tensão sejamantida dentro de limites de operação aceitáveis

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Optimized Contract Deployment

Contracted Demand

Current Demand

Accounting Period

DemandContracted Demand

Current Demand

Accounting Period

DemandContracted Demand

Current Demand

Accounting Period

Demand

O Contrato nãoesta otimizado

Tem de ser evitado

O Contrato estasendo violado

Deve ser evitado!

LME e a ferramentapara uma otimizadagestão de contratos.

Salve custos adicionais causados pela violação dos limites de compraSalve custos adicionais causados pela própria geração de energia

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Metodologia da demanda balanceada

Calculo da Potenciacorretiva

Ligar osequipamentosapropriados

Switch

DemandaDe correnteacumulada

ForecastDemandaesperada

Demanda Contratada Demanda Atual

Accounting Period

Demanda

One Accounting Period is a time range of 15, 30 or 60 minutes (predefined)

Calculation Cycle runs each30, 60 or 120 seconds (predefined)

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Estimativa de Tendência

Energia Disponível = (Valor de Ref. – Energia Utilizada)tempo restante do período de tarifa

Energia de Correção = (Valor de Ref. – Energia Calculada do per. )tempo restante do período de tarifa

Isto significa:

EC > 0 => Adição de CargaEC < 0 => Redução de Carga

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Estimativa de tendência

Critical distance

Critical distance

Importação

de Energia

Limite de importação de energia (N)

Limite de importação de energia (N+1)

Tendência a Curto Prazo

Importação deenergia atual

Tendência a Longo Prazo

Tendência a Longo Prazo

Período de tarifa (N) Período de tarifa (N+1) tempo

acima

abaixo

.

. .

Distância crítica

Distância crítica

.

. .

A energia disponível é definida como importação de energia média restante, comrelação ao período de tarifa atual. É calculada pela diferença (valor de referência menosenergia realmente utilizada) relacionada ao tempo restante do período de tarifa atual. Aenergia disponível é calculada para cada ciclo de cálculo.A energia de correção é definida como a diferença (valor de referência menos energiacalculada no fim do período de tarifa atual) relacionada ao tempo restante até o fim doperíodo de tarifa atual. A energia de correção é calculada para cada ciclo de cálculo.Uma energia de correção positiva significa adição de carga, e uma energia de correçãonegativa significa redução de carga.

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Esquemas de Comutação

.

.

Area of possible switching ON

Area of possible switching OFF

Command blocking (beginning)

Correction power

Hysteresis for ON

+

-

Hysteresis for OFF Time t

Tariff period

Área de possível comutação ON

Área de possível comutação OFF

Blo

quei

o de

co

man

do (f

im)

Blo

quei

o de

com

ando

(iní

cio)

Ener

gia

de c

orre

ção

Histerese para ON

+

-

Histerese para OFF Time t

Período de tarifa

.

Tempo

Para realizar um esquema de comutação, a energia de correçãotem que ser maior que o valor da histerese de comutaçãoreferente. É possível ter valores diferentes de histerese para aredução de carga e para o aumento de carga. Os dois valores dahisterese atual podem ser exibidos e modificados pelo operador.

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Office LAN

Data

?

… a qual e necessária pordiversos setores dentro daempresa.

O setor de operaçõescontinuamente obtém e criainformação…

Open Data AccessThe Daily Challenge

Intelligent LoadManagement

25

But there are some problems

LAN

Data ?

Problemas:As tarefas operativas do setor deoperações possui uma prioridade alta;avaliações de dados pode ter atrasos ounão ser avaliada quando requisitada.As ferramentas de avaliação do setor deoperações geralmente não são muitoflexíveis.Outros setores/departamentos podemvir a requisitar adicionais, os quais nãofazem parte do sistema do setor deoperações.

Os colaboradores do departamento deoperações, avalia e analisa os dadosde acordo com os requerimentos deoutros setores.

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Office LAN

Open Data AccessThe Data Warehouse (DW) Solution

Intelligent LoadManagement

!

O sistema DW (Armazenamento de Dados) copia os dados da baseoriginal do setor de operações (centro de controle, AMR, etc.) para abase de dados do DW e reorganiza a informação para ser processadaposteriormente.A base do DW e visível para todos os setores da emprese, enquanto quea base de dados de tempo real somente para o setor de operações.

DW

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Real-timeData

Archive

Schedules

EDE SQL-Calls

Open Data AccessStepwise Approaches

Integrates SCADAdata withother data sourcesand powerfulready-to-usereporting tool

HFD2ORA

Export ASCII ReportingToolImport

Data Warehouse

Other data sources

AEU

Excel

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E.G. Bulk Power SystemCurrent Situation

Main Generation

Main Load

Grid Interconnect

Minor Generation

IntroductionTasks to SolveField-Proven SolutionsModern ArchitecturePower Supply SecurityNetwork SecurityFuture Growth OptionsSiemens‘ ExperienceSummary

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Bulk Power System ManagementTasks for Improvement

Main Generation (at A)

Main Load (at B)

Grid Interconnect

Minor Generation(at B)

Prevent disturbancesin production due to

Power swingsat grid endFault atpower networkLoss of generationat ALoss of loadat B

Plant wide data acquisition and monitoring to push forwardintelligent preventive and corrective decision makingIntroduce modern control and IT architecture to prepare forfuture development (e.g. power trading)

IntroductionTasks to SolveField-Proven SolutionsModern ArchitecturePower Supply SecurityNetwork SecurityFuture Growth OptionsSiemens‘ ExperienceSummary

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Configuration in the Substation(excl. Load Shedding)

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Configuration for Load Shedding

32

Configuration

33

Configuration

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ConfigurationSpectrum SCADA/EMS

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Generation ControlAVC – Control Loops

Similarities ofAutomatic Voltage Control (AVC)with Aut. Gen. Control (AGC)are exploited as much aspossible to make the solution less complex.

Similarities ofAutomatic Voltage Control (AVC)with Aut. Gen. Control (AGC)are exploited as much aspossible to make the solution less complex.

AGCGeneration Allocation

andControl

PowerSystem

Calculation of Area Control

Error

ACEFrequency Tie-lineflows

OperatorInputand

Schedules

~

~~

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SINAUT Spectrum middleware adapter,e.g. TIBCO

Production PlanningProduction Planning

DataArchive

DataArchive

RTUsDCSRoutersICCP

RTUsDCSRoutersICCP

COMMCOMMSpectrum SPC/TGNMSSpectrum SPC/TGNMS

SCADALoad SheddingAGC/AVCNetwork Analysis

SCADALoad SheddingAGC/AVCNetwork Analysis

Siemens High Speed Bus (Softbus)Siemens High Speed Bus (Softbus)

EnterpriseData

Warehouse

EnterpriseData

Warehouse

Back Office/AccountingBack Office/Accounting

SAPPeopleSoftBilling/SettlementEtc.

SAPPeopleSoftBilling/SettlementEtc.

Integração com o sistema corporativo

Work ForceManagementWork ForceManagement

Enterprise Integration Bus

EnergyTradingEnergyTrading

ForecastingSchedulingOptimization

ForecastingSchedulingOptimization

Decision SupportComponentsDecision SupportComponents

Future Growth

ExampleFuture Grow

th

Example

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Sumario

A Implantação de um centro de controle numa planta industrialnecessita de um conhecimento especial relativo a produção esuas peculiaridades; instalações tipo turnkey necessitam deum conhecimento profundo na gestão de projetos

Soluções IT para o amanha – conexões para outros centrosde controle, intercambio de informações, integração desistemas corporativos e para com parceiros externos (porexemplo: Agentes de Energia)

Garantir o fornecimento continuo de energia com alto grau dequalidade para a planta industrial e chave de sucesso: AGC,Voltage Control, Load Shedding; Management

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Exemplos de Centros de Controle nas diversas regioes domundo

39

Obrigado pela atenção !

Gerenciamento de EnergiaÍndiceNovo Modelo Energético – fonte Agencia BrasilComparativo entre os ModelosEstrutura SEBAmbientes de Contratação de EnergiaMotivações para a IndustriaSituação do MercadoExemplo : Industria SiderurgicaByproduct gas flow in the iron/steel making processOtimização da distribuição do “byproduct” GAS na Industria SiderúrgicaObjetivosMercado de energia liberalizadoLME – Load Management EnergyComponentes Despacháveis da RedeOptimized Contract DeploymentMetodologia da demanda balanceadaEstimativa de TendênciaEstimativa de tendênciaEsquemas de ComutaçãoOpen Data AccessThe Daily ChallengeBut there are some problemsOpen Data AccessThe Data Warehouse (DW) SolutionOpen Data AccessStepwise ApproachesE.G. Bulk Power System Current SituationBulk Power System Management Tasks for ImprovementConfiguration in the Substation (excl. Load Shedding)Configuration for Load SheddingConfigurationConfigurationConfigurationSpectrum SCADA/EMSIntegração com o sistema corporativoSumarioExemplos de Centros de Controle nas diversas regioes do mundo