Características Gerais do problema

O problema de planejamento hidrotérmico-eólico de sistemas de grande porte como o brasileiro possui uma série de características, relacionadas a seguir:

  • é essencialmente estocástico, devido à grande incerteza na vazão afluente às usinas hidrelétricas, principalmnete no médio e longo prazos, além da incerteza na geração nas fontes não despacháveis, como as usinas eólicas e solares, principalmente no curto prazo;

  • possui forte acoplamento temporal, visto que a decisão de geração das usinas hidrelétricas no presente impacta sua operação no futuro, devido à regularização pluri-anual dos reservatórios;

  • possui forte acoplamento espacial entre os componentes do sistema, visto que a geração das diversas usinas deve ser coordenada para atendimento à demanda de energia de forma instantânea, já que energia não pode ser armazenada em grande escala. Além disso, os reservatórios estão dispostos em longas cascatas ao longo dos rios, o que faz com que as usinas de jusante tenham sua operação afetada pelas usinas de montante;

  • é não linear e não convexo, devido a algumas características intrínsecas dos componentes do sistema e das restrições, como por exemplo a Função de Produção Hidrelétrica, as restrições de Unit Commitment Térmico (UCT) e restrições de segurança da rede elétrica;

  • é de grande porte, devido ao elevado número de usinas hidrelétricas, usinas térmicas e componentes do sistema de transmissão (barras e linhas de transmissão);

Além dessas características, destaca-se ainda que a existência de interligações com subsistemas vizinhos contribui significativamente para a eficiência operacional. A conexão entre subsistemas permite reduzir custos de operação por meio do intercâmbio de energia e aumentar a confiabilidade do suprimento através da repartição de reservas.

Nos sistemas puramente térmicos, os custos de combustível oferecem um mecanismo natural de coordenação entre subsistemas interligados. Assim, para um sistema formado por 2 subsistemas, se a térmica marginal do subsistema A possui custo de US$ 45/MWh e a do subsistema B custa US$ 40/MWh, é intuitivo que o despacho ótimo envolve o subsistema A importar energia de B. O intercâmbio, baseado apenas nos custos marginais das unidades térmicas, leva à minimização global do custo de operação, produzindo resultados equivalentes aos que seriam obtidos caso ambos fossem operados como um único sistema. Importante notar que essa coordenação ocorre sem necessidade de compartilhamento de informações internas ou comerciais, já que depende unicamente dos custos marginais.

Por outro lado, nos sistemas hidrotérmicos, a coordenação entre subsistemas é substancialmente mais complexa. É necessário determinar o valor da energia hidrelétrica, entendido como o valor da geração térmica que ela pode substituir no presente ou no futuro. Esse valor — o chamado valor da água — é obtido no processo de determinação da política hidrotérmica ótima. Por essa razão, uma hidrelétrica pode ser representada analogamente a uma “térmica”, cujo “custo marginal de operação” corresponde ao valor da água.

Entretanto, esse valor não pode ser calculado isoladamente para cada usina ou cada empresa, pois depende da operação conjunta do sistema como um todo. Caso cada subsistema determine sua política hidrotérmica de maneira autônoma, os intercâmbios posteriores baseados nos valores da água locais não levarão à operação minimamente custosa do sistema interligado.

Em síntese, para capturar plenamente os ganhos operativos de um sistema hidrotérmico interligado, é indispensável que sua operação seja integrada, isto é, otimizada de forma conjunta, com o objetivo de minimizar o custo global de operação, respeitando as interações hidrológicas, espaciais e temporais do sistema.

Diversas referências podem ser consultadas para se obter uma descrição mais detalhadas das características do problema de planejamento hidrotérmico e formação de preços nos sistemas de energia elétrica, com foco no sistema brasileiro, como por exemplo 1, 2, 3, 4.

Referências

1

L. A. M. Fortunato, T. A. A. Neto, J. C. R. Albuquerque, and M. V. F. Pereira. Introdução ao planejamento da expansão e operação de sistemas de produção de energia elétrica. Universidade Federal Fluminense, EDUFF, Niterói, 1990.

2

E. L. Silva. Formação de preços em mercados de energia elétrica. Ed. Sagra Luzatto, 2nd. edition, 2001.

3

A. L. Marcato, B. H. Dias, R. S. Brandi, T. P. Ramos, R. C. Souza, F. C. Oliveira, and P. C. Ferreira. Planejamento da Operação de Sistemas Hidrotérmicos no Brasil. Editora PUC Rio, Rio de Janeiro, 2014.

4

A. Helseth and A. C. G. Melo. Scheduling toolchains in hydro-dominated systems : evolution, current status and future challenges for norway and brazil. Technical Report 2020:00757, SINTEF Energy Research, Maio 2020.