MEN - Mercados de Energia Mestrado em Engenharia Electrotécnica

1. MEN - Mercados de EnergiaMestrado em Engenharia Electrotécnica Gestão de congestionamentos usando o GAMS Jorge Alberto Mendes de Sousa Professor Coordenador Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa

2. Agenda Enquadramento Exemplo de aplicação Programação em GAMS Exercícios

3. Enquadramento Mecanismos para a Gestão de Congestionamentos • O congestionamento é uma situação em que a capacidade de interligação entre duas ou mais redes não permite acomodar todo o fluxo de energia resultante das transacções pretendidas pelos agentes do mercado. • Esta falta de capacidade de interligação tanto pode ser devida à insuficiente capacidade das linhas de interligação, como a limitações ao nível interno de cada uma das redes nacionais. • Para resolver ou mitigar este problema existem diversas formas para a gestão de congestionamento, em ambiente de mercado, normalmente com o objectivo de alocar de forma eficiente a capacidade de interligação existente mantendo a segurança técnica do sistema. • No MIBEL o mecanismo existente para o horizonte diário é o market splitting (separação de mercados) do qual resultam preços diferenciados para a zona portuguesa e para a zona espanhola nas horas de congestionamento.

4. Exemplo de aplicaçãoLicitações e equilíbrio no mercado diário Considere as seguintes licitações de compra e de venda para uma dada hora efectuadas num mercado de energia eléctrica que integra dois sistemas cuja capacidade de interligação é alocada através do mecanismo de marketsplitting: C O M P R A V E N D A Energia Preco Mercado Energia Preco Mercado MWh €/MWhMWh €/MWh c1 600 140 1 v1 300 10 1 c2 300 60 1 v2 200 50 1 c3 200 40 1 v3 450 70 1 c4 800 100 2 v4 400 0 2 c5 500 10 2 v5 600 20 2 v6 100 30 2 v7 350 45 2 Indique o preço de cada mercado para diversos valores de capacidade de interligação, em particular para 250 MW.

5. Programação em GAMS (1/7) * MODELO DE MERCADO para casamento de licitacoes de compra e venda * considerando a existencia de 2 mercados onde o mecanismo de gestao * de congestionamento e o MARKET SPLITTING (separacao de mercados) SETS c indice das licitacoes de compra /c1*c5/ v indice das licitacoes de venda /v1*v7/ ; SCALARS CapInterl capacidade de interligacao entre o pais 1 e 2 /250/ Interl transito de energia na interligacao Fluxo12 transito de energia do mercado 1 para o mercado 2 Fluxo21 transito de energia do mercado 2 para o mercado 1 P1max valor maximo de preco das licitacoes de compra do mercado 1 P2max valor maximo de preco das licitacoes de compra do mercado 2 ;

6. Programação em GAMS (2/7) TABLE COMPRA(c,*) licitacoes de compra ENR PRC PAIS * Energia Preco Pais * (MWh) (€/MWh) (1,2) c1 600 140 1 c2 300 60 1 c3 200 40 1 c4 800 100 2 c5 500 10 2 ; TABLE VENDA(v,*) licitacoes de compra ENR PRC PAIS * Energia Preco Pais * (MWh) (€/MWh) (1,2) v1 300 10 1 v2 200 50 1 v3 450 70 1 v4 400 0 2 v5 600 20 2 v6 100 30 2 v7 350 45 2 ;

7. Programação em GAMS (3/7) VARIABLES W funcao objectivo - bem estar social W1 funcao objectivo - bem estar social do mercado 1 W2 funcao objectivo - bem estar social do mercado 2 Ec(c) potencia casada de cada licitacao de compra Ev(v) potencia casada de cada licitacao de venda ; POSITIVE VARIABLES Ec(c), Ev(v); EQUATIONS BESOCIAL equacao funcao objectivo - bem estar social BESOCIAL_1 equacao funcao objectivo - bem estar social do mercado 1 BESOCIAL_2 equacao funcao objectivo - bem estar social do mercado 2 EMAXCMP(c) equacao de energia maxima das lcitacoes de compra EMAXVND(v) equacao de energia maxima das licitacoes de venda BALANCO equacao de balanco entre a energia casada de compra e venda BALANCO_1 equacao de balanco entre a energia casada de compra e venda do mercado 1 BALANCO_2 equacao de balanco entre a energia casada de compra e venda do mercado 2 ;

8. Programação em GAMS (4/7) BESOCIAL .. W =e= SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')>0), COMPRA(c,'PRC')*Ec(c)) - SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')>0), VENDA(v,'PRC')*Ev(v)) ; EMAXCMP(c) .. Ec(c) =l= COMPRA(c,'ENR') ; EMAXVND(v) .. Ev(v) =l= VENDA(v,'ENR') ; BALANCO .. SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')>0), Ec(c)) =e= SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')>0), Ev(v)) ; BESOCIAL_1 .. W1 =e= SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=1), COMPRA(c,'PRC')*Ec(c)) - SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=1), VENDA(v,'PRC')*Ev(v)) + Interl$(Fluxo12>0)*P1max ; BESOCIAL_2 .. W2 =e= SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=2), COMPRA(c,'PRC')*Ec(c)) - SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=2), VENDA(v,'PRC')*Ev(v)) + Interl$(Fluxo21>0)*P2max ; BALANCO_1 .. SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=1), Ec(c)) + Interl$(Fluxo12>0) =e= SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=1), Ev(v)) + Interl$(Fluxo21>0) ; BALANCO_2 .. SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=2), Ec(c)) + Interl$(Fluxo21>0) =e= SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=2), Ev(v)) + Interl$(Fluxo12>0) ;

9. Programação em GAMS (5/7) MODEL MIntegrado /BESOCIAL, EMAXCMP, EMAXVND, BALANCO/; MODEL Mercado1 /BESOCIAL_1, EMAXCMP, EMAXVND, BALANCO_1/; MODEL Mercado2 /BESOCIAL_2, EMAXCMP, EMAXVND, BALANCO_2/; SCALARS Preco preco de mercado Energia energia casada Preco1 preco do mercado 1 Evenda1 energia de venda casada do mercado 1 Ecompra1 energia de compra casada do mercado 1 Preco2 preco do mercado 2 Evenda2 energia de venda casada do mercado 2 Ecompra2 energia de compra casada do mercado 2 RendaCong renda de congestionamento BES bem estar social ; SOLVE MIntegrado USING LP MAXIMIZING W; DISPLAY Ev.l, Ec.l;

10. Programação em GAMS (6/7) Preco = SMAX(v,sign(Ev.l(v)) * VENDA(v,'PRC')); Energia = SUM(v, Ev.l(v)); P1max = SMAX(c$(COMPRA(c,'PAIS')=1), COMPRA(c,'PRC')); P2max = SMAX(c$(COMPRA(c,'PAIS')=2), COMPRA(c,'PRC')); * Transito de energia do mercado 1 para o 2 igual a energia casada de venda * menos a energia casada de compra no mercado 1 e vice versa para o mercado 2 Fluxo12 = SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=1), Ev.l(v)) - SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=1), Ec.l(c)); Fluxo21 = SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=2), Ev.l(v)) - SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=2), Ec.l(c)); * MARKET SPLITTING: Resolve-se agora a situacao de separacao de mercados Interl = min(abs(Fluxo12),CapInterl);

11. Programação em GAMS (7/7) SOLVE Mercado1 USING LP MAXIMIZING W1; Preco1 = SMAX(v$( VENDA(v,'PAIS')=1),sign(Ev.l(v)) * VENDA(v,'PRC')); Evenda1 = SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=1), Ev.l(v)); Ecompra1 = SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=1), Ec.l(c)); DISPLAY Ev.l, Ec.l; SOLVE Mercado2 USING LP MAXIMIZING W2; Preco2 = SMAX(v$( VENDA(v,'PAIS')=2),sign(Ev.l(v)) * VENDA(v,'PRC')); Evenda2 = SUM(v$( VENDA(v,'PAIS')=2), Ev.l(v)); Ecompra2 = SUM(c$(COMPRA(c,'PAIS')=2), Ec.l(c)); DISPLAY Ev.l, Ec.l; Preco1 = max(Preco1, Preco2$(Fluxo21 >0)); Preco2 = max(Preco2, Preco1$(Fluxo12 >0)); RendaCong = abs(Preco1 - Preco2) * Interl; BES = W1.l + W2.l; DISPLAY W1.l, Preco1, Evenda1, Ecompra1; DISPLAY W2.l, Preco2, Evenda2, Ecompra2; DISPLAY BES, Interl, RendaCong; DISPLAY CapInterl, Fluxo12, Fluxo21;

12. Exercícios de aplicação • Para o exemplo apresentado, com uma capacidade de interligação de 250 MW, determine: • O preço de cada mercado • A energia vendida e comprada em cada mercado • O bem-estar social de cada mercado e do conjunto dos dois mercados • A renda de congestionamento • Responda à alínea anterior considerando as seguintes capacidades de interligação: 0 MW (mercados em autarcia), 400 MW, 600 MW (mercados totalmente integrados). • Comente a evolução dos resultados obtidos para valores crescentes da capacidade de interligação.

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