Linhas de Pesquisa¶
As principais linhas de pesquisa e atividades específicas na área energética são:
Planejamento da Operação, Despacho e Formação de Preço de sistemas hidrotermo-eólicos
Planejamento de Expansão e Avaliação energética/ambiental de Novos Projetos de G&T e Avaliação energética/ambiental de Novos Projetos de G&T
Avaliação de aspectos relacionados à transição energética: fontes intermitentes, armazenamento de energia, resposta da demanda e hidrogênio verde
Previsão e Modulação da Carga de curto, médio e longo prazos
secao-tecnicas-computacionais-area-energetica`Técnicas Computacionais Aplicadas à Área Energética
A seguir, apresenta-se um resumo dos programas/modelos computacionais da área de otimização energética, cuja documentação mais completa é apresentada neste ambiente LIBs.
Planejamento da Operação, Despacho e Formação de Preço¶
Os modelos de otimização energética do CEPEL são utilizados para o planejamento e programação da operação, com horizonte variando de 5 anos a semanas, e com desagregação mensal, semanal e horária. O uso desses modelos de otimização/simulação garante a operação coordenada e ótima do sistema elétrico brasileiro, com o objetivo de minimizar o custo de geração, e considerando medidas de risco para melhor garantir o suprimento de energia.
o modelo NEWAVE é destinado ao planejamento da operação de longo prazo (até 10 anos) e determinação dos valores da água, aplicando o algoritmo de programação dinâmica dual estocástica;
com a política de operação construída pelo NEWAVE, que é representada pelas funções de custo futuro para cada período, podem ser feitas simulações hidrotermoeólicas, seja com o próprio NEWAVE, ou com o modelo SUISHI, que pode simular o sistema com adoção de regras heurísticas e não lineares mais detalhadas;
a política do NEWAVE também alimenta o modelo DECOMP, que refina essa política, otimizando a operação no curto prazo, até 1 ano à frente, com discretização semanal ou mensal, aplicando Programação Dinâmica Dual;
o modelo DECOMP se integra, por sua vez, ao modelo DESSEM, que resolve um problema de unit commitment hidrotérmico por programação linear inteira mista, acoplando-se à função de custo futuro construída pelo DECOMP. O DESSEM é utilizado oficialmente desde 2020 para a programação do despacho pelo ONS, e desde 2021 para estabelecimento do preço de energia (PLD) horário, pela CCEE, atuando de forma integrada com os modelos NEWAVE e DECOMP;
a incerteza no regime hidrológico e de ventos é considerada no modelo GEVAZP, que gera cenários conjuntos de vazão e ventos para os modelos NEWAVE, SUISHI e DECOMP, considerando a correlação espacial entre essas variáveis;
o sistema PREVIVAZ utiliza técnicas estatísticas com informação de chuva para a previsão de vazões diárias para o DESSEM, e semanais para o DECOMP;
com o sistema CHEIAS, fazem-se estudos de prevenção e controle de cheias, enviando restrições referentes a volumes de espera para os modelos NEWAVE, DECOMP e DESSEM;
para a previsão de carga, são utilizados os modelos PrevCargaPMO, para previsão de carga para o modelo DECOMP, e PrevCargaDESSEM, para previsão de carga para o modelo DESSEM.
Ressalta-se que simulações individualizadas para o planejamento da expansão e operação do sistema - com o mesmo horizonte de planejamento adotado no cálculo da política do NEWAVE - podem ser realizadas de duas formas, utilizando-se as funções de custo futuro calculadas pelo NEWAVE:
através da simulação final individualizada no próprio modelo NEWAVE, ao longo de todo o horizonte de modelo, disponível no modelo a partir de Junho/2022.
através do módulo de simulação hidrotérmica do SUISHI, que considera de forma explícita as não linearidades e regras operativas dos reservatórios;
Estas simulações permitem não só a avaliação das condições de suprimento de energia no futuro pelas instituições, mas para os agentes avaliarem o desempenho de seus ativos de geração e transmissão, tanto existentes como futuros, e prospectarem o preço de energia
Planejamento de Expansão e Avaliação energética/ambiental de Novos Projetos de G&T¶
São desenvolvidas metodologias para consideração das dimensões energética e socioambientais nas diversas etapas do processo de planejamento da expansão da geração e transmissão de energia elétrica. Estudos de inventários de bacias hidrográficas podem ser realizados com o modelo SINV, para aprimoramento do processo de tomada de decisão da melhor alternativa através de métodos multicritério, e é a ferramenta oficial para realização de inventários utilizando o conceito de avaliação ambiental integrada e seguindo as regras do Manual de Inventário Hidroelétrico de Bacias Hidrográficas.
Em seguida, estudos integrados de planejamento de longo prazo da expansão da geração elétrica e de gás natural ou de todo sistema energético brasileiro podem ser realizados através dos modelos MELP e MATRIZ, respectivamente. O objetivo de tais estudos é estabelecer uma estratégia de expansão de usinas geradoras e interligações para o sistema elétrico, levando-se em consideração as interdependências com as outras cadeias energéticas de forma econômica e aspectos de confiabilidade e ambientais.
Os resultados das simulações destes modelos podem fornecer importantes subsídios/condicionantes para o planejamento da expansão de médio e curto prazos realizados através dos modelos NEWAVE e SUISHI, de modo a obter-se a um programa de obras de referência, que visa à implantação de novos projetos de geração e transmissão, contratados por meio de leilões públicos. Com estes modelos calcula-se também a garantia física das usinas hidrelétricas e termoelétricas.
A avaliação da garantia física atual e os impactos das novas fontes intermitentes de energia na garantia física das usinas no futuro é de suma importância para as empresas de geração, pois é um balizador para o estabelecimento dos contratos futuros de venda de energia.
Comercialização de Energia¶
No âmbito do sistema ECOMERC, são estudados aspectos relacionados à comercialização de energia elétrica, que envolve a utilização de todos os modelos para planejamento e formação de preço do SIN, e apresenta três módulos:
PLDPro: Prospecção de Preços de Energia;
SAZOPT: Sazonalização da Garantia Física;
MOP: Otimização de Portfólios
Análise Financeira de Projetos¶
O DEA também desenvolve modelos para subsidiar a tomada de decisão de investimentos em projetos de geração e transmissão de energia. A principal ferramenta para a análise financeira e de riscos é o modelo ANAFIN, que apoia decisões de investimento das empresas, lidando com incertezas inerentes a cada projeto desenvolvido.
Integração direta entre modelos de longo e curtíssimo prazos¶
Um aspecto fundamental é a integração direta do modelo de programação diária, DESSEM, com os modelos de planejamento da expansão, MELP, e planejamento da operação, NEWAVE. Isso permite que esses modelos consigam enxergar uma granularidade temporal detalhada nas decisões de expansão e na simulação da política de operação, o que é essencial na avaliação dos efeitos, na operação das fontes de energia tradicionais, da forte penetração das novas fontes renováveis de energia, como a geração eólica, solar, e geração distribuída(MMGD), assim como avaliar os impactos da grande incerteza e variabilidade horária dessas fontes.
Com essa integração entre os modelos, é possível avaliar também os benefícios da introdução, nos sistemas elétricos, de diversos elementos que compõem a transição energética, como usinas reversíveis, armazenamento de energia, resposta da demanda, e até a possibilidade de utilizar eventuais excessos de geração para produção de hidrogênio verde, que podem ser modelados como cargas adicionais no sistema.
Esta integração tem não só uma função institucional, para uso pela EPE para avaliação dos impactos das novas fontes de geração na operação e preços da programação diária da operação, como pelos agentes do setor elétrico, para avaliarem o desempenho futuro de seus ativos em base horária, neste cenário de transição energética que estamos vivendo.
Cenários de Produção Eólica¶
O CEPEL desenvolve ainda modelos para previsão probabilístca de geração eólica, em intervalos horários, com horizonte de até 1 semana, com o modelo VENTOS. Além da previsão em si, o modelo pode fornecer quantis da distribuição da geração eólica.
Com estes cenários de produção eólica é possível realizar uma série de estudos, tais como:
simular curvas de PLD horário, para diferentes curvas de geração dos parques eólicos;
realizar estudos integrados da expansão (MATRIZ, MELP) ou planejamento da operação (NEWAVE) integrando-se com o modelo DESSEM, considerando várias curvas de geração eólica futuros para este último.
Análises de Confiabilidade¶
Análises de confiabilidade de sistemas hidrotermo-eólicos podem ser realizadas utilizando o modelo CONFINT.
Com estas análises de confiabilidade, pode verificar a adequação/confiabilidade do suprimento de energia do ponto de vista espacial, considerando falhas dos geradores e dos grandes troncos de transmissão.
Hidrologia Estocástica e Recursos Hídricos¶
Para essas atividades, são utilizados também: modelos para geração de cenários sintéticos de energia e vazões (GEVAZP) para os modelos NEWAVE e DECOMP, modelo de previsão de vazões (PREVIVAZ) e de controle de cheias (SPEC/OPCHEN)) para as usinas hidrelétricas e reservatórios para os modelos DECOMP e DESSEM.
Estes cenários são essenciais para realizar de forma adequada:
prospecção de preços de energia para o curto, médio e longo prazos;
estudos de verificação do impacto, no longo prazo, de incorporação de novas fontes intermitentes, considerando a incerteza em sua geração de forma conjunta com a incerteza hidrológica.
realizar o planejamento adequado da expansão e operação do sistema.
Previsão e Modulação da Carga¶
A previsão de carga semanal/mensal para o modelo DECOMP é feita oficialmente utilizando a ferramenta PrevCargaPMO, e encontra-se atualmente em validação, para previsão de carga semi-horária para o DESSEM, a ferramenta PrevCargaDESSEM, desenvolvida em conjunto com o ONS. A ferramenta MODCAR é utilizada para determinar curvas de duração de carga (patamares) para os modelos NEWAVE e DECOMP.
A previsão da carga é essencial para que se tenham dados adequados para os modelos de otimização energética, que são empregados em vários processos e estudos tanto pelas instituições do setor elétrico, como pelos agentes.
Técnicas Computacionais aplicados à área Energética¶
Os modelos de otimização empregam técnicas de processamento distribuído em suas formulações, computação de alto desempenho, disponíveis no laboratório LABCIN e podem ser utilizadas em ambiente de nuvem. Com isso, obtêm-se benefícios de redução dos tempos de processamento e possibilidades de modelagens mais precisas de componentes, até então representados de forma menos detalhada. Estão sendo desenvolvidos também, no âmbito do projeto Libs, algoritmos e facilidades computacionais para a programação, interface e integração dos programas da área energética, em um novo ambiente computacional que permitirá a unificação dos dados de entrada e saída dos modelos e seu uso por meio de uma interface gráfica Web.
O CEPEL também está realizando uma parceria com a Google para permitir, no futuro próximo, a disponibilização do serviço de execução dos modelos de otimização energética na nuvem, usando o Google Cloud.