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DESPACHO INTEGRADO DA GERAÇÃO TERMELÉTRICA E DA PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE GÁS NATURAL

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DESPACHO INTEGRADO DA GERAÇÃO TERMELÉTRICA E DA PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE GÁS NATURAL. Oderson Dias de Mello Orientador: Prof. Dr. Takaaki Ohishi Departamento de Engenharia de Sistemas (DENSIS) Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC)

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despacho integrado da gera o termel trica e da produ o e transmiss o de g s natural

DESPACHO INTEGRADO DA GERAÇÃO TERMELÉTRICA E DA PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE GÁS NATURAL

Oderson Dias de Mello

Orientador: Prof. Dr. Takaaki Ohishi

Departamento de Engenharia de Sistemas (DENSIS)

Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC)

Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

Banca Examinadora

Dr. Akebo Yamakami Departamento de Telemática/FEEC/UNICAMP

Dr. Marcelo Augusto Cicogna HYDROLAB Engenharia e Consultoria

Dr. Raul Vinhas Ribeiro DENSIS/FEEC/UNICAMP

Dr. Secundino Soares Filho DENSIS/FEEC/UNICAMP

Dr. Takaaki Ohishi DENSIS/FEEC/UNICAMP

Dr. Wagner da Silva Lima Escola de Engenharia Elétrica e de Computação

Universidade Federal de Goiás

ndice
ÍNDICE
  • O Gás Natural.
  • As Usinas Termelétricas.
  • O Modelo Integrado de Despacho.
  • A Metodologia de Solução.
  • Estudo de Caso.
  • O Modelo de Maximização da Geração.
  • Estudo de Caso.
  • Trabalhos Futuros.
caracter stica dos reservat rios de g s
Característica dos Reservatórios de Gás:

Gás Natural

Combustível fóssil encontrado em rochas porosas no subsolo.

vantagens do g s natural

Emissão de Dióxido de Carbono - CO2

Fonte: Gas World International - Petroleum Economist

Vantagens do Gás Natural
  • Impacto no meio ambiente.
vantagens do g s natural1

Fonte: Gas World International - Petroleum Economist

Emissão de Dióxido de Enxofre e Óxidos de Nitrogênio - SO2 / NOx

Vantagens do Gás Natural
  • Impacto no meio ambiente.
vantagens do g s natural2

Emissão de Hidrocarbonetos Não Queimados, Monóxido de Carbono (CO) e Particulados.

Fonte: Gas World International - Petroleum Economist

Vantagens do Gás Natural
  • É o combustível fóssil mais limpo.
diversifica o da origem
Diversificação da Origem

Reservas provadas de gás natural em 31/12/2003 (trilhões de m3):

vantagens do g s natural3
Vantagens do Gás Natural
  • Fonte de energia relativamente abundante.
  • Disponibilidade em expansão.
  • Bom nível de independência das distâncias, dos meios de transporte e das vulnerabilidades geopolíticas.
  • Canalizado, elimina a estocagem.
vantagens do g s natural4
Vantagens do Gás Natural
  • Não é tóxico.
  • Rápida dispersão em caso de vazamento.
  • Faixa estreita entre os limites de inflamabilidade inferior e superior (5% - 15%).
  • Não explosividade.
  • Não é corrosivo.
    • Posterga os investimentos com troca de equipamentos.
    • Reduz os custos de manutenção.
o g s natural no brasil
O Gás Natural no Brasil
  • Reservas totais estimadas: 657 bilhões m3.
  • Produção: 50 milhões m3/dia.
  • Importação: Bolívia (97,8%) e Argentina (2,2%).

Fontes: Agência Nacional do Petróleo, Ministério de Minas e Energia e Petrobras.

o g s natural no brasil1

Perfil do mercado

Residencial

GNV

Comercial

Industrial

Geração

O Gás Natural no Brasil
  • Na matriz energética: 9% (meta de 12% em 2010). Média mundial: 20%.
  • 2015:
    • Na matriz: 15%.
    • Produção: 100 milhões m3/dia.

Fontes: Agência Nacional do Petróleo, Ministério de Minas e Energia e Petrobras.

gasodutos
Gasodutos
  • Capacidade de transporte de 71,1 milhões m3/dia (5.407 km).
  • GASBOL:
    • Brasil: 2593 km
    • Total: 3150 km
  • Gasene: 1215 km
  • Gasoduto Venezuela/Brasil/Argentina.
    • 10000 km
    • US$ 17 – 25 bilhões
termel trica de ciclo combinado
Termelétrica de Ciclo Combinado

Caldeira de recuperação de calor

gera o termel trica transmiss o de g s
Geração TermelétricaTransmissão de Gás

Sistema de Transmissão de Gás Natural

  • Manutenção
  • Sobrecarga

— linhas de influência

  • Consumo de gás

Operação do Sistema Termelétrico

formula o matem tica
Formulação Matemática

Legenda:

  • ci(): custo de geração na i-ésima termelétrica;
  • bn(): custo de produção/importação na n-ésima fonte;
  • tij(): custo de transporte no gasoduto ij;
  • gi: potência gerada na i-ésima termelétrica;
  • wn: quantidade produzida e/ou importada de gás natural na n-ésima fonte;
  • yij: fluxo de gás natural no gasoduto que liga o nó i ao nó j;
  • : quantidade de gás natural no i-ésimo nó utilizado para geração de energia elétrica e para outros fins, respectivamente;
  • pk : pressão no nó k;
  • d: demanda de carga elétrica (MW);
  • : constante que depende da composição do gás natural e do comprimento, diâmetro e rugosidade do ramo da rede de gasodutos.
  • D, DP, DA: conjuntos de todos os gasodutos, gasodutos passivos e gasodutos ativos, respectivamente;
  • F, C: conjunto de nós produtores e/ou importadores e conjunto de nós consumidores, respectivamente;
  • T: conjunto de termelétricas;
  • N: conjunto de todos os nós (fontes, consumidores e de passagem).

PROBLEMA NÃO-LINEAR

slide18

Percorre-se a rede a partir de uma extremidade, verificando se as pressões para o fluxo encontrado em cada ramo são factíveis.

Solução do problema linear..

PFCM

Simulador

Atualização do problema linear.

Solução é factível?

Sim

FIM

Formulação do problema.

Não

No primeiro ramo em que uma restrição de pressão não é satisfeita, limita-se o fluxo para que ela seja satisfeita. Acrescenta-se esse limitante ao problema linear.

INÍCIO

slide19

MG

9

8

3

7

10

RJ

6

1

5

4

SP

2

slide20

9

1,0

1,0

1,0

8

1,0

1,0

1,0

5,4

2,3

6,9

3

0,0

4,4

5,9

7

10

0,3

6,2

1,8

6

2,3

6,7

0,8

6,7

5,0

5,0

1

5

2,7

4,2

0,0

Demanda: 2381,4 MW

4

2,9

1,5

0,0

2

slide21

MG

9

8

3

7

10

RJ

6

1

5

4

SP

2

slide22

9

8

3

7

10

6

1

5

4

2

200

Solução Final

200

Custo Total: $77,10

Custo Total: $78,10

Despacho Inicial

10,0

10,0

0

0

213

275

350

350

10,0

10,0

38,2

43,1

162

100

25,6

20,7

0,0

-1,8

8,1

10,0

14,9

3,2

368

368

-6,8

-6,8

11,6

11,6

slide25

MG

9

8

3

7

10

RJ

6

1

5

4

SP

2

slide26

9

8

3

7

10

6

1

5

4

2

Solução Final

Terceiro Despacho

Geração Total: 807.8 MW

Geração Total: 787.7 MW

Segundo Despacho

116.8

225.6

191.2

116.8

Geração Total: 879.5 MW

Geração Total: 1157.4 MW

Despacho Inicial

11.3

5.8

5.8

9.6

87

87

87

87

273.4

117.6

192.3

117.6

13.9

10.2

15.6

10.2

118.4

118.4

273.8

192.9

22.0

22.0

22.0

22.0

0.0

0.0

274.4

192.9

8.3

12.3

16.1

16.1

11.2

21.0

0.0

0.0

34.7

16.2

17.2

20.8

0.0

34.7

20.8

0.0

347.9

23.1

368.0

23.1

-17.2

0.0

0.0

-16.2

1.2

1.2

1.2

1.2

conclus es
Conclusões
  • A metodologia proposta integra adequadamente as operações do sistema de gás natural e de geração termelétrica.
  • A decomposição do problema em Modelo de Despacho e Simulador é eficiente.
  • A representação adotada para o sistema de gasodutos é adequada.
  • Os testes mostram a interação entre as decisões de geração e as restrições operacionais do sistema de gasodutos, evidenciando que uma coordenação melhor da operação das usinas termelétricas, suprimento e transmissão de gás natural pode ser obtida através de um modelo integrado.
trabalhos futuros
Trabalhos Futuros
  • Melhoria nos dados da rede de gasodutos.
    • Exemplo: faixas operacionais de pressão.
  • Modelagem mais detalhada das usinas termelétricas de ciclo combinado com respeito às configurações e tipos de combustíveis.
  • Trabalhar com os compressores.
trabalhos futuros1
Trabalhos Futuros
  • Considerar de forma mais efetiva as demandas de gás natural para outros fins que não a geração termelétrica.
    • Indústria.
    • Mercado Secundário de Gás (Lei do Gás).
  • Estudo de casos com a rede completa de gasodutos e termelétricas brasileiras.
  • Junção da metodologia apresentada com o planejamento energético do Sistema Interligado Nacional (SI).
despacho integrado da gera o termel trica e da produ o e transmiss o de g s natural1

DESPACHO INTEGRADO DA GERAÇÃO TERMELÉTRICA E DA PRODUÇÃO E TRANSMISSÃO DE GÁS NATURAL

Oderson Dias de Mello

Orientador: Prof. Dr. Takaaki Ohishi

Departamento de Engenharia de Sistemas (DENSIS)

Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC)

Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP)

Banca Examinadora

Dr. Akebo Yamakami Departamento de Telemática/FEEC/UNICAMP

Dr. Marcelo Augusto Cicogna HYDROLAB Engenharia e Consultoria

Dr. Raul Vinhas Ribeiro DENSIS/FEEC/UNICAMP

Dr. Secundino Soares Filho DENSIS/FEEC/UNICAMP

Dr. Takaaki Ohishi DENSIS/FEEC/UNICAMP

Dr. Wagner da Silva Lima Escola de Engenharia Elétrica e de Computação

Universidade Federal de Goiás