Formação Galp Energia
Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica
:: Sessão #7 ::
Modelação e integração de fontes de produção
não despacháveis no sistema electroprodutor
com aplicação à energia eólica
Jorge de Sousa
Professor Coordenador
ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa
Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-1-
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-2-
Enquadramento
Externalidades e mercados ambientais

Externalidades são efeitos positivos ou negativos gerados pelas
atividades de produção ou consumo de um agente económico e que
atingem os demais agentes que não participaram dessa decisão.

Uma externalidade diz-se negativa quando gera malefícios para os
demais agentes, como por exemplo uma fábrica que gera poluição
atmosférica, afectando a comunidade próxima.

Uma externalizade diz-se positiva quando beneficia os demais agentes,
como sejam os investimentos públicos em infra-estrutura e
equipamentos ou os planos nacionais de vacinação.

Normalmente, cabe ao Estado criar ou estimular a instalação de
atividades que constituam externalidades positivas, e impedir ou inibir a
geração de externalidades negativas, podendo também ser criados
mercados que permitam promover a internalização dessas
externalidades.
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-3-
Enquadramento
Internalização de externalidades no sector eléctrico


Tarifários de remuneração regulados

Energias renováveis (DL nº 225/2007)

Cogeração (DL nº 23/2010)

Microgeração (DL nº 363/2007)
Mercados ambientais

Certificados verdes

Comércio de emissões de GEE
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-4-
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-5-
Tarifa renováveis
Tarifa final de energia eléctrica
A tarifa de energia eléctrica inclui a remuneração das renováveis
0,16
Comercialização Redes
0,14
Uso da Rede de Distribuição de BT
0,12
Uso da Rede de Distribuição de MT
€/kWh
0,10
Uso da Rede de Distribuição de AT
0,08
Uso da Rede de Transporte
0,06
Uso Global do Sistema
0,04
Comercialização
0,02
Energia e Potência
0,00
MAT
AT
MT
BTE
BTN
BT ≤ 1 kV < MT ≤ 45 kV < AT ≤ 110 kV < MAT
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-6-
Tarifa renováveis
Contribuição na TEP e no UGS
De que forma entra o custo das Energias Renováveis na Tarifa final ?
Tarifa Energia e Potência
Uso Global do Sistema
UGS II
Custo Médio de Produção
em Regime Ordinário
Sobrecusto
Tarifa Renovável
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-7-
Tarifa renováveis
Decreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
• Aplicável à produção a partir de fontes renováveis.
• Para as centrais eólicas, aplica-se aos primeiros 33 GWh entregues à
rede por MW de potência atribuído até ao limite máximo de 15 anos a
contar desde o início do fornecimento de electricidade à rede
• A legislação define que 2,5% das receitas provenientes da electricidade
vendida são destinadas às autoridades municipais da região onde os
aproveitamentos renováveis são efectuados
Sessão #7 | 26 Maio 2010
-8-
Tarifa renováveis
Modulação ponta/cheia (pc) e vazio (v)
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
KMHO
Coeficiente que modula os valores da parcela fixa, variável e
ambiental em função do posto horário em que a electricidade tenha
sido fornecida: pc - ponta e cheia; v - vazio
Mini-Hídricas
KMHO
KMHO
Sessão #7 | 26 Maio 2010
Restantes instalações
PC
1,15
1,25
V
0,80
0,65
-9-
Tarifa renováveis
Parcela fixa
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
Parcela Fixa
Representa o custo de investimento evitado pela central renovável
PF(VRD)m = 6,8 x P2med/Pnom €/mês (potências em kW)
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 10 -
Tarifa renováveis
Parcela variável
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
Parcela Variável
Representa os custos de operação e manutenção evitados pela
central renovável
PV(VRD)m = 36 €/MWh
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 11 -
Tarifa renováveis
Parcela ambiental
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
Parcela Ambiental
Representa os custos de emissão de CO2 evitados pela central
renovável
Valor de referência para o CO2: 20 €/ton
Central de referência: Ciclo Combinado
PA(VRD)m = 7,4 €/MWh
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 12 -
Tarifa renováveis
Parâmetro específico de cada tecnologia
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
Z:
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
Traduz as características específicas de cada tecnologia
Tecnologia
Eólica
Mini-hídrica
Pi ≤ 10 MW
10 < Pi ≤ 30 MW
Fotovoltaica
Z
4,6
4,5
4,5 – 0,075 x (Pi - 10)
Pi ≤ 5 kW
52
Pi > 5 kW
Biomassa Florestal
35
8,2
Biomassa Animal e Biogás
7,5
Resíduos Sólidos Urbanos
9,2 / 7,5 /3,8
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 13 -
Tarifa renováveis
Actualização temporal
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
IPC
IPCm-1: Índice de preços no consumidor,
continente, referente ao mês m-1
sem
habitação,
no
IPCref : Índice de preços no consumidor, sem habitação, no
continente, referente ao mês anterior ao do início do
fornecimento de electricidade à rede pela central renovável
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 14 -
Tarifa renováveis
Perdas evitadas
Cálculo da Tarifa Renovável
VRD m  {KMHOm  P F(VRD)m  P V(VRD)m   P A(VRD)m  Z} 
IP Cm 1
1

IP Cref (1  LEV)
LEV
Representa as perdas na transmissão evitadas pela central
renovável e toma os seguintes valores:
a) 0.015 no caso de centrais com potência maior ou igual a 5 MW
b) 0.035 no caso de centrais com potência menor que 5 MW
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 15 -
Tarifa renováveis
Valores indicativos por aplicação da tarifa
FER / PRE
€/MWh
Hídrica (P≥30MW)
76
Hídrica (10MW<P<30MW)
79
Hídrica (P≤10MW)
86
Eólica
79
Biomassa
134
Biogás
110
RSU
Fotovoltaica
Cogeração
Sessão #7 | 26 Maio 2010
72
361
86
- 16 -
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 17 -
Certificados verdes
Conceitos
Mercado de
Energia Eléctrica
Produção
de
E–FER
Energia
Eléctrica
Certificado
Verde
Mercados
Independentes
Mercado de
Certificados Verdes
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 18 -
Certificados verdes
Conceitos
 1 Certificado Verde  1 MWh de E-FER
 Tem a forma de um registo electrónico, numa base de
dados centralizada
 Fontes de Energia renováveis autorizadas:
–
–
–
–
–
–
Sessão #7 | 26 Maio 2010
Eólica
Solar
Geotérmica
Ondas e Marés
Mini-hídrica (<10 MW)
Biomassa (fracção biodegradável)
- 19 -
Certificados verdes
Princípio de funcionamento
Preço
Custo marginal
das E-FER
CE-FER
PCV – Preço marginal dos
Certificados Verdes
Pe
Pe – Preço de mercado
da energia eléctrica
A
Q
Quantidade
PCV = CE-FER – Pe
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 20 -
Certificados verdes
Ciclo de vida
Verificação e Registo
Aceitação
Sessão #7 | 26 Maio 2010
Produção
Emissão
Transação
Resgate
- 21 -
Certificados verdes
Intervenientes no sistema
 Produtor de E-FER
 Agente Emissor - IB
 Associação de Agentes Emissores - AIB
 Agente de Verificação/Acreditação
 Operador de Mercado
 Comerciante
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 22 -
Certificados verdes
Sistema europeu - RECS
Renewable
Energy
Certificate
System
Organização internacional que visa estabelecer um sistema de
certificados verdes fiável e eficiente na Europa
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 23 -
Certificados verdes
Alguns países com sistema implementado
 Holanda
 Itália
 Áustria
 Bélgica
 Dinamarca
 Suécia
 Reino unido
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 24 -
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 25 -
Protocolo de Quioto
Efeito de estufa
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 26 -
Protocolo de Quioto
Principais elementos do PQ
Identifica GEE e as respectivas fontes:
•
•
•
•
•
•
Dióxido de carbono (CO2);
Metano (CH4);
Protóxido de azoto (N2O);
Hidrofluorocarbonos (HFC);
Hidrocarbonetos perfluorados (PFC);
Hexafluoreto de enxofre (SF6).
Estabelece metas prazos para reduções nas emissões de GEE:
• Redução de 5% das emissões em 1990 para período 2008-2012
• Europa – Compromisso de redução de 8%
Incentiva a cooperação internacional mas sublinha a importância das medidas
domésticas para reduzir emissões
Cria mecanismos de flexibilidade, capazes de possibilitar as reduções de emissões de
forma economicamente eficiente:
• IC - Implementação conjunta (JI)
• MDL - Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM)
• CELE - Comércio Europeu de Licenças de Emissão (EU ETS)
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 27 -
Protocolo de Quioto
Metas nacionais
Alemanha
-21.0%
Áustria
-13.0%
Bélgica
-7.5%
Chipre
Dinamarca
GEE
1990
2008
-5% a
2012
0.0%
-21.0%
Eslováquia
-8.0%
Eslovénia
-8.0%
Espanha
Estónia
15.0%
-8.0%
Finlândia
0.0%
França
0.0%
Grécia
25.0%
Holanda
-6.0%
Hungria
-6.0%
Irlanda
13.0%
Itália
GEE
1990
-8%
2008
a
2012
-6.5%
Letónia
-8.0%
Lituânia
-8.0%
Luxemburgo
-28.0%
Malta
0.0%
Polónia
-6.0%
Portugal
Reino Unido
República Checa
Suécia
Sessão #7 | 26 Maio 2010
27.0%
-12.5%
-8.0%
4.0%
- 28 -
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 29 -
Exemplo de aplicação
Integração de fontes renováveis não despacháveis

A crescente integração de energias renováveis no sistema
electroprodutor, em particular a energia eólica, contribui positivamente
para o cumprimento dos objectivos nacionais em termos energéticos e
ambientais.

Para que esse contributo seja o mais efectivo possível é necessário
harmonizar a contribuição das energias não despacháveis, como seja a
energia eólica, por forma a maximizar a sua integração mantendo a
desejada segurança do sistema.

Uma das formas de compatibilizar a produção não despachável com o
consumo e a restante produção do sistema é a inclusão de algum tipo de
armazenamento, sendo o mais exequível o obtido através de centrais de
hídricas com bombagem.

O estudo da integração de energia eólica num sistema eléctrico dotado
de bombagem é o objectivo deste módulo para o que se utiliza o GAMS
como plataforma de simulação.
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 30 -
Exemplo de aplicação
Eólica, térmica e hídrica com bombagem
Considere uma central térmica (t) e uma central hídrica (h) com as seguintes
características:
Ct(Pt) = 5.25 + 12 Pt + 0.125 Pt2 [€/h] ;
0 ≤ Pt ≤ 200 [MW]
Qh(Ph) = 3 Ph [km3/h] ;
0 ≤ Ph ≤ 70 [MW]
A central hídrica é reversível sendo o rendimento do ciclo de bombagem de 2/3
e a potência máxima de bombagem de 10 MW.
Pretende-se determinar o perfil óptimo de operação deste sistema hidrotérmico reversível, com produção eólica, de forma a satisfazer o seguinte
diagrama de carga:
Hora
Carga [MW] Eólica [MW]
1
50
90
2
55
70
3
110
20
4
180
30
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 31 -
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 32 -
Modelação e simulação em GAMS
Programação em GAMS (1/4)
* COORDENACAO HIDROTERMICA com BOMBAGEM com um grupo termico e
* um grupo hidrico reversível e com producao EOLICA
*
SETS
j indice dos periodos de tempo /1*4/
g indice dos geradores t:termico h:hidrico b:bombagem /T,H,B/
TABLE Gen(g,*) caracteristicas dos grupos geradores
PMIN PMAX
a
b
c
* (MW) (MW)
(€/h)
(€/MWh) (€/MWh2)
T
0
200
5.25
12
0.125
* (MW) (MW)
(m3/h) (km3/MWh)
H
0
70
0
3
B
-10
0
0
2
;
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 33 -
Modelação e simulação em GAMS
Programação em GAMS (2/4)
TABLE Load(j,*) diagrama de carga e producao eolica
D
E
* Carga Eolica
* (MW)
(MW)
1
50
90
2
55
70
3
110
20
4
180
30
;
SCALAR Vh volume de agua disponivel para turbinamento /0/;
VARIABLES
Custo funcao objectivo: custo total de producao
P(g,j) potencia do gerador g no periodo t
Corte(j) corte de potencia eolica no periodo t
;
POSITIVE VARIABLE Corte(j);
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 34 -
Modelação e simulação em GAMS
Programação em GAMS (3/4)
EQUATIONS
EQCUSTO equacao da funcao objectivo custo total
PMAXLIM(g,j) equacao de portencia maxima
PMINLIM(g,j) equacao de portencia minima
BALANCE(j) equacao do balanco entre a producao e consumo
ENRGHID equacao de energia hidrica disponivel
BOMBTURB(j) equacao para nao bombar e turbinar em simultaneo
;
EQCUSTO.. Custo =e= SUM(j, Gen('T','a')+Gen('T','b')*P('T',j)
+ Gen('T','c')*Power(P('T',j),2)
+ 1e4*Corte(j));
PMAXLIM(g,j).. P(g,j) =l= Gen(g,'PMAX');
PMINLIM(g,j).. P(g,j) =g= Gen(g,'PMIN');
BALANCE(j).. SUM(g, P(g,j)) =e= Load(j, 'D') - Load(j, 'E')
+ Corte(j);
ENRGHID.. Vh =g= SUM(j, Gen('H','a')+Gen('H','b')*P('H',j)
+ Gen('B','a')+Gen('B','b')*P('B',j));
BOMBTURB(j).. P('H',j)*p('B',j) =e= 0;
MODEL Eolica /ALL/;
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 35 -
Modelação e simulação em GAMS
Programação em GAMS (4/4)
SOLVE Eolica USING nlp MINIMIZING Custo;
PARAMETERS
CustoTotal custo total de producao
Et energia produzida pela central termica
Eh energia produzida pela central hidrica (turbinamento - bombagem)
Cm(j) custo marginal da central termica
Cm_rend(j) custo marginal da central termica corrigido pelo rendimento
;
CustoTotal = Custo.l - SUM(j,1e4*Corte.l(j));
Et = SUM(j, P.l('T',j));
Eh = SUM(j, P.l('H',j) + P.l('B',j) );
Cm(j) = Gen('T','b')+2*Gen('T','c')*P.l('T',j);
Cm_rend(j) = Cm(j)*Gen('B','b')/Gen('H','b');
Display P.l, Corte.l, CustoTotal, Et, Eh, Cm, Cm_rend;
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 36 -
Agenda

Enquadramento

Tarifa renováveis

Certificados verdes

Protocolo de Quioto

Exemplo de aplicação

Modelação e simulação em GAMS

Exercícios de aplicação em GAMS
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 37 -
Exercícios de aplicação em GAMS
1.
Para o exemplo apresentado determine o perfil óptimo de produção e
indique: o custo total de produção, a energia produzida pela central
térmica, a energia líquida produzida da central hídrica, o corte de
energia eólica e o custo marginal da central térmica.
2.
Dimensione a potência de bombagem que evita o corte da produção
eólica.
3.
Determine a potência de bombagem que permite a obtenção de um
custo total de produção mínimo (integra toda a eólica e optimiza a
produção térmica).
4.
Calcule o custo total de produção nas seguintes condições:
a)
Sem produção eólica e sem bombagem
b)
Com produção eólica e sem bombagem
c)
Sem produção eólica e com bombagem (do ponto 3.)
d)
Com produção eólica e com bombagem (do ponto 3.)
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 38 -
Formação Galp Energia
Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica
:: Sessão #7 ::
Modelação e integração de fontes de produção
não despacháveis no sistema electroprodutor
com aplicação à energia eólica
Jorge de Sousa
Professor Coordenador
ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa
Webpage: pwp.net.ipl.pt/deea.isel/jsousa
Sessão #7 | 26 Maio 2010
- 39 -