smart-sen: um modelo de simulação do sistema elétrico...
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SMART-SEN: Um Modelo de Simulação do
Sistema Elétrico Nacional com Presença de
Geração de Renováveis Intermitentes:Impactos Operacionais, Regulatórios e Custos
Equipe Básica:
Prof. Dr. Paulo Barbosa Prof. Dr. Warren Powell Prof. Dr. Alberto Luiz Francato
Dr. Marcos Leone Filho Dr. João R. C. Pires Dr. Fernando A. A. Prado
FIESP, São Paulo, 24 de março de 2016
Motivação
Sistemas de potência:
Demanda tempo real ≠ Produção de fontes intermitentes
Realidade: penetração de energia eólica e solar é uma
realidade no mundo todo
No Brasil:
Atualmente: Avanço progressivo da energia eólica
Até 2022: 9,5% de energia eólica
Motivação
Redução da entrada de hidroelétricas com reservatórios devido
a aumento das restrições ambientais.
Descasamento espacial entre a geração das diversas fontes
Necessidade de aumento de térmicas (gás natural, carvão e
nuclear) para geração na base.
Motivação
Motivação
A partir da experiência internacional, surgem desafios devido
à entrada de eólicas:
Necessidades crescentes de reserva para regulação de
frequência e voltagem
Necessidades crescentes de reserva girante
Rampas de subida e descida mais rápidas
Despachos menos eficientes das fontes convencionais
Necessidade de disponibilidade de reserva girante para
acomodação de flutuações de curtíssimo prazo ( de 1 a 15
minutos).
Necessidade de reserva de prontidão para variações de curto
prazo (horária) da carga.
Necessidade de adaptação das regras para o despacho ótimo
no nível horário/diário.
Implicações no Planejamento da
Operação
MotivaçãoImplicações no Planejamento da
Operação
Necessidade de aprimoramento das questões regulatórias e
comerciais para viabilizar a implementação em larga escala de
sistemas manutenção de frequência e tensão.
Necessidade de se aumentar os estudos de capacidade de
transmissão.
Necessidade de aprimoramento nos modelos de previsão de
despacho de curtíssimo prazo (redução liga/desliga de usinas).
Proposta de Pesquisa
Desenvolvimento de um software de simulação que emule as
regras de despacho e operação do sistema elétrico, com
discretização de minuto e horizonte diário ou semanal;
Avaliar a capacidade de o sistema garantir confiabilidade de
suprimento de energia elétrica na rede do SIN, atendendo aos
requisitos de controle de voltagem e frequência;
Realizar estudos do SIN para configuração atual e para
diferentes cenários futuros de mudança de matriz energética;
Proposta de Pesquisa
Identificar a necessidade de promover expansão da capacidade
de transmissão da rede, expansão da geração ou recursos de armazenamentos distribuídos na rede de maneira a melhorar o
nível de confiabilidade operativa;
Avaliar o cronograma viável de introdução das fontes renováveis
no SIN;
Avaliar a base regulatória e impactos comerciais diante da introdução da produção de renováveis intermitentes;
Computar custos adicionais (não computados nos leilões de
geração eólica) que deverão ser considerados para viabilizar a
entrada de geração eólica.
SMART-ISO para a PJM
Simulador de operação de sistemas de potência:
Visão detalhada do sistema de transmissão da PJM
Despacho de máquinas ótimo
Considera mercado spot de energia elétrica da PJM
Capaz de fazer simulações diversas
Com/sem eólicas
Diferentes níveis de geração eólica
Ampliação/modificação do grid
Análises de viabilidade e factibilidade
SMART-SEN: Proposta de pesquisa
Despacho horário
(IT-SCED)
Decisão de alocação de máquinas
Validação AC
Problemas?
NÃOSIM
Identificar violações
Retro-alimentar com novos dados e
restrições
Despacho diário
Simulação em tempo real
Checagem AC
SMART-SEN:
características de inovação
Modelagem do efeito da entrada das fontes intermitentes no
sistema interligado nacional, com avaliação dos seus impactos
em escala de discretização de curtíssimo prazo que permita
capturar intervalos de tempo com ausência de produção eólica, ou grande variações em curto intervalo de tempo;
Simulação das manobras operativas necessárias para
compensar a ausência de produção eólica ou garantir que a sua variabilidade não traga prejuízos à qualidade da energia
suprida;
Avaliação das necessidades de reforços nos sistemas de
transmissão.
SMART-SEN: produtos
Nova metodologia de extração e manipulação de dados de operação (curtíssimo prazo e tempo real) com
intermitentes
Software simulador da operação eletro-hidro-energética de
curtíssimo prazo e tempo real para o SIN
Nova metodologia para indicação de locais potenciais
para instalação de novos geradores intermitentes
Nova metodologia para cálculo de custos marginais de
operação provenientes da penetração de intermitentes
Know-how
Equipe Unicamp:
Grande experiência em modelagem do sistema hidrotérmico
brasileiro para planejamento de médio e longo prazos
Experiência em gestão de reservatórios, bacias e operação
de hidrelétricas
Equipe Princeton:
Grande experiência em modelagem de mercado de
energia elétrica para planejamento de penetração de
fontes intermitentes de energia elétrica
Modelo SMART-ISO
WBS SMART-SEN
1. Impactos fontes intermitentes
Etapa 1 Impactos fontes intermitentes
Etapa 1.1 Reservas operativas SMART ISO
Etapa 1.2 Caracteristicas Intermitência eolica
Etapa 1.3 Caracteristicas Intermitência solar
Etapa 1.4 Impactos Intermitência eolica
Etapa 1.5 Impactos Intermitência solar
Etapa 2 Base regulatoria e comercial
Etapa 2.1 Operaçao PJM
Etapa 2.2 Operação ONS
Etapa 2.3 Remuneraçao Ancilares PJM
Etapa 2.4 Remuneraçao Ancilares ONS
Etapa 2.5 Custo marginal por barra PJM
Etapa 2.6 Simulação SMART-SEN (sem hidraulica)
Etapa 2.7 Simulação SMART-SEN (com hidraulica)
Etapa 2.8 Conclusão dos impactos no SIN
Etapa 3 Aquisiçao de dados
Etapa 3.1 Dados hidroeletricas
Etapa 3.2 Dados termoeletricas
Etapa 3.3 Dados da rede SIN
Etapa 3.4 Historico potencia
Etapa 3.5 Historico de despachos
2. Base regulatoriae comercial
3. Aquisiçao de dados
4. Integração e simulação SIN
1.1. Reservas operativas SMART ISO
1.2. CaracteristicasIntermitência eolica
1.3. CaracteristicasIntermitência solar
1.4. Impactos Intermitência eolica
1.5. Impactos Intermitência solar
2.1. OperaçaoPJM
2.2. Operação ONS
2.3. RemuneraçaoAncilares PJM
2.4. RemuneraçaoAncilares ONS
2.5. Custo marginal por barra PJM
2.6. Simulação SMART-SEN (sem hidraulica)
2.7. Simulação SMART-SEN (com hidraulica)
2.8. Conclusão dos impactos no SIN
3.1. Dados hidroeletricas
3.2. Dados termoeletricas
3.3. Dados da rede SIN
3.4. Historicopotencia
3.5. Historico de
despacho
5. Simulação com hidroelétricas
6. Validação SMART-SEN
WBS SMART-SEN
1. Impactos fontes intermitentes
Etapa 4 Integração e simulação SIN
Etapa 4.1 Leitura de dados GRID BrasilEtapa 4.2 Leitura de dados de custoEtapa 4.3 Leitura de dados de cargaEtapa 4.4 Leitura de dados eolicaEtapa 4.5 Leitura de dados solarEtapa 4.6 Relatório custos locacionaisEtapa 4.7 Relatório níveis de reserva
Etapa 4.8 Relatório de despachosEtapa 4.9 Manual de instalaçao v1Etapa 4.10 Manual de usuario v1Etapa 4.11 Software SMART-SEN v1
Etapa 5 Simulação com Hidroelétricas
Etapa 5.1 Conexão Reservatórios
Etapa 5.2 Leitura dados reservatóriosEtapa 5.3 Caracteristicas das hidroeletricas
Etapa 5.4 Leitura dados hidrologiaEtapa 5.5 Manual de instalaçao v2
Etapa 5.6 Manual de usuario v2Etapa 5.7 Software SMART-SEM v2
Etapa 6 Validação SMART-SEN
Etapa 6.1 Relatorio Final
2. Base regulatoriae comercial
3. Aquisiçao de dados
4. Integração e
simulação SIN
4.1.Leitura de dados GRID Brasil
4.2. Leitura de dados de custo
4.3. Leitura de dados de carga
4.4. Leitura de dados eolica
4.5. Leitura de dados solar
4.6. Relatório custos locacionais
4.7. Relatório níveis de reserva
4.8. Relatório de despachos
4.9. Manual de instalaçao v1 4.10. Manual de
usuario v1
5. Simulação com Hidroelétricas
6. Validação
SMART-SEN
5.1. Conexão Reservatórios
5.2. Leitura dados reservatórios
5.3. Caracteristicasdas hidroeletricas
5.4. Leitura dados hidrologia
5.5. Manual de instalaçao v2
5.6. Manual de usuario v2
5.7. Software SMART-SEM v2
6.1. Relatório final
4.11. Software SMART-SEN v1
PONTOS FORTES DO PROJETO
1) INEDITISMO:
• Não existe nada similar no Brasil
• A aplicação no exterior tem presença limitada de hidráulica
2) RELEVÂNICIA:
• Já começa a ser um problema para os agentes
• Crescimento esperado para o futuro próximo
3) APLICABILIDADE:
• O software a ser desenvolvida utilizará a base de dados oficial do
ONS
• A aplicação é realística e imediata para diversos tipos de estudos
para os agentes (reservas e custos, subsídios para leilões, e reforços
na transmissão)
4) RISCOS:
• Baixo risco diante de:
• Software prévio existente para o PJM
• Participação do ONS: Dados e expertise
• Participação de um pool de empresas: Visão dos
agentes/contribuições regulatórias
• Equipe internacional e nacional extremamente qualificados