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MEEC / MEM– Energias RenováveisEnergia Eólica

2005/2006

Energia Eólica

Gestão de Sistemas Eléctricos com Elevada Integração de Geração Eólica

J. A. Peças Lopes


2005/2006

Introdução

• A integração de elevados níveis de geração eólica nos sistemas eléctricos têm impactos na gestão do sistema:– Dificuldades para a operação dos mercados de

electricidade;– Dificuldades na definição da escala de serviço dos grupos

convencionais e no despacho da produção;– Dificuldades na validação das condições de exploração da

rede;– Dificuldades na definição dos níveis de reserva operativa do

sistema em cada área de controlo.– Problemas para a segurança de abastecimento.

Incertezas associadas ao recurso primário

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Dificuldades da Operação dos Mercados Diários

• O desconhecimento do valor da produção eólica ou a incerteza no seu valor dificultam o fecho dos mercados


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Soluções – Previsão de Geração Eólica

• Utilização de ferramentas de previsão de produção eólica:– Diferentes horizontes temporais

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• Horizontes de previsão:• (Depende do sistema eléctrico e da disponibilidade de dados).

– Alguns s/min : com o objectivo de fazer o controlo das TE. – 0 horas : nowcastingnowcasting (estimativa da produção renovável)

para sistemas onde nem todos os parques eólicos são visíveis através de SCADA.

– 1-6 horas (fundamental para redes isoladas de pequena dimensão) Permite a gestão de unidades convencionais rápidas.

– 1-72 horas: para sistemas interligados com grandes parques eólicos ( exige a disponibilidade de NWPs).

– 1-7 dias: para planeamento da manutenção (muito útil para parques offshore).

– >7 dias: para gestão de recursos hídricos.


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• A previsão da PE é um problema complexo– As séries temporais de Produção eólica apresentam uma

natureza caótica resultante do comportamento do vento e das não linearidades introduzidas pela curva de potência.

00.10.20.30.40.50.60.70.80.9

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1 26 51 76 101

126

151

176

201

226

251

276

301

326

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376

401

426

451

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526

551

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626

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701

726

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826

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901

926

951

976

1001

Time [x 1 hour]

Power/Pnominal [p.u.]

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• O príncípio


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• O princípio

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• Modelizações do problema (2 linhas de trabalho):– Tratamento estatístico:

• Modelos tentam inferir comportamentos a partir de dados disponíveis, (técnicas de AI podem ser utilizadas)

– Tratamento físico:• Utilização de modelos que descrevem as leis físicas de

escoamento dos fluídos nos terrenos dos parques.


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Soluções – Previsão de Geração EólicaUm exemplo do tipo de resultados

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• Dados necessários para a previsão da geração eólica:Dados estáticos

• Modelo do terreno (3 para modelos físicos, 0 para estatísticos)– Mapas de orografia– Mapas de rugosidade

• Layout do parque eólico (3 para modelos físicos, 0 para estatísticos)• Características das turbinas eólicas (Nominal, curva de potência (3))• Coordenadas geográficas dos parques eólicos (3)• Definições de Upscaling/downscaling (3)• Definição de agrupamentos (i.e. classificação dos parques eólicos por

região).

Estes dados podem ser classificados como (3: Obrigatórios, 2: Importantes, 1: Opcionais).


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• Dados necessários para a previsão da geração eólica:– Real-Time Data (SCADA) :

• Produção do parque eólico (3)• Disponibilidade dos aerogeradores (3)• Informação sobre eventuais limitações de potência das

turbinas (3)• Produção por turbina (MW) (1-2)• Velocidade de vento (3 para físico, 0-2 para estatístico)• Direcção do vento (2-3 para físico, 0-2 para estatístico)• Temperatura (1)• Pressão atmosférica (1)• Humidade (1)

– É interessante poder dispor de dados históricos das mesmas variáveis para calibração

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• Previsões Numéricas do Tempo– Disponibilizadas por um serviço meteorológico

(via contrato)– Horizonte: até 2-5 dias– Frequência de refrescamento:

1- 4 vezes por dia– Resolução temporal: 1 ou 3 horas– Variáveis: (10m)

• Velocidade do vento (3)• Direcção do vento (3)• Temperatura (1-2)• Pressão atmosférica (1-2)• Humidade (1-2)

– Resolução espacial: entre 5-30 km.

15 kmModelos de mesoscala


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• Diagrama global para um sistema de previsão de base física

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• Diagrama global dos modelos estatísticos


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Soluções – Armazenamento

• O conceito

Wind ParkWPS

Gener.Lower Reservoir

Upper Reservoir

Previsão da produção eólica

Restrição de rede

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• Objectivos:– Reduzir a variabilidade da produção eólica (dentro de uma

escala temporal de horas / 1 dia);– Aumentar os benefícios económicos dos promotores dos

investimentos eólicos;– Ajudar na gestão de restrições temporárias (ou não) de

rede.

• Problemas– Definir o volume de armazenamento– Definir as potências dos grupos– Definir a estratégia de operação


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• Problema da gestão dos ciclos de bombagem armazenamento

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• Dados do problema

Porto EES/UETP Course – February 2004

Inputs

0 1 0 2 0 3 0 4 00

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Win

d P

ower

[MW

]

h o u r s

Forecasted Available Wind Power

0 1 0 2 0 3 0 4 05 0

6 0

7 0

8 0

9 0

1 0 0

1 1 0

Pric

e [€

/MW

]

h o u r s

Active Power Price(Decreto-Lei Nº 168/99 and Decreto-Lei Nº 339-C/2001)

PgM

[MW]PhM

[MW]PpM

[MW]ηL cp

[€/MWh]11 2 2 0.75 2

EM

[MWh]E1

esp

[MWh]En+1

esp

[MWh]PL [MW] PU [MW]

22 0 0 0 6.0


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• Alguns resultados

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 00

2

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1 0

h o u r sW-H

and

W P

ower

[MW

]

W - HW

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 00

5

1 0

1 5

2 0

2 5

h o u r s

Res

ervo

ir [M

Wh]

R e s . L e v e l

Produção total do PE

Armazenamento de energia

Produção eólica total

0 1 0 2 0 3 0 4 0 5 00

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4

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h o u r sWG

and

n-U

sed

AWP

[MW

W Gn A W P

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Segurança de Abastecimento

• A característica de intermitência do recurso eólico pode trazer problemas à segurança de abastecimento exigindo uma definição de volumes de reserva de longo prazo:– Centrais térmicas convencionais;– Centrais com capacidade de armazenamento (hídricas com

ou sem bombagem) -> estratégias de gestão de armazenamento combinadas com a previsão da PE.

– Definir cenários de evolução da procura e da evolução da instalações de novos centros electroprodutores, conhecer séries hidrológicas e de produção eólica.

– Estudos probalísticos são necessários para avaliar na globalidade do sistema produtor índices do tipo:

• LOLE (Loss of load expectation)• LOLP (Loss of load probability)


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Conclusões• A gestão de sistemas eléctricos com grande integração da

geração eólica exige a disponibilidade de ferramentas de previsão de produção eólica .

• A utilização de investimentos e de estratégias de armazenamento de energia são cruciais para permitir a integração de geração eólica nos sistemas.

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