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Escada em espiral

EXERCÍCIOS DE NEGÓCIOS EM ENERGIA

Problema - 1
Problema Cativo x Livre

A unidade consumidora de energia elétrica em questão é um consumidor cativo e está na modalidade tarifária horária verde, pertencente ao subgrupo A4.

 

Faça a Análise de Viabilidade Cativo x Livre para essa Unidade Consumidora.

​

Os dados de consumo para um ano típico, em base mensal, estão disponíveis na Planilha Excel abaixo.

Dados da Unidade Consumidora elaborados por Jonatas Nascimento (jonatas.nsilva@gmail.com) !!!

Agora compare as alternativas acima com a alternativa de colocar um sistema fotovoltaico na unidade consumidora e ela continuar no ACR (Ambiente de Contratação Regulada).

 

Depois compare com a alternativa da unidade consumidora ter o sistema de geração fotovoltaica e migrar para o ACL tornando-se Autoprodutor.

​

Depois de tudo, compare as alternativas de negócios acima com a alternativa da unidade consumidora ter o sistema de geração fotovoltaica, migrar para o ACL tornando-se Autoprodutor e possuir um BESS (Battery Energy Storage System) de Íon-Lítio.

​

Qual das 5 alternativas é a melhor para essa Unidade Consumidora?

​

Para relembrar as 5 alternativas segue um resumo:

1 - Continuar no ACR (pode mudar de tarifa horosazonal);

2 - Ir para o ACL;

3 - Continuar no ACR e instalar Sistema Fotovoltaico;

4 - Ir para o ACL com Sistema Fotovoltaico e tornar-se Autoprodutor (com geração local ou remota);

5 - Alternativa 4 + BESS de Íon-Lítio.

​

obs:

 

Lembrar que o Consumidor Livre pode escolher entre pagar as TUSD´s pela tarifa horosazonal Azul ou Verde. Se o Consumidor Livre escolher a tarifa horosazonal Azul ele vai ter que contratar uma demanda na ponta e contratar uma demanda fora ponta.

 

Quando esse consumidor se tornar livre e comprar energia incentivada 50% ou 100%, o desconto vai incidir conforme as regras da Tabela 3 da Resolução Homologatória das Tarifas da Distribuidora.

 

Tabela 3 ReH das Tarifas de Energia.png

Pelas regras atuais (ano 2022) um Consumidor Cativo pode se tornar Livre caso a demanda contratada ponta ou a demanda contratatada fora ponta seja > 500 kW.

Composição do Custo do BESS de Íon-Lítio
imagem-WEG-BESS-Ion-Litio.png
2023 Electricity ATB Technologies 

The 2023 Electricity Annual Technology Baseline (ATB) provides consistent, freely available, technology-specific cost and performance parameters across a range of R&D advancements scenarios, resource characteristics, sites, fuel prices, and financial assumptions for electricity-generating and storage technologies, both at present and with projections through 2050. ATB parameters include capital expenditures (CAPEX), operation and maintenance (O&M) expenditures, capacity factors, and levelized cost of energy (LCOE), a summary metric for electricity-generating technologies. The ATB includes base year and projected estimates based on technology innovation for land-based wind, offshore wind, utility-scale photovoltaics (PV) commercial PV, residential PV, concentrating solar power, geothermal, hydropower, utility-scale PV-plus-battery, utility-scale battery storage, commercial battery storage, residential battery storage, pumped storage hydropower, fossil energy technologies. 

Utility-Scale Battery Storage

image-Utility-system Storage cost-2023.png
storage - powercost and energy cost - NREL.png

Nate Blair, Chad Augustine, Wesley Cole, et al. 2022. ”Storage Futures Study: Key Learnings for the Coming Decades”. Golden, CO: National Renewable Energy Laboratory. NREL/TP-7A40-81779.

https://www.nrel.gov/docs/fy22osti/81779.pdf

Problema - 2
Problema da Sazonalização de um Contrato de Compra de Energia de um Consumidor Livre

 

Dados de entrada do Problema:

​​

import numpy as np

 

consumo_MWmed = np.array([2.20, 3.52, 5.34, 2.70, 8.51, 2.92, 9.58, 12.4, 15.68, 13.95, 5.53, 5.53])

# em MWmed

 

Numero_horas_mes = np.array([744.00, 672.00, 744.00, 720.00, 744.00, 720.00, 744.00, 744.00, 720.00, 744.00, 720.00, 744.00])

 

A carga que o consumidor quer contratar para os 12 meses do próximo ano é a carga acima. Ela foi “quantificada” tomando-se como base as cargas históricas de anos passados e também levando-se em consideração algumas ampliações fabris que vão acontecer no próximo ano.

​

Para a análise simplificada que pretendemos fazer aqui, vamos considerar que a carga a ser contratada é determinística. Ou seja, existe 100% de certeza que serão consumidos esses valores no próximo ano (o consumo não entra no problema como uma variável estocástica).

​

O PLD mensal que vamos considerar, também por razões de simplificação, é considerado determinístico e não estocástico. Ele foi “quantificado” tomando-se como base os PLDs históricos dos anos passados e também levando-se em consideração algumas suposições de comportamento futuro do PLD.

​

PLD = np.array([242.72, 165.98, 109.02, 132.63, 218.70, 336.99, 583.88, 583.88, 577.37, 249.36, 88.10, 66.67])

# em R$/MWh

​

Pergunta-se: Considerando-se os 4 Contratos disponíveis abaixo, qual é o melhor contrato para esse consumidor???

​

CONTRATO-1

Quantidade Contrato (MWmed) = 8.0

Preço do Contrato (R$/MWh) = 120.0

Percentual de Sazo = 0.0

Percentual de Flex = 0.0

​

CONTRATO-2

Quantidade Contrato (MWmed) = 6.0

Preço do Contrato (R$/MWh) = 190.0 

Percentual de Sazo = 0.0

Percentual de Flex = 0.3

​

CONTRATO-3

Quantidade Contrato (MWmed) = 5.0

Preço do Contrato (R$/MWh) = 220.0

Percentual de Sazo = 0.4

Percentual de Flex = 0.0

​

CONTRATO-4

Quantidade Contrato (MWmed) = 8.0

Preço do Contrato (R$/MWh) = 240.0

Percentual de Sazo = 0.5

Percentual de Flex = 0.5

Problema - 3
Problema da Sazonalização da Garantia Física de Usina Eólica considerando um Portfolio de Contratos
Problema - 4
Problema da Venda de Geração Eólica no PLD horário

Imagine que o proprietário de um Parque Eólico sabe exatamente o valor de geração do seu Parque hora a hora para o próximo trimestre (90 dias).

 

Vale ressaltar que essa é uma suposição totalmente descabida e serve somente para efeitos didáticos para esse nosso problema.

​

E mais ainda, vamos supor também que esse proprietário sabe exatamente os valores do PLD horário (spot price) no Mercado Brasileiro para os próximos 90 dias.

​

Essas duas informações: geração horária e PLD horário estão na Planilha Excel abaixo.

​

Com essas duas informações, pergunta-se: qual o melhor Contrato para esse Parque Eólico

entre os 3 apresentados a seguir???

 

Contrato-1: Quantidade de 2 MWmed com modulação FLAT ao Preço de 165.00 R$/MWh.

​

Contrato-2: Quantidade de 5 MWmed com a seguinte modulação horária [4.60, 6.41, 6.98, 7.16, 7.30, 6.76, 6.41, 6.55, 6.56, 5.95, 5.44, 4.90, 4.29, 3.94, 3.70, 3.41, 3.36, 2.87, 2.98, 3.98, 4.08, 4.13, 4.08, 4.17] e ao Preço de 171.00 R$/MWh.

​

Contrato-3: Quantidade de 5 MWmed com a seguinte modulação horária [4.17, 4.08, 4.13, 4.08, 3.98, 2.98, 2.87, 3.36, 3.41, 3.70, 3.94, 4.29, 4.90, 5.44, 5.95, 6.56, 6.55, 6.41, 6.76, 7.30, 7.16, 6.98, 6.41, 4.60] e ao Preço de 172.50 R$/MWh.

Planilha de Geração Eólica horária e PLD horário

Problema - 5
Problema da Venda de Geração Eólica no PLD horário com operação de um BESS (Battery Energy Storage System)

Vamos considerar que o Operador do BESS (dono do Parque Eólico) tem que decidir qual a estratégia de operação do BESS para maximizar a receita da venda de energia no Contrato-1 do problema anterior para os 90 dias. Ou seja, tem que ser determinado quantos MW´s o BESS vai carregar e descarregar em cada hora dos 90 dias, seguindo a expressão do cálculo da Receita abaixo.

Untitled.png

where:

Preçot: é o PLD horário (R$/MWh)

 BESSGER_t: é a Energia gerada pelo BESS durante a hora específica (MW)

 BESSCONS_t: é a Energia consumida pelo BESS durante a hora específica (MW)

Durante cada hora, a bateria ou está carregando, ou está descarregando ou ociosa, o que significa que BESSGER_t e BESSCONS_t não podem ser diferentes de zero simultaneamente.

Aspectos Técnicos do BESS: 10.0 MWh/5.0 MW; com Eficiência de Carregamento/Descarregamento de 95% e 90% respecivamente; e Garantia da Vida Útil de 3000 ciclos.

Esse problema está baseado no livro dos autores Daniel S. Kirschen and Goran Strbac, “Fundamentals of Power System Economics”, 2nd Edition, 2019.

Problema - 6 
Problema de Análise de Investimento em um BESS considerando o Leilão de Reserva de Capacidade (LRCAP) de 2024
Problema - 7 
Algo Trading em Comercialização de Energia Elétrica (Séries Históricas de Negociação de Produtos de Energia)

Série Histórica - para Algo Trading

Preço de fechamento semanal

Produto: Ano 2024 - Sudeste Convencional

Período: "1a semana de set/2019" a "1a semana de jul/2023"

Séries Históricas - para Algo Trading

Vários Produtos

Vários Submercados

Vários Períodos

Problema - 8
Problema dos CMO´s em Submercados
problema 4 Prova ABRACEEL - 2013.png

Prova ABRACEEL - 2013

Problema - 9
Problema das 6 companhias no "Southern Antarctica Electrical Energy Market"

Nesse problema têm-se as 3 visões:

 

1. Generation Company

 

2. Retailer

 

3. Trading Company

 

Além disso têm-se os seguintes mercados:

 

1. Forward Market de Longo-Prazo (geralmente efetuados de forma Bilateral)

 

2. Forward Market de Curto-Prazo (geralmente efetuados em Exchanges)

 

3. Derivative Market

 

4. Balancing Market (Spot Price)

imagem - problem - 3-3 - book - Kirschen

Problem 3.3 from Daniel S. Kirschen and Goran Strbac, “Fundamentals of Power System Economics”, 2nd Edition, 2019

Problema - 10
Electricity Retailer Problem
Untitled.png

Problem 4.1 from Daniel S. Kirschen and Goran Strbac, “Fundamentals of Power System Economics”, 2nd Edition, 2019

Problema - 11
Problema do Despacho Ótimo de uma Empresa de Gerção nos Mercados por Oferta (e não por Custo Auditado)
problems 4-6 4-7 4-8 e 4-9.png

Problem 4.6 -4.9 

from Daniel S. Kirschen and Goran Strbac, “Fundamentals of Power System Economics”, 2nd Edition, 2019

Segue abaixo um código em Matlab elaborado por Arthur Muller (arthurmuller.96@gmail.com) !!!

% Custos totais

 

x=50:0.01:500;
 

cta=15+1.4.*x+0.04.*x.^2;
ctb=25+1.6.*x+0.05.*x.^2;
ctc=20+1.8.*x+0.02.*x.^2;

 

plot(95.26,15+1.4*95.26+0.04*(95.26)^2,'r*')
hold on
plot(74.21,25+1.6*74.21+0.05*(74.21)^2,'r*')
plot(180.52,20+1.8*180.52+0.02*(180.52)^2,'r*')
plot(x,cta)
plot(x,ctb)
plot(x,ctc)

legend({'PA','PB','PC','Cta','Ctb','Ctc'},'Location','best')

​

% Custos marginais
x1=0:0.1:500;

 

cma=1.4+0.08.*x1;
cmb=1.6+0.1.*x1;
cmc=1.8+0.04.*x1;

 

y1=9.02-x1+x1;

 

figure(2)
plot(x1,cma)
hold on
plot(x1,cmb)
plot(x1,cmc)
plot(x1,y1)
legend({'Cma','Cmb','Cmc','Cm=9.02'},'Location','best')

​

CUSTOS_TOTAIS.jpg

Curvas dos Custos Totais das Unidades A, B e C.

 

Os pontos demonstrados nas Curvas representam

a geração de cada Unidade para o Prçeo de Mercado da Energia valendo 9.02 $/MWh 

CUSTOS_MARGINAIS.jpg

Curvas dos Custos Marginais das Unidades A, B e C.

​

A Reta Horizontal é o Valor de 9.02 $/MWh

Figure_1.png

Curva do Lucro da Unidade A para o Preço de Mercado igual a 9.02 $/MWh

Segue abaixo o código em Python !!!


#

# Problem 4.6 - Kirschen

#
 

import numpy as np

import matplotlib.pyplot as plt

​

vet_pot = np.linspace(10, 300, 1001)

 

Custo_Unit_A = 15 + (1.4*vet_pot) + (0.04*(vet_pot**2))
Custo_Unit_B = 25 + (1.6*vet_pot) + (0.05*(vet_pot**2))
Custo_Unit_C = 20 + (1.8*vet_pot) + (0.02*(vet_pot**2))

 

fig, ax = plt.subplots()
ax.plot(vet_pot, Custo_Unit_A, 'k--', label='Pa Cost')
ax.plot(vet_pot, Custo_Unit_B, 'k:', label='Pb Cost')
ax.plot(vet_pot, Custo_Unit_C, 'k', label='Pc Cost')

legend = ax.legend(loc='upper center', shadow=True, fontsize='x-large')

# Put a nicer background color on the legend.
legend.get_frame().set_facecolor('C0')

plt.xlabel('Pot (MW)')
plt.ylabel('Custo ($)')
plt.grid(True)
plt.show()

​

​

Problema - 12
Análise de Investimento em uma Planta de Hidrogênio utilizando Opções Reais

Os dados de CAPEX, OPEX, Financiamento e outros, serão utilizados do artigo publicado no SNPTEE-2023 do pdf abaixo.

E. Sodré, et al., “Análise de Risco da Viabilidade Técnico-Econômica de um Empreendimento de Produção de Hidrogênio Verde no Sistema Nordeste”, XXVII SNPTEE - Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia Elétrica, 26 a 29 de novembro de 2023 – CICB, Brasília-DF.

Johnathan Mun, “Real Options Analysis - Tools and Techniques for Valuing Strategic Investments and Decisions”. Publisher: Wiley; 2nd edition, November 4, 2005.

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