PD&I
Otimização de sistemas e cadeias de suprimentos
A PSR desenvolve algoritmos para maximizar eficiência e reduzir custos.
Projetos realizados
Combinamos pesquisa operacional e modelagem matemática para trazer mais inteligência e eficiência a sistemas e cadeias de suprimentos. Os projetos a seguir são exemplos práticos de como aplicamos a otimização para aumentar a eficiência, aprimorar o planejamento e maximizar os resultados para nossos clientes. Explore cada caso para conhecer as soluções desenvolvidas.
UK Pact – Energy Transition and Industrial Descarbonization in Brazil – Support the Steel Industry to Achieve Sectoral Mitigation Goals
O Modelo CarbSteeler constitui um modelo matemático de otimização de custos para avaliar as distintas rotas de descarbonização do setor siderúrgico brasileiro. Ele integra recursos e fatores locais — englobando tecnologias, processos e aspectos econômicos, como economias de escala e sinergias potenciais com outras indústrias via compartilhamento de recursos em clusters geográficos. Os principais recursos analisados abrangem biomassa, biocarvão, biometano, hidrogênio, gás natural, coque, eletricidade, sucata, minério de ferro e água. Os processos contemplados no modelo incluem a produção de hidrogênio verde, biocarvão, gusa, ferro briquetado a quente (HBI) e aço, tanto por Forno Elétrico a Arco (FEA) quanto por Forno a Oxigênio Básico (FOB). O modelo opera sob restrições como balanços de energia e massa entre processos, requisitos regulatórios (incluindo certificação verde), volumes de produção anual de aço para simular cenários atuais e futuros, e um orçamento anual de emissões. Essas restrições asseguram que o modelo considere as realidades operacionais e regulatórias. A função objetivo e as restrições do modelo são flexíveis, permitindo, por exemplo, maximizar a produção de aço de baixo carbono dentro de um orçamento de emissões estabelecido, ou minimizar as emissões para uma demanda de produção de aço específica. Adicionalmente, o modelo engloba custos de investimento e de Operação e Manutenção (O&M), ajustados conforme a escala.
Sistemática de Leilão Combinatório para os Produtos de Lastro e Energia no Setor Elétrico Brasileiro
Este projeto de P&D tem como objetivo propor uma nova sistemática de leilões que permite a contratação eficiente dos atributos necessários ao Sistema Elétrico Brasileiro (SEB) – em especial energia e lastro de produção, de modo a garantir a adequabilidade de suprimento e permitindo a participação dos diferentes recursos de geração, sistemas de armazenamento e resposta pela demanda. O projeto divide-se em cinco etapas: (i) Revisão da literatura, incluindo análise de experiências internacionais relacionadas a leilões multiproduto, especificamente direcionados à comercialização de energia elétrica e produtos relacionados à segurança de suprimento; (ii) Proposta de sistemática para leilão combinatório, envolvendo a elaboração do desenho, algoritmo e sistemática de leilões combinatórios, baseando-se no novo desenho de mercado proposto para o Setor Elétrico Brasileiro; (iii) Desenvolvimento da ferramenta computacional, envolvendo o desenvolvimento de uma ferramenta para resolver o problema de otimização definido na etapa anterior; (iv) Workshops, incluindo a realização de três workshops com o objetivo de disseminar o conhecimento junto a públicos internos e externos, bem como coletar novas visões sobre os temas; e (v) Relatório Técnico e proposta para implementação dos Leilões Combinatórios, incluindo a consolidação de sugestões de melhorias recebidas nos workshops sobre o desenho proposto e as necessidades de adequação regulatória para adaptação às mudanças propostas no novo desenho de leilões.
Propostas de Metodologias para a Formação de Preços por Oferta no Brasil
O projeto tem como objetivo pesquisar alternativas metodológicas e propor um mecanismo de despacho e formação dos preços de curto prazo a partir de ofertas efetuadas pelos agentes que concilia as características do Sistema Elétrico Brasileiro (SEB), como a garantia de coordenação hidrotérmica quando diferentes empresas são proprietárias de hidrelétricas na mesma cascata e o compartilhamento do risco hidrológico sistêmico. O projeto é composto por 3 fases: (i) Desenho conceitual, (ii) Desenho detalhado com uma proposta concreta de implementação de oferta de preços no Brasil, e (iii) Modelagem computacional de ferramentas analíticas que viabilizam que outros agentes e pesquisadores realizam exercícios quantitativos similares e explorações adicionais.
Sistema de Avaliação de Geração (Genesys) – Redesenvolvimento do Software
Este projeto tem como objetivo fornecer um software de modelagem que atualize e aprimore o modelo GENESYS utilizado pelo cliente para entender melhor os impactos das mudanças na operação do sistema hidrelétrico no sistema de energia regional e desenvolver seu plano de energia regional. O software de modelagem redesenhado tem as seguintes características: (i) Melhorar a simulação horária do software da operação de recursos de geração (mantendo o método Monte Carlo); (ii) Permitir a inclusão de variáveis aleatórias adicionais para a simulação de Montecarlo; (iii) Avaliar outras possíveis medidas de adequação; (iv) Incorporar reservas em um despacho otimizado; (v) Melhorar a representação de mercado; (vi) Incluir contabilidade de combustível e erro de previsão; (vii) Modelar recursos de geração variável, como eólicas e solares. O projeto inclui também um treinamento para colaboradores do cliente no modelo desenvolvido.
Sistema de Otimização do Fornecimento de Carvão Mineral para Usinas Termelétricas (MOCCA)
O projeto tem como objetivo e desenvolvimento do MOCCA (Modelo de Otimização de Contratação de Carvão), um sistema que otimiza a estratégia de contratação e a programação do transporte de carvão mineral para usinas termelétricas. As atividades do projeto incluem: (i) Formulação matemática do modelo de otimização de aquisição de carvão; (ii) Especificação do sistema de otimização; (iii) Implementação do modelo de otimização; (iv) Implementação das interfaces de gerenciamento de dados; e (v) Implementação de modelos auxiliares para análise de resultados.
Operação Estocástica Horária e Reserva de Potência para o SIN com Incertezas de Fontes Renováveis
Nova metodologia e modelo matemático computacional que contempla o resultado do DESSEM, mas com resolução horária, representando a operação sob incerteza da demanda e produção cada vez mais intermitente, co-otimizando a reserva de potência operativa de curto prazo de maneira probabilística.
O número de restrições do problema de despacho estocástico é reduzido devido à técnica de affine rules. O primeiro conjunto de equações e restrições do modelo representa uma “trajetória operativa de referência”, dada pela estimativa de máxima verossimilhança dos cenários ponderados de demanda, renováveis etc. Um segundo conjunto adicional de equações e restrições representa o fato de os valores realizados de produção renovável e demanda, a cada hora, serem diferentes das previsões. Como consequência, é necessário fazer um ajuste operativo (desvio com relação à trajetória de referência). As variáveis de decisão do problema de otimização sob incerteza são os coeficientes de ajuste de cada gerador (similar ao Controle Automático de Geração), conhecidos na literatura como affine decision rules. O problema final corresponde a um modelo de programação inteira mista (MIP) de grande porte. Um resultado adicional do modelo é a reserva de geração dinâmica.
Planejamento integrado e flexível de sistemas de transmissão
Este Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento tem como objetivo: (i) desenvolver metodologias para determinar o portfólio mais adequado de equipamentos e procedimentos operativos que maximizam a flexibilidade e confiabilidade do sistema de transmissão; (ii) desenvolver modelos computacionais para simulação de sistemas de transmissão flexíveis; e (iii) desenho de propostas de arcabouço regulatório que incentivam a adoção do portfólio mais eficiente e asseguram a remuneração dos investimentos.
Modelo Econômico e Socioambiental da Produção de Hidrogênio e Produtos de Baixo Carbono na Indústria Sucroalcooleira
O objetivo desse projeto é analisar os energéticos de baixo carbono que podem ser produzidos a partir da cana-de-açúcar, incluindo hidrogênio, biogás, etanol e SAF, com foco em verificar seu potencial de produção e competitividade frente a outras rotas. Para isso, é feita uma análise de mercado existente e futuro de cada um desses produtos e é desenvolvida uma ferramenta computacional capaz de otimizar o uso da cana para ter o maior retorno com a atividade produtiva.
Modelagem de Termelétricas e Terminal de Regaseificação para Nomeação de Cargas de GNL sob Incertezas
Este projeto foca na modelagem e otimização da operação de termelétricas integradas com terminais de regaseificação, considerando as incertezas operativas. A operação envolve a aquisição de Gás Natural Liquefeito (GNL), transportado por navios e armazenado em terminais flutuantes, que regaseificam e enviam o gás para as termelétricas. O processo enfrenta desafios como condições climáticas, atrasos logísticos, variações nos preços e incertezas no despacho energético. Para lidar com essas incertezas, o projeto utiliza técnicas de otimização estocástica, buscando minimizar custos operativos com base em cenários de previsão. Além disso, são modeladas alternativas de investimento, como novas unidades de armazenamento e usinas térmicas, para avaliar estratégias de expansão.
Metodologia para determinação de estratégia de contratação do MUSD
Metodologia e ferramenta computacional para a determinação do MUSD ótimo a ser contratado nos pontos de conexão entre a rede da distribuidora e as Empresas Supridoras, baseada em simulações que capturam incertezas relativas à geração distribuída, à demanda e à disponibilidade de equipamentos.
A técnica empregada é baseada em:
Abordagem estocástica: criação de cenários temporal e espacialmente coerentes de geração e carga do sistema interno da distribuidora e do restante do SIN;
Para a amostragem dos cenários de geração e carga utiliza-se técnicas tanto de séries temporais como de amostragem não-paramétrica;
Integração do sistema interno da distribuidora e suas relações com o SIN para a criação de cenários de carga e geração;
O horizonte de simulação multi-anual (4 anos) é discretizado em intervalos de tempo de 15 minutos, e simulações de fluxo de potência são realizadas para cada discretização temporal;
Primeiramente, sondagem de todos os casos correspondentes a discretizações temporais de 15 minutos por fluxo de potência linearizado sem perdas, e depois simulações dos casos com fluxos mais severos nos pontos de conexão com representação de perdas;
Contratação integrada do MUSD/MUST, sob critério de risco: abordagem de programação matemática clássica.
Inserção de Armazenamento para Suporte à Geração Eólica
O estudo possui as seguintes atividades: (i) aplicar sistemas de armazenamento para apoio à operação de centrais eólicas; (ii) desenvolver metodologia que proporcione o correto dimensionamento e escolha do local mais apropriado para tais sistemas; (iii) análises internacionais; (iv) avaliação dos benefícios dos sistemas de armazenamento para o sistema interligado; (v) avaliar os possíveis modelos de mercado; e (vi) analisar as dificuldades atuais para a implementação destes sistemas.
Ampliação dos Leilões de Expansão no Modelo Institucional do Setor Elétrico
Este projeto tem como objetivo desenvolver estudos que levam ao aprimoramento, formatação e disseminação de leilões regionais de energia elétrica voltados para o mercado livre e ao desenvolvimento e operacionalização de leilões de expansão para acrescentar capacidade de atendimento à ponta de carga do sistema elétrico nacional.
Aerogerador Integrado às Fontes de Energia Solar, Storage e Hidráulica como Plataforma de Desenvolvimento
Este projeto desenvolve um sistema inteligente de geração híbrida para PD&I e com controle apto à operação e manutenção estável e melhorada, com simuladores em tempo real para otimização de desempenho e com capacidade de produção qualificada baseada em previsão temporal do sistema em escala de hora, dias e meses.
A intermitência solar e eólica em usinas elétricas pode causar instabilidades em todo o sistema elétrico e na rede local. Soluções tecnológicas recentes apontam para o uso integrado de plantas eólicas e solares num mesmo local. Este projeto visa contribuir para uma integração mais inteligente do sistema nacional de energia e mais adequado às características locais, tendo como base a energia eólica integrada a outros processos de conversão de energia. São introduzidos equipamentos e sistemas que representam uma alternativa inovadora para a melhoria da qualidade, eficiência e confiabilidade do sistema de geração de energia elétrica. O projeto se configura como uma excelente oportunidade para implantação de uma plataforma para desenvolvimento de soluções para melhoria da operação, supervisão e controle inteligentes e integrados, disponibilizando as melhores tecnologias emergentes.
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