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]