Introdução

Como já foi mencionado, a divisão do problema de planejamento da operação em etapas requer uma coordenação entre os modelos utilizados em cada uma delas, para que se consiga a otimização do problema como um todo. Utiliza-se, na cadeia de modelos para planejamento do SIN, uma abordagem sofisticada que consiste em se construir uma função de custo futuro (FCF) multivariada para o sistema, que relaciona o custo esperado de operação no futuro com o vetor de volumes armazenados em todos os reservatórios ao final do horizonte de curto prazo.

A fCF permite que se obtenham os chamados “valores da água” para as diversas usinas hidrelétricas, que indicam os benefícios incrementais no futuro, medidos a valor presente, de se manter água armazenada nos reservatórios ao final do horizonte do modelo de mais curto prazo.

Por ser o modelo de mais longo prazo na estrutura de modelos NEWAVE-DECOMP-DESSEM utilizada no planejamento da operação e formação de preço, o NEWAVE não recebe nenhuma FCF ao final de seu horizonte de estudo, porém considera um período pós em seu Horizonte de Planejamento para evitar o efeito de “fim de mundo”. Já as funções de custo futuro construídas pelo modelo NEWAVE são utilizadas por outros modelos da cadeia, para simulações hidrotérmicas de longo prazo mais detalhadas com o SUIHI ou para refinamento, no curto prazo, do despacho do sistema, com os modelos DECOMP e DESSEM

Além disso, existem outras formas de acoplamento entre os modelos, como por exemplo, pelo fornecimento de metas operativas do modelo DECOMP para o modelo DESSEM.

Nesta seção descreve-se como é feito o acoplamento entre os modelos energéticos desenvolvidos pelo CEPEL.

Acoplamento NEWAVE/SUISHI

Como resultado da aplicação da estratégia de Programação Dinâmica Dual (PDDE) no modelo NEWAVE, obtêm-se uma política de operação (materializada na chamada função de custo futuro (FCF)) para cada estágio do horizonte de estudo. Nas aplicações oficiais,, utiliza-se uma modelagem a reservatórios equivalentes do sistema (REE) do parque hidrelétrico. Este conjunto de FCFs pode ser utilizado para realizar simulações mais detalhadas do sistema hidrotérmico com o modelo SUISHI 1, 2, utilizando séries históricas ou sintéticas, de forma a obter os índices de desempenho do modelo calculados a partir de resultados de operação individualizada das usinas

Referências

1

M.E.P. Maceira, F.R.S. Batista, L.F.E. Cerqueira, R.R. Olasagasti, A.C.G. Melo, and L.G.B. Marzano. A probabilistic approach to define the amount of energy to be traded in hydro dominated interconnected systems. In 2018 Power Systems Computation Conference (PSCC), volume, 1–7. 2018. doi:10.23919/PSCC.2018.8442612.

2

CEPEL - Centro de Pesquisas em Energia Elétrica. Modelo SUSIHI - Manual de referência. Technical Report, CEPEL - Centro de Pesquisas de Energia Elétrica, 2021. URL: http://www.cepel.br/produtos/otimizacao-energetica/documentacao-tecnica/.

Acoplamento NEWAVE/DECOMP

O acoplamento entre o Modelo NEWAVE e o Modelo DECOMP se dá principalmente através da função de custo futuro (FCF), transmitida do NEWAVE para o DECOMP.

A figura a seguir ilustra esse acoplamento, indicando as variáveis de estado que devem ser consideradas pelo DECOMP ao acoplar com a FCF do NEWAVE.

É importante ressaltar que, devido ao horizonte mais curto dos modelos DECOMP e DESSEM, os resultados deste modelo são fortemente influenciados pela função de custo futuro construída pelo NEWAVE, o que reforça a importância de uma execução adequada do modelo NEWAVE. De forma geral, pode-se dizer que o objetivo do modelo NEWAVE é obter os valores da água e política de operação, que irão guiar o processo de otimização do despacho nos modelos DECOMP e DESSEM, que verão com mais detalhe as características físicas do sistema.

Acoplamento DECOMP/DESSEM

Descreve-se a seguir as diferentes formas pelas quais o modelo DESSEM pode se acoplar com o modelo DECOMP.

Acoplamento via função de custo futuro

Nesta forma encadeada de acoplamento, utilizada no processo de programação de despacho e formação do preço de liquidação de diferenças no Brasil (PLD), o modelo DESSEM acopla-se com a função de custo futuro (FCF) do modelo DECOMP. Desta forma, obtêm-se os chamados “valores da água” para as diversas usinas hidrelétricas, os quais indicam os benefícios incrementais no futuro, medidos a valor presente, de se manter água armazenada nos reservatórios ao final do horizonte de curto prazo. Utiliza-se, na cadeia de modelos para planejamento do SIN, uma abordagem sofisticada que consiste em se construir uma função de custo futuro (FCF) multivariada para o sistema, que relaciona o custo esperado de operação no futuro com o vetor de volumes armazenados em todos os reservatórios ao final do horizonte de curto prazo.

Desta forma, o problema de PDO incorpora, a priori, a função de custo futuro (FCF) construída pelo modelo DECOMP ao final do horizonte de estudo. Ao valorar economicamente a água dos reservatórios, esta função permite que o modelo DESSEM calcule, de forma implícita, custos incrementais de geração hidrelétrica variáveis com os níveis dos reservatórios e o ponto de operação da usina, que podem ser comparados com os custos de geração termoelétrica.

Apesar de não incorporar explicitamente nenhuma medida de risco (por se tratar de um problema determinístico), a medida CvaR considerada nos modelos NEWAVE e DECOMP está embutida na função de custo futuro fornecida pelo DECOMP.

A figura a seguir ilustra com mais detalhes as variáveis de estado consideradas pelo DESSEM no acoplamento com o modelo DECOMP.

Acoplamento por metas operativas

Além da informação dos valores da água nos reservatórios, por meio da FCF, o acoplamento do modelo DESSEM com o planejamento a curto prazo pode ser realizado através do estabelecimento de metas operativas para o horizonte de estudo do DESSEM. Assim, independentemente do valor da água no futuro, a operação ao longo do horizonte do DESSEM deve ser realizada objetivando atingir essas metas.

As metas que podem ser consideradas para o DESSEM são descritas a seguir. Recomenda-se o uso destas metas de forma complementar ao acoplamento via função de custo futuro, visto que, caso estas metas sejam atendidas com “folga”, o modelo pode realizar operação indesejáveis devido à ausência de informações sobre as vantagens, para o futuro, de armazenamento da água nos reservatórios ao final do horizonte de estudo.

Metas semanais de geração térmica ou intercâmbios

Uma alternativa de acoplamento, consiste em se definir para a PDO metas de geração semanal para cada usina térmica, ou metas de recebimento semanal de energia para cada submercado, como ilustrado a seguir

Uma descrição mais detalhada dessa modelagem e os efeitos de seu uso no modelo DESSEM são descritos em 3.

Metas de armazenamento no final do horizonte de estudo

Para evitar um deplecionamento arbitrário dos reservatórios durante o horizonte de estudo do DESSEM, devido à inexistência de custo presente de geração hidráulica, podem ser inseridas restrições de volume mínimo para os reservatórios ao final do horizonte de estudo.

Acoplamento NEWAVE/DESSEM

A partir de 2023 o modelo DESSEM passou a permitir um acoplamento direto com uma função de custo futuro (FCF) fornecida pelo modelo NEWAVE. Esta funcionalidade permite que se possa fazer uma avaliação, do ponto de vista horário, da política operativa fornecida pelo NEWAVE, para dias/semanas típicos no futuro. Isto torna-se importante com o aumento na penetração das fontes renováveis intermitentes, ou seja, que possuem grande incerteza e variabilidade no perfil horário de geração.

Da mesma forma que na integração do DECOMP com o DESSEM, pode-se utilizar uma ferramenta de integração entre o modelo NEWAVE e DESSEM, denominada NW2DS, que é capaz de gerar decks do DESSEM correspondentes a diversos períodos e séries do NEWAVE, considerando perfis diários/semanaios típicos para as cargas e as gerações das fontes intermitentes.

Portanto, o acoplamento do DESSEM com o modelo NEWAVE é composto de dois processos importantes, que é descrito de forma mais ampla em 4, 5.

Conversão dos dados do NEWAVE para o DESSEM

A partir do subproblema para uma série s e período t, do NEWAVE, constrói-se um subproblema com discretização horária e horizonte diário ou semanal, a partir da desagregação dos armazenamentos nos reservatórios equivalentes (caso seja um período a reservatórios equivalentes de energia no NEWAVE (REE)) em volume individualizados para as usinas.

Pode-se perfilar também, ao longo das horas do dia e da semana, os valores médios mensais da carga e gerações das fontes intermitentes e pequenas com base em perfis típicos e/ou fatores horários.

Este processo é ilustrado a seguir.

Realização de simulações horárias com o DESSEM para várias séries / períodos

O processo descrito na seção anterior pode ser reproduzido para um conjunto grande de séries do NEWAVE (históricas ou sintéticas) e para os subproblemas de diversos períodos ao longo do horizonte de planejamento do NEWAVE. Com isso, pode-se realizar simulações horárias (cronológicas ou para um dia/semana típico por mês) de forma a avaliar o comportamento, em base horária, da política de operação calculada pelo NEWAVE. O processo geral é ilustrado a seguir:

e o procedimento específico para cada peródo série é mostrado a seguir.