A interdisciplinaridade Aplicada ao Despacho Otimizado das Redes Integradas de Energia Elétrica e de Gás Natural utilizando o Algoritmo Genético
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v10i2.12641Palavras-chave:
Interdisciplinaridade; Geração de energia elétrica; Algoritmo genético; Gás natural.Resumo
Este artigo propõe um método baseado em algoritmo genético (AG) para o despacho ótimo com restrição de segurança de redes integradas de energia elétrica e gás natural, considerando cenários operacionais em ambos os sistemas de energia, demonstrando a importância do ensino interdisciplinar nos conteúdos acadêmicos de Matemática, Física e Computação na modelagem de problemas das Engenharias. A formulação matemática do problema de otimização consiste em uma função multiobjetivo que visa minimizer, tanto os custos da geração térmica (utilizando processos baseados em óleo diesel e gás natural), quanto à produção e ao transporte do gás natural. O sistema gás-eletricidade é modelado por dois grupos separados de equações não lineares, que são resolvidos pela combinação do método de Newton com AG. A aplicabilidade do método proposto é testada na rede de gás belga integrada ao sistema de teste IEEE de 14 barras e em uma rede de gás natural de 15 nós integrada ao sistema de teste IEEE-118 barras. Os resultados demonstram, com excelentes níveis de precisão e acurácia, que o método proposto oferece soluções eficientes e seguras para diferentes cenários de operação em ambos os sistemas de energia, doravante o estudo de caso executado pelo grupo de pesquisa Gradiente de Modelagem Matemática e Simulação Computacional – GM²SC, vinculado ao Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do Pará – IFPA Campus Ananindeua.
Referências
An, S., Li, Q., & Gedra, T. W., (2003). Natural gas and electricity optimal power flow, in Proc. IEEE/PES Transmission and Distribution Conf. Expo. vol. 1, pp. 7–12.
Arnold, M. & Andersson, G. (2008). Decomposed electricity and natural gas optimal power Flow. Proceedings of 16th Power Systems Computation Conf. (PSCC), Glasgow, Scotland.
Bernades, D. M., Celeste, W. C., Diniz Chaves, G. de L. (2020). Energy efficiency in urban public lighting: literature review of equipment and technologies. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n°. 7, p. e606973957. DOI: 10.33448/rsd-v9i7.3957. Available in: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/3957.
Chaudry, M., Jenkins, N. & Strbac, G. (2008). Multi-time period combined gas and electricity network optimization. Elec. Power Syst. Research, Vol. 78, n°. 7, pp. 1265-1279. 2008.
Costa, Denis C. L., Nunes, Marcus V.A., Vieira, João P.A. & Bezerra, Ubiratan H. (2016). Decision tree-based security dispatch application in integrated electric power and natural-gas networks. Electric Power Systems Research 141 (2016) 442–449.
Cruz, H. M. Da., Barros, R. M., Santos, I. F. S. dos, Tiago Filho, G. L. (2019). Study of the potential of generation of electric energy from the biogas of digestion anaerobia of food residues. Research, Society and Development, [S. l.], v. 8, n°. 5, p. e3785811. DOI: 10.33448/rsd-v8i5.811. Available in: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/811.
El-Mahdy, O. F. M., Ahmed, M. E. H. and Metwalli, S. (2010). Computer aided optimization of natural gas pipe networks using genetic algorithm. Applied Soft Computing, Vol 10, n° 4. pp. 1141-1150.
Geidl, M. & Andersson, G. (2007). Optimal power flow of multiple energy carriers. IEEE Trans. Power Syst. Vol. 22, n°. 1, pp. 145-155.
IDEC, Brazilian Institute of Consumer Protection, 2020. Published by: Climate and Society Institute - ICS. Available: www.idec.org.br.
Kaplan, S. M. (2010). Displacing coal with generation from existing natural gas-fired power Plants. CRS Report for Congress, 7-5700, R41027. Available: http://assets.opencrs.com/rpts.
Liu, C., Shahidehpour, M., Fu, Y., & Z. Li. (2009). Security-constrained unit commitment with natural gas transmission constraints. IEEE Trans. Power Syst., vol. 24, n°. 3, pp. 1523–1536.
Maimoni, F. P., Cardoso, R. B. (2020). Economic feasibility analysis for alternatives to use solar energy in homes in the State of Minas Gerais, Brazil. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n°. 8, p. e853986221. DOI: 10.33448/rsd-v9i8.6221. Available in: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/6221.
Mares, A. M. & Esquivel, C. R. F. (2012). A unified gas and power flow analysis in natural gas and electricity coupled networks. IEEE Trans. Power Syst., vol. 27, n°. 4, pp. 2156–2166.
Munoz, J., Jimenez-Redondo, N., Perez-Ruiz, J. & Barquin, J. (2003). Natural gas network modeling for power systems reliability studies. in Proc. IEEE/PES General Meeting, vol. 4, pp. 23–26.
Nascimento, B. Z., Catelan, T. C., Chaves, G. de L. D., Celeste, W. C. (2019). Evaluation of the Viability of Implementation of Renewable Hybrid Systems for Energy Access in the Amazon Region. Research, Society and Development, [S. l.], v. 8, n°. 10, p. e448101415. DOI: 10.33448/rsd-v8i10.1415. Available in: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/1415.
Osiadacz, A. J. (1987). Simulation and analysis of gas networks. London: E. & F. N. Spon. pp. 273.
Pereira, A. S., Shitsuka, D. M., Parreira, F. J. & Shitsuka, R. (2018). Metodologia da pesquisa científica. [e-book]. 1ª Ed. Santa Maria, RS. Universidade Federal de Santa Maria – UFSM. Núcleo de Tecnologia Educacional - NTE. Disponível em: https://repositorio.ufsm.br/bitstream/handle/1/15824/Lic_Computacao_Metodologia-Pesquisa-Cientifica.pdf?sequence=1.
PSTCA. Power Systems Test Case Archive. (1993). Available: http://www.ee.washington.edu/research/pstca/.
Quelhas, A., Gil, E., McCalley, J. D. & Ryan, S. M. (2007). A multiperiod generalized network flow model of the U.S. integrated energy system: Part I - Model description. IEEE Trans. Power Syst., vol. 22, n°. 2, pp. 829–836.
Shahidehpour, M., Fu, Y. & Wiedman, T. (2005). Impact of natural gas infrastructure on electric power systems. Proc. IEEE, vol. 93, n°. 5, pp. 1042–1056.
Spinola, L., Almeida, F. C. P. de, Menezes, M. A., Facó, J. F. B. (2020). Contextualizing interdisciplinarity: a case study at the Federal University of ABC. Research, Society and Development, [S. l.], v. 9, n. 3, p. e81932456. DOI: 10.33448/rsd-v9i3.2456. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/2456.
Tao, L., Eremia, M. & Shahidehpour, M. (2008). Interdependency of natural gas network and power systems security. IEEE Trans. Power Syst., vol. 23, n°. 4, pp. 1817–1824.
Unsihuay, C., Lima, J. W. Marangon, & Souza, A. C. Zambroni. (2007). Modeling the integrated natural gas and electricity optimal power flow. in Proc. IEEE/PES General Meeting, pp. 24–28.
Wolf, D. & Smeers, Y. (1996). Optimal dimensioning of pipe networks with application to gas transmission networks. Operations Research, vol. 44, n°. 4, pp. 596-608.
Wolf, D. & Smeers, Y. (2000). The Gas transmission problem solved by an extension of the simplex algorithm. Management Science, vol. 46, n°. 11, pp. 1454-1465.
Downloads
Publicado
Como Citar
Edição
Seção
Licença
Copyright (c) 2021 Heictor Alves de Oliveira Costa; Denis Carlos Lima Costa; Lair Aguiar de Meneses
Este trabalho está licenciado sob uma licença Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Autores que publicam nesta revista concordam com os seguintes termos:
1) Autores mantém os direitos autorais e concedem à revista o direito de primeira publicação, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons Attribution que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
2) Autores têm autorização para assumir contratos adicionais separadamente, para distribuição não-exclusiva da versão do trabalho publicada nesta revista (ex.: publicar em repositório institucional ou como capítulo de livro), com reconhecimento de autoria e publicação inicial nesta revista.
3) Autores têm permissão e são estimulados a publicar e distribuir seu trabalho online (ex.: em repositórios institucionais ou na sua página pessoal) a qualquer ponto antes ou durante o processo editorial, já que isso pode gerar alterações produtivas, bem como aumentar o impacto e a citação do trabalho publicado.
