Conceituação Geral

A demanda por energia elétrica a ser atendida por cada subsistema/submercado é representada em valores médios para cada período do horizonte de estudo de determinado modelo. Para representar as variações da demanda que podem ocorrer ao longo do intervalo de um período, os períodos com discretização mais longa (ex: semanal, mensal) a carga deve ser fornecida para cada um dos Patamares de Carga em que os períodos são subdivididos, por meio de seus valores de profundidades e durações informados aos modelos.

Referências

Cargas Convencionais (Inflexíveis)

As cargas convencionais, ou cargas inflexíveis, são todas aquelas que devem ser atendidas de forma mandatória, ou seja, sempre que houver geração disponível. Entretanto, caso não haja potência ou energia suficiente para o seu atendimento, ocorre o que chamamos de “déficit” ou “corte de carga”, para os quais são atribuídos custos elevados de corte de carga.

Cargas/Ofertas adicionais

Correspondem a cargas adicionais, também consideradas como inflexíveis, que são fornecidas em separado à carga total do submercado . Estas cargas também são consideradas como inflexíveis – ou seja, acrescidas à demanda do submercado e patamar correspondente – e, se forem fornecidas com valor negativo, representam ofertas adicionais, também consideradas como inflexíveis e que são abatidas diretamente da carga/submercado correspondente.

Referências

Cortes de Carga (Déficit)

O corte de carga de energia (déficit) corresponde ao não atendimento à carga de determinado submercado, seja por falta de potência, energia, ou devido a custos marginais de operação muito elevados que sejam superiores aos custos estabelecidos para o corte de carga. Estes, custos, definidos pelo usuário, correspondem a um valor a ser “pago” pelo modelo por não atender determinada parcela da carga do sistema. Este custo é unitário, ou seja, aplicado a cada nova unidade de carga cortada, e seu valor pode ser constante (toda a carga cortada possui o mesmo custo) ou crescente com o montante de carga cortada. Neste segundo caso, as primeiras unidades de carga cortadas são mais “baratas” e, a medida em que o corte de carga aumenta, os próximos cortes tornam-se mais caros.

Caso se deseje onerar cortes de carga com muita profundidade, considera-se uma curva linear por partes para a função de custo de não atendimento à carga (déficit de energia). A figura mostra um exemplo dessa curva com três níveis ou patamares de déficit, com profundidades de 20, 30, e 50%, respectivamente, e custos unitários de R$800,00/MW, R$1200,00/MW e R$1700,00/MW.

Referências

Resposta da demanda

A resposta da demanda, também conhecida como cargas flexíveis, é um artifício que tem crescido de forma marcante nos sistemas elétricos atuais, e corresponde à possibilidade de remunerar determinada carga caso esta não seja atendida. Ou seja, define-se um preço “teto”, a partir do qual a carga passa a não ser atendida pelo sistema, e o consumidor é remunerado pelo montante de carga cortada, com base neste valor.

Apesar de a resposta da demanda não ser representada ainda de forma explícita nos dados de entrada, esta pode ser emulada através da inclusão de usinas térmicas fictícias, com custo de operação (CVU) correspondente ao preço teto estabelecido para que a carga seja cortada. Desta forma, o montante de despacho dessa usina térmica representa o volume de corte de carga ocorrido. Curvas lineares por parte para a resposta da demanda também podem ser emuladas, incluindo diversas usinas térmicas, cuja capacidade e custo correspondem ao comprimento e inclinação de cada segmento. Um estudo de aplicação de resposta da demanda a partir de usinas térmicas fictícias, em casos reais com o modelo DESSEM, é apresentado em 1, 2.

Referências

1

R. Santos, A. L. Diniz, and B. Borba. Assessment of the modeling of demand response as a dispatchable resource in day-ahead hydrothermal unit commitment problems: the brazilian case. Energies, pages 3928, 2022. doi:https://doi.org/10.3390/en15113928.

2

G. M. Longhi. Resposta da demanda com deslocamento de carga na programação diária da operação: aplicação ao sistema elétrico brasileiro. Master’s thesis, Dissertação de Mestrado - Departamento de Engenharia Elétrica, Universidade Federal do Rio de Janeiro, 2022.

Atendimento à Demanda

Balanço de carga por submercado

O atendimento à demanda é a restrição central do problema de planejamento ou operação hidrotérmica, visto que o objetivo principal é suprir a carga dos consumidores. Considera-se uma restrição de atendimento à demanda para cada um dos Submercados, em cada intervalo de tempo, cenário 3 e patamar de carga (quando aplicável).

Nesta restrição são consideradas as gerações de todos os componentes do sistema – usinas hidrelétricas, térmicas, eólicas e geração de pequenas usinas, além de Cargas/Ofertas adicionais, que atuam aumentando ou diminuindo, respectivamente, o requisito de geração do sistema. Devido à interconexão elétrica entre os submercados, consideram-se os Intercâmbios no balanço de carga de cada submercado, incluindo as Perdas nos intercâmbios e pode-se empregar também fatores de perdas para considerar, de forma implícita, as perdas dentro de cada submercado. Perdas dentro de cada submercado.

Consideram-se também no atendimento à demanda eventuais Cortes de Carga (Déficit) decididos pelo modelo, assim como abatimentos obrigatórios de carga em virtude da submotorização das usinas hidrelétricas e geração mínima compulsória das usinas térmicas.

Patamares de carga

Nos modelos/períodos onde se considera uma discretização semanal/mensal, consideram-se patamares de carga para a representação da variação temporal da carga ao longo do período (vide seção Patamares de Carga). Neste caso, as restrições de atendimento à demanda são replicados por cada patamar de carga.

As usinas hidrelétricas podem estar dispostas em sequência, ao longo do curso dos rios, conforme descrito na seção Topologia Hidráulica.

Discretização temporal flexível

Em modelos onde se considera uma discretização temporal totalmente flexível, que pode englobar diferentes múltiplos de meia-hora (o que chamamos nesse documento de patamares cronológicos, o usuário pode informar a carga em qualquer escala temporal (meia-hora, horária, etc.) ou diretamente, para cada patamar cronológico definido 4 . A partir desta curva, o modelo irá calcular de forma automática a carga referente a cada um dos patamares cronológicos, fazendo-se a media dos intervalos de tempo compreendidos no período

Períodos com rede elétrica

Considera-se uma restrição de atendimento à demanda por submercado, para cada intervalo de tempo, não só para os períodos sem rede elétrica, mas também para os períodos com rede elétrica, onde já se tem as equações de atendimento à demanda por barra.

Neste segundo caso, a vantagem dessas restrições é já obter um ponto de operação razoável, em relação à distribuição das gerações ao longo do sistema, nas primeiras iterações do processo iterativo de consideração das restrições de limite de fluxo na rede.

Para a modelagem das restrições de atendimento à demanda pos submercado calcula-se a carga total do submercado \(k\) no período \(k\) e patamar de carga (quando aplicável) \(p\) como a soma das cargas no conjunto em todas as barras que pertencem ao submercado \(i\), definidas pelo conjunto \(\Omega_{sb_k}\):

\(D_k^t = \sum_{i \in \Omega_{sb_k}}^{} d_i^t\)

Tratamento para modelagem por reservatórios equivalentes de energia

No caso específico da modelagem de reservatórios equivalentes de energia (REE) 5, alguns termos adicionais devem ser considerados para levar em consideração as energias a fio d´água ou controlável e o acoplamento hidráulico entre REEs.

Notas de Rodapé

3

para os períodos/modelos onde se considera mais de um cenário por intervalo de tempo.

4

este é o caso do modelo DESSEM, onde se representa uma discretização temporal de meia hora para o primeiro dia e em patamares cronológicos de duração variável para os demais dias.

5

esta modelagem é empregada no modelo NEWAVE, nos períodos de tempo onde não se utiliza a modelagem individualizada.