Licenciatura em Eng.ª Electrotécnica e de Computadores – Ramo de Sistemas de Energia
Projecto, Seminário ou Trabalho de Fim de Curso 2003/2004
Optimização da Exploração de Sistemas Híbridos:
Eólico /Hídrico (Com Bombagem)
Orientadores:
Alunos Participantes:
Prof. João Abel Peças Lopes (FEUP)
Prof. Edgardo Daniel Castronuovo (INESC)
Paulo César Amarante Soares
Ricardo Jorge Duque Fernandes da Costa Ferreira
Local de Trabalho:
(960503176)
(960503110)
Objectivos:
Unidade de Sistemas de Energia
INESC - Porto
Metodologia:
Desenvolver estratégias de gestão optimizada de “clusters” de
parques de parques e uma central hidroeléctrica com
bombagem, envolvendo a simulação com comportamento da
rede local, com as suas restrições operacionais.
1.
2.
3.
4.
5.
Obtenção e validação de um modelo de rede equivalente para a zona Norte da RNT
Acoplamento do sistema híbrido ao equivalente da rede obtido
Formulação do problema de optimização e simulação com Matlab®
Análise, discussão de resultados e conclusões
Escrita do relatório
1. Obtenção de um equivalente da zona Norte da RNT
1 3 3 ,8 9 MW
8 ,6 5 MVR
2. Dados adicionais:
Cenário de Inverno
REF. &
Perdas
1 ,0 2 pu
0 ,0 0 Deg
T .O uteir o A lto Minho C r estuma
0 MW
0 MVR
2 4 8 MW 1 1 5 MW
1 6 4 MVR 1 6 4 MVR
T ur bogas
9 9 0 MW
1 6 4 MVR
Regua
1 ,0 2 pu
-7 ,3 9 Deg
1
3 0 MW
-8 MVR
C ar r apatelo
1 9 7 MW
-8 MVR
T or r ao
Valeir a
1 2 1 MW
-8 MVR
Bemposta P icote
1 6 9 MW
1 5 MVR
3 6 3 MW
1 5 MVR
1 ,0 4 pu
0 ,2 4 Deg
Pocinho
3 3 5 ,8 6 MW
3 5 4 ,9 1 MW
1 6 6 MW 1 8 0 ,1 MVR
5 4 MVR
3 3 2 ,7 3 MW
2.1 Diagrama de Cargas:
Mir anda
2 3 9 MW 1 7 8 MW
1 5 MVR 1 5 MVR
3
3 5 4 ,9 1 MW
2 1 9 ,4 9 MW
P ocinho
2 3 5 MW
1 5 MVR
Valdigem
1 ,0 3 pu
-3 ,8 1 Deg
2
3 5 1 ,3 5 MW
3 4 3 ,3 MVR 1 8 3 2 MW
5 7 2 MVR
T abuaço
1 7 6 MW
-8 MVR
Porto
5 3 MW
1 5 MVR
4 6 3 ,1 3 MW
-2 1 7 MW
3 2 0 MW
C ar telle
A ldeadavilla
1 2 MW
Saucelle
3 8 MW
5 0 MVR
Chafariz
4 5 3 ,5 8 MW
1 ,0 3 pu
-1 2 ,2 9 Deg
5
3 2 1 ,6 8 MW
1 7 0 MW
3 4 MVR
2 1 7 ,4 0 MW
3 2 8 ,4 2 MW
1 ,0 0 pu
-1 0 ,3 7 Deg
4
8 7 ,1 MVR
2 7 4 MW
1 0 2 MVR
Estarreja
2 7 2 ,0 2 MW
A guier ia
Raiva
2 5 7 MW
1 3 7 MVR
1 9 MW
1 3 7 MVR
3 0 6 ,6 0 MW
2 6 2 ,4 1 MW
Pereiros
1 ,0 0 pu
-2 1 ,4 7 Deg
6
8 4 4 MW
2 9 0 MVR
REF. &
Perdas
1 ,0 2 pu
0 ,0 0 Deg
6 3 ,5 MVR
1 7 0 ,0 MVR
T .O uteir o C ar vão
C r estuma A lto Minho T .O uteir o T ur bogas
4 5 MW 2 0 MW 7 2 9 MW
1 5 1 MVR 1 5 1 MVR 1 5 1 MVR
9 1 4 MW
1 5 1 MVR
Regua
5 0 MW
-3 7 MVR
Porto
1 ,0 4 pu
1 0 ,3 6 Deg
1
7 8 ,0 0 MW
3 5 6 ,9 MVR 1 6 0 7 MW
6 9 5 MVR
T abuaço
5 5 MW
-3 7 MVR
C ar r apatelo T or r ao
7 8 MW
-3 7 MVR
Valeir a
5 9 MW
-3 7 MVR
2
Bemposta P icote
3 7 MW
-6 MVR
1 8 1 MW 1 8 0 ,1 MVR
1 4 5 ,8 3 MW
8 0 MVR
1 ,0 4 pu
1 2 ,9 7 Deg
1 7 6 ,4 2 MW
Pocinho
5 3 MW
1 5 MVR
C ar telle

ik
Yii(i 1)
1 4 1 MW
-5 6 MW
A ldeadavilla
Saucelle
0 MW
5 0 MVR
1 7 4 ,9 1 MW
Y (i 1)  Y (i 1)
ji
1 0 0 MW
-6 MVR
1 4 6 ,4 5 MW
7 8 ,3 0 MW
-1 9 3 MW
(i 1)
 Y jk
Mir anda
1 4 5 MW 1 2 2 MW
-6 MVR -6 MVR
3
7 8 ,3 0 MW
1 2 8 ,2 4 MW
P ocinho
6 0 MW
-6 MVR
Valdigem
1 ,0 3 pu
1 1 ,2 4 Deg
Eliminação Gaussiana:
(i )
Y jk
Partindo do conhecimento do Diagrama de
Cargas característico de um determinado
cenário, procede-se à sua discretização de
forma a que se possa caracterizar um perfil
de consumo.
Cenário de Verão
Chafariz
1 ,0 1 pu
8 ,2 5 Deg
5
4 0 ,3 9 MW
2 1 5 MW
9 5 MVR
1 2 7 ,3 4 MW
1 2 6 ,3 9 MW
1 ,0 2 pu
8 ,8 0 Deg
4
2 7 1 MW
1 1 9 MVR
8 9 ,5 MVR
Estarreja
1 7 ,0 6 MW
1 8 6 MW
-8 0 MVR
6 1 ,1 MVR
Adição de três “clusters” de
parques eólicos e da central
hidroeléctrica com bombagem
1 0 MW
-8 0 MVR
4 0 ,7 9 MW
1 7 ,2 0 MW
1 ,0 0 pu
9 ,6 8 Deg
6
1 3 7 MW
4 8 MVR
Pereiros
1 7 0 ,0 MVR
3. Resultados obtidos para a simulação com bombagem:
Optámos por cinco patamares, representativos dos diferentes períodos de
consumo. O diagrama diário foi
posteriormente duplicado, para que se
pudesse estender a 48 períodos de uma
hora.
Ei – Energia armazenada no reservatório no período i
Pp – Potência activa consumida pela estação de bombagem
Ph – Potência activa produzida pela central híbrida
C* – Custo
da energia
eólica (valores ajustados)
Pik – Trânsito de potência activa entre os barramentos i e k
(*)- Os valores das curvas de preço e do diagrama de cargas foram ajustados
Pv1 – Potência eléctrica útil disponível no parque eólico de Pereiros
Pwp1 – Parcela de potência activa de origem eólica produzida em Pereiros para bombagem
Pw01– Parcela de potência activa de origem eólica produzida em Pereiros para I/E
O gráfico da diferença permite avaliar a quantidade de energia eólica que não é aproveitada
Po4 – Potência de I/E no barramento do Pocinho
Pv5 – Potência eléctrica útil disponível no parque eólico de Chafariz
Diag.4 – Diagrama de cargas relativo ao Pocinho (valores reais)
2.2 Preço da Energia Eólica
4. Resultados obtidos para a simulação sem bombagem:
Ei – Energia armazenada no reservatório no período i
Pp – Potência activa consumida pela estação de bombagem
Ph – Potência activa produzida pela central híbrida
C* – Custo
da energia
eólica (valores ajustados)
Pik – Trânsito de potência activa entre os barramentos i e k
(*) - Comparam-se apenas períodos de preço baixo, por serem aqueles em que se
efectua a bombagem. Os valores das curvas de preço e do diagrama de cargas
foram ajustados de modo a que pudessem ser comparados
Pv1 – Potência eléctrica útil disponível no parque eólico de Pereiros
Pwp1 – Parcela de potência activa de origem eólica produzida em Pereiros para bombagem
Pw01– Parcela de potência activa de origem eólica produzida em Pereiros para I/E
O gráfico da diferença permite avaliar a quantidade de energia eólica que não é aproveitada
Po4 – Potência de I/E no barramento do Pocinho
Pv5 – Potência eléctrica útil disponível no parque eólico de Chafariz
Diag.4 – Diagrama de cargas relativo ao Pocinho (valores reais)
Obtivemos uma curva de preços binária,
em que períodos de preço alto alternam
com períodos de preço baixo. Os valores
obtidos foram 54,0€/MWh e 103,8€/MWh.
5. Comparação dos resultados obtidos nas duas simulações:
2.3 Potência de Vento Disponível
Actualmente, é possível prever a
velocidade do vento para um horizonte
temporal de 48 horas. Utilizando os
valores desta previsão e as curvas
características
de
potência dos
aerogeradores.
P12 – Trânsito de potência activa entre os barramentos 1 e 2
Po1– Potência activa de I/E no barramento de Pereiros
P15 – Trânsito de potência activa entre os barramentos 1 e 5
Po1– Potência activa de I/E no barramento de Pereiros
6. Conclusões:
É possível aumentar o nível de controlabilidade sobre os “clusters”
de parques eólicos através da utilização do sistema híbrido
implementado, apesar dos diferentes componentes deste sistema
se encontrarem consideravelmente distanciados entre si.
A utilização da bombagem para efectuar o armazenamento de
energia produzida pelos parques só é rentável se o somatório dos
valores de potência instalada for pelo menos, três vezes o valor
actual (300W).
A comparação entre os resultados obtidos nas simulações com e
sem bombagem permite concluir que a utilização da central
hidroeléctrica reversível é compensatória:
P23 – Trânsito de potência activa entre os barramentos 2 e 3
Po3– Potência activa de I/E no barramento do Grande Porto
Po4 – Potência activa de I/E no barramento do Pocinho
Pv5 – Potência eléctrica útil disponível no parque eólico de Chafariz
Diag.4 – Diagrama de cargas relativo ao Pocinho (valores reais)
7. Perspectivas de Evolução Futura:
Realização de novas simulações com sistemas que integrem parques
eólicos e estações de bombagem com diferentes localizações geográficas.
Consideração de valores de potência instalada superiores aos utilizados,
quer na central reversível, quer nos parques eólicos, tendo em
consideração o crescimento da produção em regime especial num futuro
próximo.
Com vista a facilitar o processo de introdução dos dados, seria interessante
desenvolver uma única ferramenta computacional que permitisse a
implementação do processo de simplificação e a resolução problema de
optimização.
Efectuar análises de sensibilidade, com o objectivo de determinar os limites
físicos do sistema actual e de avaliar as suas potencialidades de expansão.
Ampliar o âmbito deste trabalho numa perspectiva de mercado, considerando custos variáveis ao longo do tempo para a produção e para o transporte.
Página do Trabalho:
http://www.fe.up.pt/~ee96110
Contacto dos Alunos:
Paulo Soares
[email protected]
Ricardo Ferreira [email protected]