O segmento da geração, desde a reforma do setor elétrico peruano em 1992 mediante a LCE, foi concebido com o objetivo de gerar competição em termos de mercado, por meio da busca da otimização dos custos de despacho e geração de energia elétrica.
A operação do SEIN tem como principais objetivos minimizar os custos de operação, manutenção e racionamento, mantendo os fluxos de potência elétrica pelas linhas e transformadores, bem como as tensões no sistema dentro de seus limites operativos através do operador do sistema (COES).
A característica mais importante na operação dos sistemas hidrotérmicos é a gestão da energia hídrica armazenada nos reservatórios do sistema, buscando evitar assim gastos de combustível com a geração térmica.
Embora a água armazenada não tenha um preço direto, a disponibilidade desta energia gratuita está restrita pela capacidade de armazenagem dos reservatórios e pela incerteza dos volumes afluentes ao sistema, gerando então uma dependência entre a decisão operativa presente e os custos operativos futuros. Em outras palavras se forem utilizadas as reservas de água para evitar custos com geração térmica no presente, e no futuro houver uma seca, os custos por racionamento serão muito elevados. Se por outro lado, a água for armazenada, o uso de geração térmica no presente seria maior e caso ocorra uma afluência futura elevada, haverá vertimento de água nos reservatórios com consequente desperdício de energia, assim um aumento dos custos operativos seria inevitável, (OSINERG,
2006a). Este “dilema” vivido pelo operador está ilustrado na figura 45 a seguir.
Figura 45 – Processo de decisão em sistemas hidrotérmicos. __________________
Fonte: (OSINERG, 2006a).
Devido às incertezas associadas à disponibilidade futura de vazões afluentes e a demanda a ser atendida, o problema de planejamento é classificado como estocástico. Como as funções de custo de operação das usinas termelétricas e as funções de produção das usinas hidrelétricas são não-lineares, o problema é também caracterizado como não-linear. Como as decisões envolvem um grande número de variáveis associadas aos vários reservatórios e os diversos intervalos do horizonte de planejamento, o problema é de grande porte.
Por outro lado, como o valor de geração hidrelétrica é expresso de forma indireta em função da economia de combustível proporcionada pela diminuição no despacho das fontes termelétricas, o problema é considerado não separável.
Resumindo, encontrar a melhor política de operação de um sistema hidrotérmico consiste na solução de um problema dinâmico, estocástico, não-linear, de grande porte e não separável. A melhor solução corresponde ao estabelecimento do equilíbrio entre o benefício presente do uso da água e o benefício futuro de seu armazenamento.
Devido às características citadas anteriormente, em um sistema hidrotérmico, deve se equilibrar o beneficio imediato do uso da água, dado pela função de custo imediato, com o beneficio futuro de seu armazenamento, dado pela função de custo futuro, como é mostrado na figura 46.
Figura 46 – Custos associados à operação dos reservatórios.
Ao afirmar que a principal característica do planejamento da operação de um sistema hidrotérmico é garantir, de forma econômica e confiável, o suprimento da demanda prevista no horizonte de planejamento, confirma-se que o objetivo macroeconômico é minimizar os custos de combustível nas usinas termelétricas (gás natural, óleo, carvão, etc.) e evitar o custo de racionamento do sistema.
A estratégia de operação de mínimo custo do SEIN peruano é usualmente calculada por um processo de otimização chamado de Programação Dinâmica Estocástica (PDE). Embora os detalhes computacionais da PDE sejam bastante complexos, seu produto final é basicamente uma tabela com os valores do
Custo Marginal de Operação (CMO), que indica a variação futura dos custos de operação do sistema, em função do armazenamento dos reservatórios e da tendência hidrológica.
Em geral a análise do planejamento da operação do SEIN em curto, médio e longo prazo tem como objetivo determinar os despachos de geração a mínimo custo, os custos marginais, as restrições no sistema de transmissão e no fornecimento de gás natural, bem como, os possíveis racionamentos que são levados em conta na programação da operação do sistema.
A programação da operação busca aperfeiçoar a utilização dos recursos energéticos disponíveis para atender a demanda de eletricidade ao mínimo custo, cumprindo com requisitos de segurança e qualidade, como foi mencionado anteriormente.
A programação da operação do SEIN é realizada mediante o uso do modelo e ferramenta de otimização PERSEO42 (Planejamento Estocástico com Restrições em Sistemas Elétricos), que é um modelo de simulação de despacho hidrotérmico, estocástico, multi-nodal, de multi-cénario e de multi-reservatório.
O modelo PERSEO foi concebido com o objetivo de resolver o problema do planejamento da operação do SEIN, simulando o planejamento da operação com suficiente precisão, levando em conta as características operativas das usinas hidrelétricas e termelétricas; isto é, a busca de um plano otimizado que minimize o custo total de operação do SEIN em estágios mensais. Através do despacho otimizado obtêm-se os custos marginais adequados em cada barra do sistema elétrico, que finalmente se utilizam na formação da estrutura de preços e tarifas do sistema, (CTE, 2000).
A utilização prática do modelo de otimização requer definições prévias em relação a quatro fatores fundamentais: previsão da demanda, expansão do sistema (parque gerador e linhas de transmissão), custos variáveis da geração térmica e custos correspondentes a eventual racionamento futuro.
São considerados também, além da análise energética, os parâmetros elétricos das instalações de geração e transmissão, bem como, informações relacionadas com as simulações de fluxos de carga, estudos de curto circuito e estudos de comportamento dinâmico. Além disso, geralmente, na análise elétrica de
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Modelo de otimização utilizado pelo COES na programação da operação do SEIN em curto, médio e longo prazo.
curto prazo, determinam-se as restrições nas linhas de transmissão e principais transformadores do SEIN; identificam-se os problemas de queda de tensão e requisitos de compensação reativa, assim como os níveis de curto circuito e problemas de segurança do SEIN, através de estudos realizados pelo COES mediante o uso de modelos ou programas de simulação como o Power Factory de Digisilent.
A programação da operação do SEIN supõe a coordenação e aprovação de programas de despacho das unidades do sistema considerando custos variáveis e restrições operativas de geradores termelétricos, as características e restrições próprias de sistemas hidrelétricos e da rede elétrica, bem como, a programação da manutenção das unidades, linhas de transmissão e equipamentos necessários na operação ótima do sistema.
A programação da operação do SEIN considera diferentes horizontes temporais: longo prazo, para períodos maiores que um ano; médio prazo, para períodos anuais e mensais; e curto prazo para períodos semanais e diários, bem como a reprogramação em tempo real. A sequência da programação da operação do SEIN é descrita no quadro 11, a seguir.
A regulamentação do setor, mediante a LCE, estabelece que o despacho econômico das usinas seja ordenado pelo mérito em função do menor custo variável de geração. As usinas hidrelétricas geram energia na base da carga por serem as mais baratas do SEIN. Nesta ordenação participam outras tecnologias como as usinas termelétricas a gás natural em ciclo combinado e simples, carvão e óleo combustível, tendo cada tecnologia uma eficiência relativa variável. No entanto, as menos eficientes e mais caras como as usinas termelétricas a diesel são dispostas ao final da curva de carga, ou mantidas como reserva.