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[en] BUCKET-INDEXED FORMULATION: A NEW APPROACH TO SOLVE PARALLEL MACHINE SCHEDULING PROBLEM / [pt] FORMULAÇÃO BUCKET-INDEXED: UMA NOVA ABORDAGEM PARA RESOLVER O PROBLEMA DE PROGRAMAÇÃO DE MÁQUINAS PARALELASLUANA MESQUITA CARRILHO 20 December 2019 (has links)
[pt] A programação de máquinas é um processo de tomada de decisão que desempenha um importante papel na maioria das indústrias de manufatura e serviços. Esta dissertação aborda o problema de programação de máquinas paralelas idênticas sem preempção, considerando características da programação de data de liberação e data limite para execução do início das tarefas, restrição de precedência entre pares de tarefas, elegibilidade e disponibilidade de máquinas. Para resolver este problema, uma formulação de programação linear inteira mista é proposta. O novo modelo, chamado de bucket-indexed (BI), particiona o horizonte de planejamento em períodos de tempos de mesmo tamanho (buckets). O tamanho dos buckets é um par
âmetro que varia de acordo com a instância e influencia o porte do modelo, podendo assumir valores entre 1 e o menor tempo de processamento das tarefas. Quanto maior o tamanho do bucket, menor é o número de buckets criados e, consequentemente, menor o porte do modelo. A formulação proposta é testada em instâncias reais referentes ao problema de programação de sondas para construção de poços de petróleo de uma indústria brasileira de óleo e gás. A fim de avaliar os resultados obtidos pela formulação BI, a
formulação clássica time-indexed (TI) foi também implementada para comparação dos tempos computacionais e qualidade da solução. Os resultados da formulação proposta apontam um melhor desempenho nas instâncias testadas, reduzindo o tempo computacional em todos os casos e resolvendo
instâncias de grande porte não resolvidas pela formulação TI. / [en] Machine scheduling is a decision-making process that plays an important role in most manufacturing and service industries. This dissertation tackles a nonpreemptive identical parallel machine scheduling problem, considering release dates, deadlines, precedences, eligibility, and machine availability constraints. To solve this problem, a mixed-integer linear programming formulation is proposed. The new model, called bucketindexed, partitions the planning horizon in periods of equal length (buckets). The bucket size is a parameter which varies according to instances and influences the model size, assuming values between 1 and the shortest processing time of jobs. The larger the bucket size, the smaller is the number of buckets created and, consequently, the smaller the model size. The proposed formulation is tested in real instances of the rig scheduling problem for a Brazilian oil and gas industry. To evaluate the results obtained
by the BI formulation, the classical time-indexed (TI) formulation was also implemented for comparison of computational times and solution quality. The results of the proposed formulation highlight a better performance in all the tested instances, reducing computational time in all cases and solving large instances unsolvable by the TI formulation.
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[pt] AVALIAÇÃO ECONÔMICA DE USINAS VIRTUAIS DE ENERGIA SOLAR E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA EM BATERIAS NO CONTEXTO DA LEI 14.300/2022 DESENHADO A PARTIR DE UM MODELO ESTOCÁSTICO DE PROGRAMAÇÃO LINEAR INTEIRA MISTA / [en] ECONOMIC EVALUATION OF VIRTUAL POWER PLANTS COMBINING PHOTOVOLTAIC SYSTEMS AND BATTERY ENERGY STORAGE SYSTEMS UNDER LAW 14.300/2022 SCENARIO USING A STOCHASTIC MIXED-INTEGER LINEAR PROGRAMMING MODELKARINA MOSQUEIRA VALENTE 20 May 2024 (has links)
[pt] A perspectiva de queda nos preços dos sistemas fotovoltaicos e sistemas de
armazenamento de energia elétrica em baterias trouxe a possibilidade de maior
viabilidade econômica de projetos envolvendo recursos energéticos distribuídos.
No Brasil, a Resolução Normativa 482/2012 regulamentou a micro e mini
geração distribuída, estimulando, portanto, a integração desses recursos nas
redes de distribuição. Com a promulgação da Lei brasileira 14.300/2022, os
projetos de micro e mini geração distribuída foram impactados, uma vez que o
sistema de compensação de energia elétrica passou a ser parcial, o que demanda
agregar valor aos modelos de negócios baseados em geração distribuída.
Este trabalho propõe um modelo de Programação Linear Inteira Mista
estocástico com o objetivo de avaliar a viabilidade econômica de usinas virtuais compostas por diferentes configurações de recursos energéticos distribuídos, envolvendo baterias e painéis fotovoltaicos. Para atingir esse propósito,
o modelo busca dimensionar o contrato de energia anual ótimo, fornecendo
também a operação diária das baterias. Além de levar em consideração os
aspectos da Lei 14.300/2022, o modelo incorpora a prática de arbitragem tarifária. Colaborando, assim, com estudos que analisam os impactos regulatórios
sobre empreendimentos envolvendo baterias e painéis fotovoltaicos no contexto
brasileiro.
Com o intuito de abordar o tema de maneira ampla, o modelo proposto foi
implementado para recursos energéticos distribuídos organizados como usina
virtual, contendo: (i) um sistema fotovoltaico; (ii) um sistema de armazenamento de energia em baterias; (iii) um sistema híbrido (composto por um
sistema fotovoltaico e um sistema de armazenamento de energia em baterias);
e (iv) o estudo de caso da distribuidora de energia elétrica brasileira Energisa
Tocantins. Em todas as aplicações, analisou-se a viabilidade econômica da
usina virtual para as tarifas da Energisa Tocantins e outras 34 distribuidoras
brasileiras, representando pelo menos uma distribuidora por estado brasileiro.
Além disso, foram feitas comparações em relação à data de início de operação da usina virtual, evidenciando o impacto da Lei 14.300/2022 na viabilidade econômica das usinas virtuais analisadas, mostrando, assim, o impacto
da referida lei nos projetos de geração distribuída no Brasil. No estudo de
caso da distribuidora de energia elétrica brasileira Energisa Tocantins, foi realizada uma análise adicional contemplando aspectos da rede de distribuição
da própria Energisa Tocantins, onde os recursos energéticos distribuídos estão
alocados. Nessa análise adicional, foram avaliadas as perdas elétricas e seus
custos, bem como o perfil de tensão para dois casos de operação das baterias
e para o caso base, que seria o caso sem recursos energéticos distribuídos na
rede de distribuição Energisa Tocantins.
Os resultados evidenciaram que a implementação da Lei 14.300/2022
reduziu a atratividade de projetos envolvendo geração distribuída. No entanto,
em sua maioria, considerando os parâmetros adotados deste estudo, esses
projetos ainda se mostram viáveis economicamente. Levando em consideração
as perdas elétricas e o perfil de tensão, a integração de recursos energéticos
distribuídos na rede de distribuição pode trazer benefícios elétricos e redução
de custos, dependendo da operação dos recursos energéticos distribuídos,
demonstrando sua capacidade de fornecer serviços ancilares ao sistema elétrico.
Além disso, os sistemas fotovoltaicos ainda apresentam maior competitividade
se comparados com os sistemas híbridos ou os sistemas de armazenamento de
energia em baterias, proporcionando retornos financeiros mais atrativos. Por
fim, as diferentes amplitudes tarifárias influenciam diretamente na viabilidade
de projetos de geração distribuída envolvendo sistemas de armazenamento de
energia, já que quanto maior a amplitude tarifária, maior será a arbitragem
tarifária que tais sistemas podem proporcionar. / [en] The prospect of declining prices in photovoltaic systems and battery energy storage systems has brought about the possibility of greater economic
viability for projects involving distributed energy resources. In Brazil, Regulatory Resolution 482/2012 regulated micro and mini distributed generation,
thereby encouraging the integration of these resources into distribution networks. With the enactment of Brazilian Law 14.300/2022, projects involving
micro and mini distributed generation were impacted, as the net metering
system for electricity became partial, demanding the addition of value to distributed generation-based business models.
This work proposes a stochastic Mixed Integer Linear Programming
model aimed at evaluating the economic feasibility of virtual power plants
composed of different configurations of distributed energy resources, involving
batteries and photovoltaic panels. To achieve this purpose, the model seeks
to size the optimal annual energy contract, also providing the daily operation
of the batteries. In addition to considering the aspects of Law 14.300/2022,
the model incorporates tariff arbitrage practice, thus contributing to studies
analyzing regulatory impacts on ventures involving batteries and photovoltaic
panels in the Brazilian context.
In order to comprehensively address the topic, the proposed model was
implemented for distributed energy resources organized as virtual power plant,
containing: (i) a photovoltaic system; (ii) a battery energy storage system;
(iii) a hybrid system (composed of a photovoltaic system and a battery
energy storage system); and (iv) the case study of the Brazilian electric utility
Energisa Tocantins. In all applications, the economic viability of the virtual
power plant was analyzed for the tariffs of Energisa Tocantins and 34 other
Brazilian distributors, representing at least one distributor per Brazilian state.
Additionally, comparisons were made regarding the start date of operation of
the virtual power plant, highlighting the impact of Law 14.300/2022 on the
economic viability of the analyzed virtual power plants, thus demonstrating
the impact of said law on distributed generation projects in Brazil. In the case
study of the Brazilian electric utility Energisa Tocantins, an additional analysis
was conducted considering aspects of Energisa Tocantins distribution network,
where distributed energy resources are allocated. In this additional analysis,
electrical losses and their costs, as well as voltage profiles for two battery
operation scenarios and the base case (i.e., the case without distributed energy
resources in the Energisa Tocantins distribution network) were evaluated.
The results showed that the implementation of Law 14.300/2022 reduced
the attractiveness of projects involving distributed generation. However, for the
most part, considering the parameters adopted in this study, these projects
still demonstrate economic viability. Taking into account electrical losses
and voltage profiles, the integration of distributed energy resources into
the distribution network can bring electrical benefits and cost reductions,
depending on the operation of the distributed energy resources, demonstrating
their ability to provide ancillary services to the electrical system. Furthermore,
photovoltaic systems still exhibit greater competitiveness when compared to
hybrid systems or battery energy storage systems, providing more attractive
financial returns. Finally, different tariff amplitudes directly influence the
viability of distributed generation projects involving energy storage systems,
as the greater the tariff amplitude, the greater the tariff arbitrage that such
systems can provide.
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[en] ON THE COMPARISON OF COMPUTATIONALLY EFFICIENT QUOTA-SHARING METHODOLOGIES FOR LARGE-SCALE RENEWABLE GENERATION PORTFOLIOS / [pt] COMPARAÇÃO DE METODOLOGIAS COMPUTACIONALMENTE EFICIENTES PARA RATEIO DE QUOTAS DE PORTFOLIOS DE GERAÇÃO DE ENERGIA RENOVÁVEL DE LARGA ESCALALUCAS FREIRE 17 July 2017 (has links)
[pt] Portfólios de fontes renováveis de energia elétrica são mecanismos de gerenciamento de risco interessantes para comercialização de energia em mercados de negociação bilateral. Quando formados por agentes que pertencem a diferentes companhias sua estabilidade depende da maneira com que os benefícios de mitigação de risco gerados pelo portfólio são alocados individualmente entre os participantes. O problema de se encontrar uma solução estável pode ser matematicamente formulado através da busca de um vetor de alocação de quotas que pertença ao núcleo do jogo cooperativo, que por sua vez pode ser formulado como um conjunto de restrições lineares que aumenta exponencialmente com o número de participantes. Adicionalmente, o lado direito de cada restrição que define o núcleo do jogo cooperativo define o valor de uma determinada coalisão que, no presente trabalho, é obtido através de um modelo de otimização estocástica de dois estágios. Este trabalho compara diferentes metodologias computacionalmente eficientes baseadas em programação linear inteira mista e na técnica de decomposição de Benders para encontrar vetores de alocação de quotas que pertençam ao núcleo de portfólios de larga escala de geradores de energia renovável. São apresentados estudos de casos que utilizam dados reais do sistema elétrico brasileiro. / [en] Portfolios of renewable electricity sources are interesting risk-management mechanisms for trading in electricity contract markets. When they are formed by players belonging to different companies, their stability relies on the way the riskmitigation benefit generated by the optimal portfolio is allocated through
individual participants. The problem of reaching a stable allocation can be mathematically formulated in terms of finding a quota-sharing vector belonging to the Core of a cooperative game, which can be formulated as a set of linear constraints that exponentially grows with the number of participants. Moreover, the right-hand-side of each constraint defining the Core relies on a given coalition value which, in the present work, is obtained by a two-stage stochastic optimization model. This work presents and compares efficient methodologies mainly based on mixed integer linear programming and Benders decomposition to find quota allocation vectors that belongs to the Core of large-scale renewable energy portfolios. Case studies are presented with realistic data from the Brazilian power system.
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[pt] ANÁLISE ESTOCÁSTICA DE VIABILIDADE ECONÔMICA DE SISTEMAS FOTOVOLTAICOS COM ARMAZENAMENTO EM BATERIAS PARA GRANDES CONSUMIDORES NO AMBIENTE DE CONTRATAÇÃO REGULADA / [en] STOCHASTIC ANALYSIS FOR ECONOMIC VIABILITY OF PHOTOVOLTAIC SYSTEMS WITH BATTERY STORAGE FOR BIG ELECTRICITY CONSUMERS IN THE REGULATED CONTRACTING ENVIRONMENTVERONICA RODRIGUES FEIJAO 01 February 2022 (has links)
[pt] No Brasil, existem muitos projetos em sistemas fotovoltaicos, e a projeção
para os próximos anos é de crescimento devido incentivos governamentais e os
elevados preços das tarifas de energia. Associado a isso, o mercado de
armazenamento de energia com baterias de íons de lítio tem se mostrado promissor
devido a uma considerável queda nos preços dessas baterias nos últimos anos. Isso
pode representar uma oportunidade para o mercado de sistemas fotovoltaicos
quando os incentivos acabarem. Este trabalho propõe um modelo PLIM
(Programação Linear Inteira Mista) estocástico para dimensionar um sistema
fotovoltaico integrado com armazenamento de energia em baterias para grandes
consumidores de energia, usando cenários de geração e consumo, podendo
considerar diferentes modalidades tarifárias. As variáveis de decisão são o número
de painéis, inversores, baterias, a operação diária do sistema de armazenamento e a
demanda contratada do consumidor. A função objetivo busca minimizar o custo de
investimento no sistema fotovoltaico, baterias e fatura de energia. A abordagem
proposta será analisada sob diferentes premissas, uma com incentivos
governamentais sobre a anergia injetada na rede e outra na qual a injeção de energia
na rede não é permitida, a fim de avaliar a importância das baterias para manter a
atratividade econômica do sistema fotovoltaico. Os resultados indicaram que o efeito
sinérgico do sistema fotovoltaico com baterias potencializa a arbitragem, que está
relacionada com a diferença entre as tarifas de energia de ponta e fora ponta. Isso
ocorre principalmente com operação zero exportação porque somente assim o
consumidor é livre para escolher a capacidade do seu sistema fotovoltaico, que hoje
é limitado no Brasil quando o sistema é conectado na rede de distribuição. / [en] In Brazil, there are many projects in photovoltaic systems, and the projection
for the coming years is positive due to the government incentives and the expensive
energy tariffs. Associated with this, the Lithium-ion battery storage systems market
has been promising due to a significant drop in battery prices in the last few years.
This may represent an opportunity for the photovoltaic system market when the
incentives run-out. This work proposes a stochastic mixed integer linear
programming (MILP) model to design a photovoltaic system integrated with battery
energy storage for big electricity consumers, using generation and consumption
scenarios, being able to consider different Time-of-Use tariffs. The decision
variables are the number of panels, inverters and batteries, its daily operation and
the power demand contracted. The objective function aims to minimize the cost of
investment, in the photovoltaic system, batteries and electricity bill. The proposed
approach will be analyzed under different assumptions, one with the government
incentive about injected surplus and another in which the injection into the network
is not possible, in order to assess the importance of a storage system to keep the
economic attraction of the photovoltaic system. Results indicated that the synergic
effect of the photovoltaic system and battery potentialize the arbitrage, which is
related to the difference between peak and off-peak energy tariff. This occurs,
mainly with Zero Export operation because only this way the consumer is free to
choose the capacity of the photovoltaic system, which is limited in Brazil when the
system is allowed to inject energy into the network.
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