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

1. 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

2. 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.

3. Característica dos Reservatórios de Gás: Gás Natural Combustível fóssil encontrado em rochas porosas no subsolo.

4. Emissão de Dióxido de Carbono - CO2 Fonte: Gas World International - Petroleum Economist Vantagens do Gás Natural • Impacto no meio ambiente.

5. 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.

6. 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.

7. Diversificação da Origem Reservas provadas de gás natural em 31/12/2003 (trilhões de m3):

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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

13. Termelétrica de Ciclo Combinado Caldeira de recuperação de calor

14. Termelétricas no Brasil Fonte: GasNet

15. Geração TermelétricaTransmissão de Gás Sistema de Transmissão de Gás Natural • Manutenção • Sobrecarga — linhas de influência • Consumo de gás Operação do Sistema Termelétrico

16. 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

17. Problema Linear (sem as restrições de pressão)=Problema de Fluxo com Custo Mínimo (PFCM)

18. 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

19. MG 9 8 3 7 10 RJ 6 1 5 4 SP 2

20. 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

21. MG 9 8 3 7 10 RJ 6 1 5 4 SP 2

22. 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

23. Maximização da Potência Gerada

24. Maximização da Potência GeradaDespacho de Gás Natural

25. MG 9 8 3 7 10 RJ 6 1 5 4 SP 2

26. 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

27. 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.

28. 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.

29. 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).

30. 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