[pt] No seu planejamento plurianual de investimentos, as organizações do setor de Exploração e Produção (EeP) estruturam alternativas de projetos de produção de petróleo e gás natural, sujeitas a diversas restrições e a incertezas técnicas e econômicas. Como não há como assegurar que os resultados dos projetos ocorram conforme o previsto, é possível que seu retorno seja inferior ao esperado, o que, dependendo da relevância, pode provocar um efeito adverso no resultado operacional e nas condições financeiras da companhia. Nesse mérito, a dissertação apresenta e aplica um modelo de programação estocástica linear inteira mista para seleção de portfólio de projetos que permita a maximização dos resultados, com restrição de risco. A aplicação considerou dados realistas do segmento de upstream de uma empresa do setor. Para representar os cenários econômicos, optou-se pela utilização da simulação de Monte Carlo do modelo Movimento Geométrico Browniano. Com o Valor Presente Líquido como retorno e Conditional Value-at-Risk representando a medida de risco, foi possível estabelecer a fronteira eficiente do risco-retorno, com a qual o decisor pode definir uma solução de portfólio, conforme sua aversão ao risco. / [en] In their multi-annual investment planning, oil and gas companies consider alternatives of production projects, subject to a variety of constraints, and technical and economic uncertainties. Considering that it is not possible to guarantee that these projects will perform as predicted, the return can be less than expected and can lead to a significant adverse effect to the operational results and to financial conditions of a given organization. Therefore, this dissertation proposes a mixed integer linear stochastic programming model for project portfolio selection that maximizes the return with risk constraint. The application considered realistic data from the upstream segment of an oil and gas company. Monte Carlo simulation of the Geometric Brownian Motion model was considered to represent the economic scenarios. Using the Net Present Value as the function and Conditional Value-at-Risk as a risk measure, it was possible to establish the efficient frontier of risk-return, which can assist the decision-maker to define the project portfolio according to their risk aversion.

[pt] Em um cenário mundial de intensa competição, com indústrias cada vez mais complexas e dinâmicas, a tomada de decisão se tornou um fator chave que muitas vezes pode determinar a sobrevivência e o sucesso de uma empresa. A indústria do petróleo possui investimentos anuais na ordem de bilhões de dólares e por isso toda decisão é considerada vital para esta indústria. Em função da grande quantidade de projetos sendo estudados e propostos, tanto de ampliação quanto de manutenção da estrutura das empresas, do alto valor de cada um e da restrição orçamentária de cada empresa, a tomada de decisão é um passo importante e complexo, devido às inúmeras variáveis e restrições envolvidas. Esta dissertação elabora uma proposta de método de apoio para o processo de tomada de decisão usado na seleção de projetos de investimento em logística de uma grande empresa do setor de óleo e gás. Na maioria das vezes, os critérios utilizados para a tomada de decisão na seleção de projetos consideram apenas os aspectos financeiros, sem levar em consideração outros critérios, que são abordados nesse trabalho. Em função da importância dos projetos e da quantidade de variáveis envolvidas durante a seleção e priorização deles, esse trabalho utiliza o método AHP (Analytic Hierarchy Process) Simplificado e os conceitos de Programação Linear Inteira Mista (PLIM) para determinar os projetos prioritários e otimizar a satisfação do grupo tomador de decisão. Foram estudados seis dos principais projetos da empresa, que juntos somam, aproximadamente, 2,7 bilhões de doláres e representam quase 80 por cento da carteira da área de logística da empresa estudada. Este estudo possibilitou uma seleção mais eficaz, resultando em uma maior integração entre os tomadores de decisão e um maior conhecimento sobre cada um dos projetos avaliados. / [en] In a global scenario of intense competition with increasingly complex and dynamic industries, decision-making has become a key factor that can often determine the survival and success of a company. The oil and gas industry has annual investments of billions of dollars and every decision is considered vital for this industry. Due to the large number of projects being proposed and studied, involving both expansion and maintenance of business structure, the high value of each and the budget constraint of each company, the decision-making is important and complex, due to numerous variables and constraints involved. This dissertation develops a proposed method of support to the process of decision making used in the selection of logistics investment projects, in a large company in the oil and gas industry. In most cases, the criteria used for decision making in project selection only considers the financial aspects, without taking into account other ones, which are addressed in this work. Due to the importance of the projects and the amount of variables involved when selecting and prioritizing them, this work uses the Simplified AHP (Analytic Hierarchy Process) and concepts of Mixed Integer Linear Programming (MILP) to determine priority projects and optimize the satisfaction of the decision-making group. Six of the main projects of the enterprise were studied, which together sum up to approximately 2.7 billion dollars and represent almost 80 per cent of the logistics portfolio of the studied company. This study allowed a more effective selection, resulting in a greater integration between decision makers and a greater knowledge of each of the evaluated projects.

[pt] O planejamento da expansão da transmissão tem por objetivo identificar o conjunto de novas linhas de transmissão que serão instaladas na rede elétrica, a fim de garantir a segurança e a qualidade do sistema, atendendo ao crescimento da demanda. No Brasil, o primeiro estágio do planejamento consiste em definir e avaliar o corredor para locação das linhas candidatas. Nesta etapa são definidas informações como cabo escolhido, preços médios, tempo de comissionamento, impactos socioambientais e informações sobre a região. No estágio seguinte ocorre o leilão de transmissão em que vários investidores competem pelos lotes de transmissão. No último estágio, o ganhador do leilão é o responsável pela instalação e comissionamento da linha de transmissão. Apesar do levantamento feito no estágio inicial, os projetos de linha de transmissão podem sofrer atrasos e aumentos no custo final, principalmente, por questões de licenciamentos ambientais, desvios do traçado devido a travessias e interferências com áreas protegidas. A presente dissertação propõe metodologia para dimensionamento e precificação da linha de transmissão, ambos de acordo com os critérios e banco de dados da ANEEL, de forma a acelerar e facilitar o processo de planejamento. Com o intuito de evitar atrasos e prever interferências socioambientais, a segunda parte do trabalho apresenta uma metodologia que consiste em localizar e identificar cruzamentos e interferências com áreas protegidas de caráter ambiental e/ou infraestrutural no território brasileiro, a partir das coordenadas do traçado da linha de transmissão em análise. A terceira parte do trabalho verifica, a partir dos resultados anteriores, o impacto no planejamento da expansão da transmissão através de um modelo de programação linear inteira mista considerando fluxo de potência CC, despacho econômico e critério N-1. / [en] The transmission expansion planning aims at identifying a set of new power lines to be installed on the grid, in order to guarantee the reliability and quality of the system, meeting the demand growth. In Brazil, the first stage of planning consists of defining e survey the corridor for the transmission line siting. At this stage it is defined data such as conductor chosen, average prices, commissioning time, socioenvironmental impacts and information about the region. In the following stage, occurs the auction which several investors compete for the transmission lots. In the last stage, the winner of the auction becomes responsible for the installation and commissioning. Despite the survey of the initial stage, the transmission lines undergo delays and additional costs, mainly, due to environmental licensing, changes of the defined route due to crossing and interferences with protected areas. The present dissertation proposes a methodology to design and price the transmission line, both accordingly to the ANEEL database and criteria, in order to accelerate and facilitate the planning process. Aiming to avoid delays and foreseeing socioenvironmental impacts, the second part of the dissertation presents a methodology that consists of locating and identifying crossings and interferences with protected areas of environmental and/or infrastructural aspect on the Brazilian territory, from the coordinates of the transmission line route in analysis. The third part verifies, from the previous results, the impact on the transmission expansion planning through a model based on a mixed-integer linear programming, considering a DC power flow, unit commitment and N-1 criteria

[pt] Esta pesquisa trata de duas variantes do conhecido Problema de Roteirização de Veículos com Estoque (do inglês Inventory Routing Problem – IRP). O problema nasce num contexto de um sistema de Vendor Managed Inventory (VMI) no qual o fornecedor é responsável pela gestão de estoques do cliente. Tal problema é a junção dos problemas de transporte e gestão de estoques, que correspondem aos maiores custos em uma operação logística. Destarte este trabalho apresenta um modelo matemático para uma variante do IRP que considera que o fornecedor tem clientes dentro e fora do sistema de VMI. Este caso surge quando para alguns clientes não é interessante a realização do controle de seus estoques dentro do sistema de VMI, somente o atendimento de suas demandas. Além disto, o modelo contempla três diferentes tipos de políticas de gestão de estoques e é capaz de lidar com casos contendo vários períodos e vários veículos. Após sua elaboração, o modelo foi validado em instâncias do IRP, do Problema de Roteamento de Veículos (do inglês Capacitated Vehicle Routing Problem - CVRP) e instâncias próprias para a variante. Foram realizados também estudos sobre os impactos das diferentes políticas de gestão de estoques. Além do modelo matemático, foi desenvolvida uma meta-heurística híbrida que resolve uma variante do IRP considerando vários períodos e vários veículos. Cada movimento considerado durante a meta-heurística é divido em duas etapas, a primeira sendo a modificação da posição de um ou mais clientes nos veículos e períodos e uma segunda etapa que resolve de forma exata um Problema de Fluxo Máximo a Custo Mínimo para a atribuição ótima do volume de carga transportada para cada cliente por cada veículo em cada período. Esta abordagem é então testada em instâncias clássicas para esta variante do IRP, obtendo resultados que comprovam a eficiência do algoritmo. / [en] This research deals with two variants of the Inventory Routing Problem (IRP). This problem comes from the context of a Vendor Managed Inventory (VMI) system in which the vendor is responsible for managing the customer s inventory. It is the combination of transportation and inventory management problems, which correspond to the higher costs in a logistics operation. Hence, this paper presents a mathematical model for an IRP variant, in which the vendor has customers inside and outside the VMI system. This situation is presented when it is not interesting to manage the inventories of some clients within the VMI system, resulting only in meeting their demands. In addition, the model considers three different types of stock management policies and it can comprehend multiple periods and multiple vehicles. After its modelling, the model was validated using IRP instaces, the Vehicle Routing Problem (CVRP) and specific instances for this variant. The impacts of different inventory management policies were also analyzed. In addition to the mathematical model, a hybrid meta-heuristic was developed, which solves an IRP variant considering several periods and several vehicles. Each iteration of the metaheuristic is divided into two stages: the first is modifying the position of one or more customers attended by the vehicles and periods, and a second step that solves a Maximum Flow at Minimum Cost problem, to optimally assign the load volumes transported to each customer in each vehicle in each period. Then, this approach is tested in classical instances for this IRP variant, obtaining results that prove the efficiency of the algorithm.

[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.

[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.

[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.