Enfrentando Desafios no Mercado Nacional de Eletricidade da Austrália

O Mercado Nacional de Eletricidade da Austrália (NEM) é um mercado de energia importante que opera em cinco estados e territórios da Austrália. Ele gerencia a oferta e a demanda de eletricidade, atendendo cerca de 10 milhões de clientes. No entanto, o NEM está enfrentando desafios, como o aumento do número de recursos de energia distribuída (DERs), como painéis solares no telhado e baterias, além da transição para atingir emissões líquidas zero. Isso torna a modelagem do sistema de energia vital para lidar com esses desafios e ajudar nas decisões relacionadas ao planejamento, operação e políticas de energia.

#Desafios no NEM

A integração dos DERs na infraestrutura da rede existente levanta preocupações sobre a estabilidade do sistema, confiabilidade e congestionamento em áreas com muitas instalações solares. Esse problema exige investimento em infraestrutura de rede e ajustes nas regulamentações para apoiar a integração dos DERs. Além disso, a busca por emissões líquidas zero traz complexidades na reforma do mercado de energia e na criação de incentivos para recursos renováveis. Incertezas nas políticas do governo também podem afetar decisões de investimento a longo prazo.

#Importância da Modelagem do Sistema de Energia

A modelagem do sistema de energia é essencial para entender e enfrentar os desafios no setor elétrico. Esses modelos oferecem insights em vários cenários, como implantação de energia renovável e melhorias na rede, ajudando no planejamento, operação e decisões de investimento. Isso garante a confiabilidade e a acessibilidade do sistema de energia.

Acesso a dados do sistema de energia é necessário para uma modelagem precisa, mas esses dados muitas vezes contêm informações confidenciais. Dados Sintéticos oferecem uma solução ao permitir que pesquisadores analisem diferentes cenários sem expor informações sensíveis. Usando dados sintéticos, engenheiros podem simular e analisar sistemas de energia, identificar problemas potenciais e testar novas técnicas para garantir a confiabilidade e a segurança do fornecimento de eletricidade.

Dados abertos são cruciais nos sistemas de energia, pois promovem transparência, eficiência e inovação. Dados abertos incentivam a colaboração e a troca de conhecimento entre organizações e pesquisadores, levando a práticas melhoradas no setor de energia.

#Modelo de Dados Sintéticos e Benchmarking

Para criar um modelo de sistema de energia útil, é utilizado um modelo de rede sintética baseado no NEM chamado de sistema S-NEM2300-bus. Esse modelo serve como um parâmetro de referência para estudos de otimização do sistema de energia. O modelo é aprimorado usando estruturas de dados existentes para garantir viabilidade por meio de estudos de fluxo de energia e fluxo de energia ótimo. O modelo atualizado, chamado de sistema S-NEM2000-bus, incorpora parâmetros adicionais como Limites Térmicos, categorias de combustível de geração e modelos de custo. Esse conjunto de dados aberto permite que pesquisadores realizem estudos de otimização no sistema de energia.

No entanto, é crucial notar que o sistema S-NEM2000-bus é um modelo sintético destinado a fins de pesquisa e não representa exatamente o NEM real. O modelo pode ser melhorado ao adicionar mais recursos e elementos para capturar melhor o NEM real e seu sistema de energia associado para estudos futuros.

#Estrutura do NEM

O NEM é um dos maiores sistemas de energia interconectados do mundo, com aproximadamente 40.000 km de linhas e cabos de transmissão. Ele opera em tempo real, equilibrando o fornecimento de eletricidade de grandes geradores, sistemas renováveis e DERs com a demanda por eletricidade. Com a integração de várias formas de DERs, como painéis solares no telhado e veículos elétricos, o NEM enfrenta vários obstáculos, incluindo congestionamento da rede e flutuações de tensão, que podem levar a cortes de energia.

A transição para emissões líquidas zero complica ainda mais o cenário, exigindo reforma do mercado de energia e mudanças regulatórias para incentivar a implantação de energia renovável. As incertezas em torno das políticas governamentais e do apoio às fontes renováveis podem dificultar os investidores a fazer planos de longo prazo.

#O Papel dos Dados Abertos

Dados abertos contribuem significativamente para o setor de sistemas de energia. Ao garantir acesso a conjuntos de dados publicamente disponíveis, eles permitem que pesquisadores e engenheiros analisem sistemas de energia sem comprometer informações sensíveis. O desenvolvimento de uma biblioteca abrangente de conjuntos de dados da rede de transmissão facilitou a realização de estudos de otimização pelos pesquisadores.

A liberação de modelos de rede sintéticos ajuda a facilitar vários estudos, como simulações de mercado e o impacto de projetos em grande escala no sistema de energia como um todo. Dados abertos da rede para a rede de transmissão do NEM combinam conjuntos de dados de rede e geração e localizações geoespaciais dos elementos da rede, permitindo integração com dados históricos de carga e despacho de geradores.

#Melhorando o Modelo de Rede Sintética

O modelo de rede S-NEM2300 serve como base para o desenvolvimento do modelo de referência S-NEM2000. Ao refinar o modelo de dados para refletir o comportamento viável do fluxo de potência em regime permanente, os engenheiros podem identificar ineficiências potenciais dentro do sistema. O processo envolve limpeza e aprimoramento dos dados relacionais de entrada para desenvolver um modelo de dados bem estruturado para estudos de otimização.

Os modelos de dados PowerModels.jl e MATPOWER são críticos para avaliar problemas de otimização da rede de energia. Usando esses modelos, os dados podem ser organizados e analisados para facilitar avaliações computacionais de novas formulações e algoritmos na rede elétrica.

#Lidando com Limitações de Dados

Embora o modelo S-NEM2300 forneça uma base útil, ele tem limitações. Os dados sintéticos originais representam um instantâneo do NEM durante um dia de verão em 2018, o que significa que não inclui todos os geradores que podem ter estado em operação naquela época. Além disso, não há detalhes específicos sobre as classificações térmicas de linhas e transformadores.

Para resolver essas limitações, esforços são feitos para integrar limites térmicos e tipos de combustível de geração no novo modelo S-NEM2000. Ao examinar conjuntos de dados existentes, os engenheiros podem derivar modelos para definir limites térmicos apropriados com base em dados estatísticos. Dessa forma, o modelo de referência pode incorporar restrições realistas e melhorar sua representação do NEM.

#Desenvolvimento de Modelos de Limite Térmico

Na prática, limites térmicos podem ser calculados facilmente se o tipo de condutor e o comprimento da linha estiverem disponíveis. No entanto, o conjunto de dados sintético inclui principalmente valores de impedância das linhas e tensões nominais dos barramentos. Para aprimorar o modelo usando dados disponíveis, modelos de regressão linear ajudam a determinar limites térmicos com base na reatância da linha, resistência da linha e tensão nominal.

Dados de outros sistemas de energia, como os da Polônia e Irlanda, informam o desenvolvimento de limites térmicos no modelo sintético. Ao garantir que o modelo sintético se alinhe mais de perto com sistemas do mundo real, ele se torna uma melhor ferramenta para pesquisa e análise.

#Gerando Modelos de Geradores

As classificações dos geradores no modelo sintético precisam refletir os tipos de combustível encontrados no NEM real. Usando conjuntos de dados existentes, os modelos podem categorizar os tipos de combustível dos geradores como carvão negro, carvão marrom, gás, solar, eólico e hidrelétrico. Essa classificação permite que o modelo represente a mistura de geração do NEM de forma mais precisa.

Para atribuir propriedades dos geradores e dados de custo de combustível, uma revisão detalhada dos recursos disponíveis pode ser realizada. Esses dados podem ajudar a modelar propriedades operacionais, como custos de inicialização, taxas de rampa e eficiência geral, que são cruciais para a otimização do fluxo de energia.

#Estudo Objetivo sobre Fluxo de Energia

Uma parte essencial do desenvolvimento do modelo de fluxo de energia aberto envolve a execução de estudos de fluxo de energia ótimo. Esses estudos avaliam a minimização de custos de geração e ajudam a analisar o equilíbrio de mercado e o compromisso de unidades. Com o modelo S-NEM2000 concluído, os engenheiros podem realizar simulações otimizadas que podem informar decisões na geração de energia e alocação de recursos.

A natureza aberta do modelo S-NEM2000 significa que pesquisadores podem contribuir para melhorias contínuas e compartilhar descobertas, permitindo melhor colaboração entre os profissionais. O engajamento da comunidade ajudará a aprimorar o modelo, garantindo sua relevância e precisão.

#Gerenciando Atualizações do Modelo

No futuro, o modelo S-NEM2000 precisará de atualizações e refinamentos contínuos. Adicionar componentes como linhas de Corrente Contínua em Alta Tensão (HVDC) melhorará seu potencial de simulação. As linhas HVDC desempenham um papel significativo na conexão de regiões dentro do NEM e a sua incorporação no modelo levará a simulações de fluxo de energia mais precisas.

Além disso, a integração de perfis detalhados de carga e geração proporcionará uma melhor compreensão da dinâmica em tempo real dentro do NEM. Isso ajudará os pesquisadores a realizar avaliações mais precisas do desempenho do sistema e otimizar estratégias para gestão de energia.

#Conclusão

Em resumo, o desenvolvimento do modelo S-NEM2000 representa um avanço significativo na pesquisa relacionada ao Mercado Nacional de Eletricidade da Austrália. Com sua estrutura de acesso aberto, este modelo permite estudos de otimização e a análise de vários cenários relacionados ao planejamento de energia.

À medida que o cenário energético evolui, as ferramentas usadas para análise também devem evoluir. O modelo S-NEM2000 representa uma base sólida para pesquisa, colaboração e melhoria contínua na área. Engajar-se com a comunidade ajudará a desenvolver ainda mais o modelo, garantindo que ele continue sendo um recurso valioso para a otimização do sistema de energia na Austrália.

O trabalho contínuo visa aprimorar o modelo incorporando novas fontes de dados e refinando seus componentes. Ao promover a colaboração entre pesquisadores e partes interessadas, o S-NEM2000 pode se tornar uma ferramenta essencial para entender e moldar o futuro do mercado de energia australiano.