participação da termogeração na expansão do sistema elétrico

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  • ISSN 1415-4765

    TEXTO PARA DISCUSSO N 823

    PARTICIPAO DA TERMOGERAONA EXPANSO DO SISTEMA

    ELTRICO BRASILEIRO*

    Ajax R. B. Moreira**

    Katia Rocha**

    Pedro A. M-S. David***

    Rio de Janeiro, setembro de 2001

    * Os autores agradecem a colaborao de Francisco Rigolon do BNDES, Hlio Migon daUFRJ, Sergio Granville, Maria Candida Abib Lima, Rafael Kelman, da PSR-INC e MarcoAntnio Guimares Dias, da Petrobras.** Da Diretoria de Estudos Macroeconmicos do IPEA.ajax@ipea.gov.br** Da Diretoria de Estudos Macroeconmicos do IPEA.katia@ipea.gov.br*** De Furnas.pdavid@furnas.com.br

  • MINISTRIO DO PLANEJAMENTO, ORAMENTO E GESTOMartus Tavares - MinistroGuilherme Dias - Secretrio Executivo

    PresidenteRoberto Borges Martins

    Chefe de GabineteLuis Fernando de Lara Resende

    DIRETORIA

    Eustquio Jos ReisGustavo Maia GomesHubimaier Canturia SantiagoLus Fernando TironiMurilo LboRicardo Paes de Barros

    Fundao pblica vinculada ao Ministrio do Planejamento, Oramentoe Gesto, o IPEA fornece suporte tcnico e institucional s aesgovernamentais e disponibiliza, para a sociedade, elementos necessriosao conhecimento e soluo dos problemas econmicos e sociais dopas. Inmeras polticas pblicas e programas de desenvolvimentobrasileiro so formulados a partir de estudos e pesquisas realizadospelas equipes de especialistas do IPEA.

    Texto para Discusso tem o objetivo de divulgar resultadosde estudos desenvolvidos direta ou indiretamente pelo IPEA,bem como trabalhos considerados de relevncia para disseminaopelo Instituto, para informar profissionais especializados ecolher sugestes.

    Tiragem: 130 exemplares

    DIVISO EDITORIAL

    Superviso Editorial: Helena Rodarte Costa ValenteReviso: Alessandra Senna Volkert (estagiria), Andr Pinheiro,Elisabete de Carvalho Soares, Lucia Duarte Moreira,Luiz Carlos Palhares e Miriam Nunes da FonsecaEditorao: Carlos Henrique Santos Vianna, Rafael Luzentede Lima, Roberto das Chagas Campos e Ruy Azeredo de Menezes (estagirio)Divulgao: Libanete de Souza Rodrigues e Raul Jos Cordeiro LemosReproduo Grfica: Cludio de Souza e Edson Soares

    Rio de Janeiro - RJ

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    Home page: http://www.ipea.gov.br

    ISSN 1415-4765

    IPEA, 2000 permitida a reproduo deste texto, desde que obrigatoriamente citada a fonte.Reprodues para fins comerciais so rigorosamente proibidas.

  • SUMRIO

    RESUMO

    ABSTRACT

    1 - INTRODUO .............................................................................................1

    2 - HIPTESES ADOTADAS............................................................................2 2.1 - Otimizao Estocstica ..........................................................................3 2.2 - Viabilidade Computacional....................................................................4 2.3 - Conjunto de Informaes .......................................................................5 2.4 - Leis de Movimento.................................................................................5

    3 - METODOLOGIA ..........................................................................................7 3.1 - Modelo do Despacho timo da Carga ..................................................7 3.2 - Mtodo de Soluo................................................................................8

    4 - ANLISE DA EXPANSO........................................................................11

    5 - RESULTADOS............................................................................................12 5.1 - Operao Eficiente da UTE..................................................................14 5.2 - Valores Crticos do Custo de Construo da UHE ..............................16

    6 - CONCLUSO .............................................................................................18

    APNDICE .......................................................................................................19

    BIBLIOGRAFIA ...............................................................................................22

  • RESUMO

    A regulao do setor eltrico no Brasil determina que um agente o OperadorNacional do Sistema (ONS) administre o despacho de carga de cada usina comum modelo de otimizao que maximiza a utilizao intertemporal da energiaacumulada nos reservatrios das usinas hidreltricas minimizando overtimento de gua dos reservatrios ou, o que equivalente, minimizando ocusto de operao das usinas. Para isso admite-se um sistema composto por usinashidreltricas (UHEs) e termeltricas (UTEs).

    O primeiro objetivo deste estudo desenvolver um modelo emprico queincorpore ao problema do despacho timo a incerteza da demanda e do preo docombustvel das UTEs.

    O segundo objetivo estimar, para um sistema estilizado, a relao entre o custode gerao de energia investimento em construo + operao e aparticipao da termogerao no sistema.

    O terceiro objetivo medir o impacto da reduo da flexibilidade de operao dasUTEs sobre o custo de gerao do sistema.

    Para analisar essas questes, foi utilizado um modelo de controle dinmicoestocstico, que pretende reproduzir, aproximadamente, os resultados do modelodo ONS para um sistema energtico simplificado.

  • ABSTRACT

    The power system regulation order that the energy dispatch is centralized by aagent ONS that should use a stochastic dynamic optimization model thatmaximize the energy is accumulated in the hydro plants. This model consider onlythe uncertainty of water affluence.

    Our first issue is develop another model that do the same for a simplified system just one hydro and one termo plant but considering the uncertainty ofdemand and of gas price. Our second target is evaluate the relationship betweensystem expansion cost and termo generation participation. Our third target is tomeasure the effect of operation flexibility of the power plants on then systemoperation cost.

    To analyse this questions was developed a dynamic stochastic control model thatdo the optimal dispatch.

  • PARTICIPAO DA TERMOGERAO NA EXPANSO DO SISTEMA ELTRICO BRASILEIRO

    1

    1 - INTRODUO

    O sistema de gerao eltrica brasileiro se caracteriza pela alta participao defontes hidrulicas, o que o torna vulnervel a situaes de escassez de energiadevido incerteza do regime das chuvas, e implica o problema da utilizaointertemporal da energia acumulada nos reservatrios.

    A regulao do setor eltrico no Brasil determina que um agente o OperadorNacional do Sistema (ONS) administre o despacho de carga de cada usina comum modelo de otimizao que maximiza a utilizao intertemporal da energiaacumulada nos reservatrios das usinas hidreltricas minimizando overtimento de gua dos reservatrios ou, o que equivalente, minimizando ocusto de operao das usinas. Para isso admite-se um sistema composto por usinashidreltricas (UHEs) e termeltricas (UTEs). O modelo do ONS supe conhecidosos valores futuros da demanda por energia eltrica e o preo do gs natural. Noentanto, essas quantidades esto sujeitas a inovaes de vrias fontes, como porexemplo as flutuaes da taxa de crescimento econmico do Brasil, que um dosprincipais determinantes do consumo de energia, ou do crescimento econmicomundial, que um dos determinantes do preo do gs natural. Essas duas fontesde incerteza so importantes para decises em que o horizonte de maior prazo sejarelevante.

    O primeiro objetivo deste estudo desenvolver um modelo emprico queincorpore ao problema do despacho timo essas fontes de incerteza econmica.

    As UTEs e UHEs apresentam caractersticas complementares. O custo deinvestimento por MW instalado bem como o tempo de construo das UTEs somenores do que os das UHEs. A UTE pode ser localizada perto de um centroconsumidor o que evita longas linhas de transmisso e sua construo mais simples. No requer a construo de barragens, sua dimenso no dependedo melhor aproveitamento da afluncia e da topografia da bacia e a incerteza docusto de construo tende a ser menor. Por outro lado, na UTE o custo marginalde operao predominantemente determinado pelo preo do gs natural ou outrocombustvel fssil que consome. Na UHE o custo prprio de operao muitobaixo (negligencivel), mas a capacidade de gerao depende das condiesincertas do ciclo hidrolgico. Esta incerteza faz com que a UHE tenha de serdimensionada com folga suficiente para garantir o fornecimento nos perodos deestiagem. Um sistema misto explora as vantagens dos dois tipos de usina,reservando as UTEs para os perodos de estiagem. Isso possibilita que um sistemacom menor capacidade nominal de gerao produza energia com o mesmo grau deconfiabilidade de fornecimento.

    A gesto eficiente do sistema e a complementaridade das caractersticas das UTEse UHEs sugerem que, potencialmente, a expanso com uma proporo maior decapacidade de gerao de fontes trmicas pode reduzir o custo de gerao.

  • PARTICIPAO DA TERMOGERAO NA EXPANSO DO SISTEMA ELTRICO BRASILEIRO

    2

    O segundo objetivo deste estudo estimar, para um sistema estilizado, a relaoentre o custo de gerao de energia investimento em construo + operao e a participao da termogerao no sistema.

    O fornecedor de gs natural utiliza um contrato do tipo take or pay, em que ocomprador paga um montante fixo pelo gs, consumido ou no, o que reduz ointeresse das UTEs em funcionar apenas em momentos de estiagem. A reduo daflexibilidade de operao das usinas trmicas aumenta o custo

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