Sistema de despacho otimizado para sistemas energéticos isolados

Abstract

A energia elétrica constitui um serviço indispensável à sociedade. As evoluções tecnológicas ocorridas, essencialmente, durante o último século, juntamente com o aumento da população mundial, contribuíram para o aumento exponencial do consumo de eletricidade. Atualmente, os combustíveis fósseis ainda constituem uma percentagem considerável na produção de energia elétrica a nível mundial. Este facto, particularmente em sistemas energeticamente isolados, causa impactos, quer económicos quer ambientais, significativos no país, devido ao seu elevado custo e à poluição que provoca. No sentido de diminuir os impactos causados pelos combustíveis fósseis, torna-se essencial integrar fontes de energia renovável na produção de energia elétrica. Apesar de se impulsionar a economia do país e reduzir o impacto ambiental, é necessário solucionar os problemas da instabilidade da rede elétrica, causados pelas constantes oscilações destas fontes de energia. Para tal, criou-se um Sistema de Despacho (SD) capaz de otimizar e gerir, em tempo real, a produção de energia térmica, pelos geradores termoelétricos, em função do consumo horário. Além disso, o sistema cumpre um conjunto de restrições e reduz o custo de produção de energia para um valor tão reduzido quanto possível. O SD é constituído por três componentes principais, sendo cada um responsável por uma função. O pré-despacho efetua o comissionamento dos geradores, restringindo o conjunto dos geradores existentes no sistema. O despacho económico é responsável por aumentar a potência dos geradores em funcionamento e por ligar geradores, pelo método dos Multiplicadores de Lagrange, seguido do método iterativo de Lambda. Por outro lado, o desligamento/redução de potência desliga os geradores e reduz a potência dos mesmos. O processo de despacho foi implementado e testado, para vários cenários de simulação compostos por dados reais, quer de produção, quer de consumo, registados na ilha de Santiago, em Cabo Verde. Os testes aplicados aos algoritmos desenvolvidos permitiram concluir a eficiência e a aplicabilidade dos mesmos, no contexto de sistemas energéticos isolados.

The electrical energy is a necessary service to society. During the last century, there was a huge technological evolution that, together with the increasing of the world population, contributed to an exponential increment of electricity consumption. Currently, the fossil fuels are a relevant part of the world electrical energy production. Specially in isolated energy systems, this causes many significant environmental and economical impacts, due to its costs and the pollution. To decrease the impacts caused by the fossil fuels, it becomes essential to integrate renewable energy sources in electrical energy production. Despite this boosts the country economy and reduces the environmental impacts, it's required to solve the problems of the instability of the electrical network, caused by the oscilations of this sources. For that, a Power Dispatch System (PDS) able to optimize and manage in realtime the thermal energy production from thermoelectric generators, according to consumption per hour, was created. Furthermore, the system fulfills a set of constraints and reduces the energy production costs to a value as small as possible. There are three mainly components that together create the PDS. The pre-dispatch performs the comissioning of the generators and limits the system generators set. The economical dispatch is responsible to increase the power provided by the generators in operation and to turn on generators, using the Lagrange Multipliers method followed by the Lambda iteration method. On the other hand, the shutdown/power reduction switches o_ the generators and reduces its generated power. The dispatch process was implemented and tested for several simulation scenarios consisting of real production and consumption data recorded on the Santiago island, in Cabo Verde. The tests applied to the developed algorithms allowed to conclude their efficiency and applicability in the context of isolated energy systems.