O documento discute a aplicação e limitações de modelos de otimização para planejamento de sistemas de energia elétrica, com foco no modelo EFOM. O modelo EFOM descreve o sistema de energia como uma rede de fluxos anuais com limites de capacidade e é usado para avaliar questões como efeitos de novas tecnologias e variações de preços de combustíveis. Um estudo dinamarquês aplicando o EFOM concluiu que é possível reduzir emissões de CO2 a um custo baixo por meio de medidas de

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
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
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
 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
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
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
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
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
 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
O MODELOEFOM– OTIMIZAÇÃODE
FLUXODE ENERGIA
Estrutura geral do modelo EFOM

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
 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
 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
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

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 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
 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
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
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
 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
 O princípio de um modelo EFOM setorial que produz dois ou mais produtos
em produção combinada:
UMMODELO SETORIAL PARA
ELETRICIDADE

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
 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
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
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
UMMODELO SETORIAL PARA
ELETRICIDADE

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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
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. FIM
Obrigado!!!

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
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.