Marcos José Rodrigues dos Santos
Silvio CesarBrás Araujo
Vanessa Pecora Garcilasso
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Discutir aplicações e limitações de modelos de otimização ca...
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JUSTIFICATIVA
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 Sistema de energia elétrica é considerado como uma rede de fluxos anuais
com limites de capacidade, de conversão e de ...
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PREMISSAS PARA A ABORDAGEMDE
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 O Período de estudo corresponde à vida útil dos equipamentos envol...
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ABRANGÊNCIA DO MODELAMENTOPARA
OSISTEMA DE ENERGIA
 Amplamente utilizado na década de 1980 para:
 Planejamento energét...
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ABRANGÊNCIA DO MODELAMENTOPARA
OSISTEMA DE ENERGIA
 Avaliação de mudanças do preço de combustíveis
 Estudo de estratég...
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CARACTERÍSTICAS DA ABORDAGEMDO
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 Sistema de energia é descrito por:
 Fontes de energia bem...
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 O desenvolvimento do modelo EFOM:
 Inicialmente foi desenvolvido para o complexo modelo de energia da
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O MODELOEFOM– OTIMIZAÇÃODE
FLUXODE ENERGIA
Estrutura geral do modelo EFOM
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APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO
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 Premissas do plano nacional de energia:
 Expansão das redes de aquecimento urb...
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 Premissas para evitar resultados fora da realidade:
 Máximo fornecimento de energia para aquecimento urbano e máximo...
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 Caso de referência: considera a penetração de novas tecnologias
esperadas + medidas de redução de emissões requeridas...
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O custo atualizado da energia do sistema para o período de 1980 a 2010,
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 Conclusão geral e política recomendada
 Principal conclusão: possível atingir uma substancial redução na
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 Reduções adicionais de CO2 exigirão que o consumo de gás natural
seja reduzido e, portanto, a substituição por combus...
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Estudo multinacionais provocaram algumas reflexões simples, mas importantes:
 Foi enorme o esforço correspondente a mu...
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AMBIENTE DO MODELOE SOFTWARE
 A estrutura modular de um modelo de otimização:
Estrutura Geral Modelo EFOM
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 O software para o modelo EFOM:
 Seu desenvolvimento iniciou-se em 1970;
 A interface do modelo de dados é a ASCII, ...
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 O princípio de um modelo EFOM setorial que produz dois ou mais produtos
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É importante fazer a distinção entre curto e longo prazo. Ex:
 Em 1990 o norte da Europa possuia folga na capacidade i...
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 O custo marginal de curto e longo prazo para tecnologias de produção de
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 Curto Prazo x Longo Prazo.
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Lições da cooperação internacional na modelagem:
 O primeiro passo para desenvolvimento de um modelo nacional é
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O modelo EFOM foi projetado inicialmente para a centralização de
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Obrigado!!!
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ESCLARECIMENTOS
Exógeno:
Variáveis determinantes dos modelos econômicos. Os modelos econômicos
são construídos com base...
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ESCLARECIMENTOS
Custo marginal:
Representa o acréscimo do custo total pela produção em quantidade maior
ou menor do que...
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Trata-se da discussão de aplicações e limitações de modelos de otimização capazes de descrever um sistema de energia elétrica e ajudar no seu adequado desenvolvimento.

Elaborado em: 25/05/2011.
Pode ser baixado mediante solicitação via blog: marcosmajor.blogspot.com

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  • Discussão de modelos de otimização de sistemas de energia elétrica. Focado no EFOM – Energy Flow Otimization Model.
  • Discussão do artigo "GROHNHEIT, P. E. Annual Models for Electricity Capacity Development. Bunn Derek W., Systems Modelling for Energy Policy, p. 89-115"_Apresentação

    1. 1. Marcos José Rodrigues dos Santos Silvio CesarBrás Araujo Vanessa Pecora Garcilasso GROHNHEIT, P. E. Annual Models for Electricity Capacity Development. Bunn Derek W., Systems Modelling forEnergy Policy, p. 89- 115. Estudo complementarrealizado no âmbito da disciplina de pós graduação ENE 5707 - Balanços, Modelos e Estratégias de Planejamento – USP/IEE Coordenador: Prof. Dr. SinclairMallet - Guy Guerra
    2. 2. 2 OBJETIVO Annual Models for Electricity Capacity Development Discutir aplicações e limitações de modelos de otimização capazes de descrever um sistema de energia elétrica e ajudar no seu adequado desenvolvimento Há ênfase para um modelo denominado EFOM
    3. 3. 3 JUSTIFICATIVA Poder enfrentar melhor questões importantes associadas a: • efeitos de novas tecnologias • variações de preços de combustíveis • emissão de poluentes • outras São questões melhor comentadas mais adiante
    4. 4. 4  Sistema de energia elétrica é considerado como uma rede de fluxos anuais com limites de capacidade, de conversão e de transporte  São fatores exógenos:  Demanda por serviços de energia  Energia final  Produto de indústrias de grande consumo de energia  Preço dos combustíveis  Investimento em novos equipamentos  Operação e manutenção de novos equipamentos PREMISSAS PARA A ABORDAGEMDO MODELAMENTOCONSIDERADO
    5. 5. 5 PREMISSAS PARA A ABORDAGEMDE MODELAMENTOCONSIDERADA  O Período de estudo corresponde à vida útil dos equipamentos envolvidos (algumas décadas).  São inseridos algumas restrições p/ refletir a realidade da infraestrutura disponível e requisitos legais ou políticos (ex: limites de emissões)
    6. 6. 6 ABRANGÊNCIA DO MODELAMENTOPARA OSISTEMA DE ENERGIA  Amplamente utilizado na década de 1980 para:  Planejamento energético  Estudos comparativos internacionais  Forças motoras para o desenvolvimento dos modelos:  União européia – Modelo EFOM – Otimização de Fluxo de Energia  Agência Internacional de Energia – Modelo MARKAL – Market Alocation
    7. 7. 7 ABRANGÊNCIA DO MODELAMENTOPARA OSISTEMA DE ENERGIA  Avaliação de mudanças do preço de combustíveis  Estudo de estratégias de redução de emissões  Planejamento energético em níveis regional e nacional  Escolha de tecnologias  Estudo de substituição de tecnologias que levam a diferentes demandas para eletricidade e aquecimento  Avaliação da penetração de novas tecnologias (ex: carros + efic.)  Avaliação de opções de investimentos no setor de energia e na indústria de grande consumo (cimento, aço...)
    8. 8. 8 CARACTERÍSTICAS DA ABORDAGEMDO MODELAMENTOCONSIDERADO: EFOM  Sistema de energia é descrito por:  Fontes de energia bem definidas  Número limitado de tecnologias de produção  Cada tipo de tecnologia é descrito por alguns parâmetros: eficiência, disponibilidade, vida útil, custo de investimentos, outros.  Trata-se de um modelo “bottom-up” – pouco adequado para descrever energia nas industrias leves ou para energia que é mais dependente do comportamento humano  A abordagem complementar (“top-down” – originário da econometria e macroeconometria) depende de longas séries de dados raramente disponíveis
    9. 9. 9  O desenvolvimento do modelo EFOM:  Inicialmente foi desenvolvido para o complexo modelo de energia da UE (sua origem vem da crise do petróleo);  Cada sistema pode consistir de um grande número de links que se refere à base de dados  Alguns sistemas contemplam tecnologia de redução de emissões  Uma extensão do modelo foi o EFOM-ENV, utilizado para avaliação da redução da emissão de poluentes DESENVOLVIMENTO DO MODELOEFOM
    10. 10. 10 O MODELOEFOM– OTIMIZAÇÃODE FLUXODE ENERGIA Estrutura geral do modelo EFOM
    11. 11. 11 APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO DINAMARQUÊS  Premissas do plano nacional de energia:  Expansão das redes de aquecimento urbano ligado às estações CHP  Instalações de incineração de resíduos urbanos e de calor excedente industrial  Posicionamento de todos as novas usinas de energia de modo a estarem em conexão com os maiores mercados de aquecimento.  Construção da redes de gás natural  Não construção de usinas nucleares num futuro previsível  Política de Conservação de Energia, em particular isolamento térmico de edifícios
    12. 12. 12  Premissas para evitar resultados fora da realidade:  Máximo fornecimento de energia para aquecimento urbano e máximo fornecimento de aquecimento a partir de estações centrais CHP  Máximo fornecimento para aquecimento a partir de incineradores de lixo e máximo fornecimento de outros combustíveis de biomassa.  Extração de gás “off shore” e exportação de gás.  Importação e exportação de eletricidade  Máxima capacidade de turbinas eólicas APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO DINAMARQUÊS
    13. 13. 13  Caso de referência: considera a penetração de novas tecnologias esperadas + medidas de redução de emissões requeridas pela legislação + medidas de conservação de energia  Caso de conservação: parâmetros do caso de referência substituídos por novas medidas de conservação (opções para otimização). Ex: eletrodomésticos mais eficientes Curva de custo na redução de emissão de CO2 APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO DINAMARQUÊS
    14. 14. 14 O custo atualizado da energia do sistema para o período de 1980 a 2010, correspondente à redução de CO2 em 2005, comparado com o nível de 2008 APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO DINAMARQUÊS
    15. 15. 15  Conclusão geral e política recomendada  Principal conclusão: possível atingir uma substancial redução na emissão de CO2 com um custo extra não maior do que aquele que poderia ser compensado por algumas medidas de economia = “medidas sem remorso” Polêmica: grande salto entre a condição de referência e a de conservação  Os principais elementos na redução de CO2:  conservação de energia  uso intensivo de gás natural na geração de eletricidade  penetração de energias renováveis APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO DINAMARQUÊS
    16. 16. 16  Reduções adicionais de CO2 exigirão que o consumo de gás natural seja reduzido e, portanto, a substituição por combustível de tecnologia não fóssil pode elevar o preço do gás natural  Os resultados encontrados para Dinamarca foram semelhantes àqueles encontrados para a maioria dos outros países da União Européia. APLICAÇÃO DE EFOM: ESTUDO DINAMARQUÊS
    17. 17. 17 Estudo multinacionais provocaram algumas reflexões simples, mas importantes:  Foi enorme o esforço correspondente a muitos anos de desenvolvimento de modelamento e de software, envolvendo várias equipes nacionais e coordenação internacional  Grande parte das informações que ainda poderiam ser muito útil para estudos futuros acabaram esquecidas por conta de mudanças funcionais de pessoal e da incapacidade das organizações de gerenciar o conhecimento  As tarefas triviais são as que mais demandaram tempo. Portanto, antes de se pensar em novas perguntas a serem respondidas e na evolução do modelo, é fundamental se estabelecer critérios para a administração dos dados do modelo, do software e da documentação elaborada REFLEXÕES DE ESTUDOS MULTINACI0NAIS
    18. 18. 18 AMBIENTE DO MODELOE SOFTWARE  A estrutura modular de um modelo de otimização: Estrutura Geral Modelo EFOM Banco de Dados Rede de energia Dados técnico-econômicos Capacidade de dados Interface Matriz geradora Otimizador Software de programação linear Relatório Escrito Balanços energéticos e de emissões Capacidade de novos equipamentos Custo da energia do sistema
    19. 19. 19  O software para o modelo EFOM:  Seu desenvolvimento iniciou-se em 1970;  A interface do modelo de dados é a ASCII, sendo também utilizado como entrada de dados planilhas e bancos de dados.  O software modelo LINPROG, contém o modelo EFOM e foi desenvolvido na Europa  Há a disponibilidade, com graus de aplicação reduzidos, de uma versão shareware AMBIENTE DO MODELOE SOFTWARE
    20. 20. 20  O princípio de um modelo EFOM setorial que produz dois ou mais produtos em produção combinada: UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    21. 21. 21 É importante fazer a distinção entre curto e longo prazo. Ex:  Em 1990 o norte da Europa possuia folga na capacidade instalada de geração de energia para os preços praticados.  Entretanto, esperava-se queda dos preços a partir de abertura do mercado e uma variação do custo marginal associado à tecnologia utilizada.  Depois, previa-se o aumento dos preços devido ao aumento da demanda, o que tornaria a construção de novas usinas um negócio lucrativo UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    22. 22. 22  O custo marginal de curto e longo prazo para tecnologias de produção de eletricidade:  Curto Prazo x Longo Prazo. Baixo custo de combustível Alto custo dos combustíveis Curto Prazo Longo Prazo Curto Prazo Longo Prazo Cogeração a gás descentralizada 0.075 0.193 0.117 0.244 Cogeração a carvão centralizada 0.062 0.194 0.070 0.212 Cogeração a gás centralizada 0.074 0.152 0.116 0.203 Condensação do carvão 0.122 0.243 0.137 0.279 Central de gás de condensação 0.122 0.194 0.191 0.279 Nuclear (França)* 0.057 0.224 Nuclear (Alemanha)* 0.074 0.362 Hidráulica (custo variável direto) 0.015 0.180 Hidráulica (custo da água) 0.060 0.220 Tabela 7.2 Custo de curto e longo prazo marginal de diferentes tecnologias para a produção de energia (DIcr / kWh, a preços de 1990), sendo 1 Diu = 0,16 $ EUA. UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    23. 23. 23 UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE Modelamento de estratégias de investimento ideal em novos equipamentos  Exige que:  As opções tecnológicas sejam fisicamente identificadas  os tempos de utilização de diferentes tipos de unidades de geração sejam endógenos  um módulo do modelo EFOM para o setor de eletricidade com calor e energia combinados seja usado como uma ferramenta de abordagem analítica para estudar as conseqüências das mudanças nos parâmetros que descrevem os diferentes cenários de mercado
    24. 24. 24 A referida abordagem analítica foi efetivada no estudo dinamarquês (já citado) e percebeu-se que na situação ideal, todos os cenários de comércio em volumes ilimitados são muito sensíveis às mudanças nas premissas de preços de importação e exportação. Isso mostra que a maior parte da energia elétrica é gerada nas centrais térmicas, quer combinado calor e energia ou apenas geração de energia elétrica. A energia elétrica gerada vai espelhar as variações dos volumes de importação e exportação UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    25. 25. 25 UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    26. 26. 26 Lições da cooperação internacional na modelagem:  O primeiro passo para desenvolvimento de um modelo nacional é usar uma referência desenvolvida internacionalmente ou uma versão simples do modelo com informações técnicas e econômicas pré-estabelecidas. È o que foi feito na maioria dos países da União Européia durante os anos de 1980  Um modelo para ser usado como ferramenta de apóio as decisões para agências ou ministérios nacionais exige uma grande organização para aquisição de informações e elaboração de cenários UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    27. 27. 27 O modelo EFOM foi projetado inicialmente para a centralização de planejamento nacional e para o desenvolvimento de estratégias internacionais para atender, primeiramente a crise do petróleo e mais tarde, a preocupação ambiental. O modelo de abordagem e as ferramentas que são desenvolvidas para lidar com isso é útil para muitos propósitos, incluindo as análises de desenvolvimento do setor de energia elétrica num mercado liberal. Mas isso exigirá mais experiência de coordenação para esboçar simplificações que são validas para diferentes fins. UMMODELO SETORIAL PARA ELETRICIDADE
    28. 28. FIM Obrigado!!!
    29. 29. 29 ESCLARECIMENTOS Exógeno: Variáveis determinantes dos modelos econômicos. Os modelos econômicos são construídos com base nessas variáveis, supondo-se que seus valores não serão afetados por outras variáveis do modelo. Um exemplo comum de variável exógena é o nível de um imposto qualquer cobrado pelo governo. O valor do imposto, digamos, 10% sobre o preço da gasolina, só seria alterado caso o governo resolvesse mudar seu valor. Portanto, outras variáveis do modelo não são capazes de afetar essa variável. Por outro lado, ela é importante para determinar outras variáveis econômicas do modelo, como o valor do imposto coletado, a quantidade vendida de gasolina, entre outras… Fonte: http://www.iconebrasil.org.br/pt/?actA=16&areaID=14& secaoID=29&palavraID=299
    30. 30. 30 ESCLARECIMENTOS Custo marginal: Representa o acréscimo do custo total pela produção em quantidade maior ou menor do que a ideal . Ex: o aumento do número de trabalhadores em uma certa extensão de terra. Numa primeira fase a produção aumenta e o custo marginal diminui, mas logo o custo marginal passa a aumentar, devido à chega a um estado de nenhum aumento na produção, com excesso de trabalhadores em relação à extensão de terra que não aumentou.

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