This dissertation proposed a new methodology for determining the optimal operating strategies for a chilled water storage system under a Time-of-Use electricity rate structure. It is based on a new classification of operating strategies and an investigation of multiple search paths. Each operating strategy consists of a control strategy and the maximum number of chillers running during the off-peak and on-peak periods. For each month, the strategy with the lowest monthly billing cost and minimal water level higher than the setpoint is selected as the optimal operating strategy for the current month. A system model is built to simulate the tank water level at the end of each time step and the system total power during each time step. This model includes six sub-models. Specifically, the plant model is a forward model using a wire-to-water concept to simulate the plant total power. For the Thermal Energy Storage (TES) model, the tank state is described with total chilled water volume in the tank and its derivation is the tank charging or discharging flow rate. A regression model is adopted to simulate the loop supply and return temperature difference as well as the loop total flow rate demand. In the control strategy sub-model, except for three conventional control strategies and the operation without TES, a new control strategy is advanced to load the chiller optimally. The final results will be a table showing the monthly control strategy and maximal number of chillers staged on during the off-peak and on-peak periods, an approach which is easy for the operators to follow. Two project applications of this methodology are introduced in this dissertation. One is an existing TES system with state-of-the-art control and metering systems. The monthly optimal operating strategies are generated, which will achieve significant savings. The comparisons among different control strategies are also provided. The other application consists of multiple plants with little data. The purpose of the study is to evaluate the economic feasibility of designing a new chilled water storage tank and sharing it among four plants. This problem can be solved with a simplified system model, and an optimal tank size is recommended.

O trabalho discute a questão da precificação eficiente em sistemas de distribuição de energia, abordando desde a teoria econômica clássica aplicada aos modelos de produção e transporte da energia, passando por uma avaliação crítica da atual metodologia de estrutura tarifária vigente no Brasil, até o detalhamento de uma proposta consistente e simplificadora de estrutura de preços para a atividade da distribuição de energia. A teoria de monopólios naturais é o pano de fundo para uma discussão integrada dos modelos clássicos de estrutura de preços para o transporte da energia elétrica. Nesta avaliação do estado da arte, são abordadas as teorias da precificação linear, da precificação não linear e da precificação de ponta. A atual metodologia nacional de cálculo da estrutura tarifária de uso das redes de distribuição, aplicada pela Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL, é revisitada sob uma visão técnica crítica. Como resultado, são desconstruídos alguns conceitos e processos vigentes pela constatação de uma excessiva complexidade operacional aliada a uma carência de fundamentação econômica e matemática. Por fim, é proposta uma metodologia simplificadora para a estrutura de preços de uso das redes de distribuição de energia, objetivando maior eficiência econômica, maior simplicidade operacional na aplicação e sólida fundamentação teórica, reduzindo arbitrariedades e subjetividades existentes na atual metodologia. / The present work discusses the question of efficient pricing on electric power distribution systems. The subject is approached from the discussion of the classical economic theory applied to energy production and transport models, passing through a critical evaluation of the current rate structure used in Brazil, to the description of a consistent and simplified proposal for the electric power distribution rate design. The theory of natural monopolies is the background of an integrated discussion on classical rate design models concerning the electric energy transportation activity. By the classical problem analysis, some theories commonly approached are linear pricing, non linear pricing and peak load pricing. The current Brazilian methodology used for the rate design of the usage of distribution networks, applied by the National Regulatory Agency (ANEEL), is revisited under a critical technical vision. As a result, some concepts are reassessed due to the observed excessive operational complexity allied to the lack of economical and statistical foundation. Finally, a simplified methodology for the rate structure of the usage of electrical distribution networks is proposed. The methodology aims, at the same time, greater economic efficiency, simpler operational application and a solid theoretical foundation, thereby reducing arbitrariness and subjectivity found in the current methodology.

O trabalho discute a questão da precificação eficiente em sistemas de distribuição de energia, abordando desde a teoria econômica clássica aplicada aos modelos de produção e transporte da energia, passando por uma avaliação crítica da atual metodologia de estrutura tarifária vigente no Brasil, até o detalhamento de uma proposta consistente e simplificadora de estrutura de preços para a atividade da distribuição de energia. A teoria de monopólios naturais é o pano de fundo para uma discussão integrada dos modelos clássicos de estrutura de preços para o transporte da energia elétrica. Nesta avaliação do estado da arte, são abordadas as teorias da precificação linear, da precificação não linear e da precificação de ponta. A atual metodologia nacional de cálculo da estrutura tarifária de uso das redes de distribuição, aplicada pela Agência Nacional de Energia Elétrica ANEEL, é revisitada sob uma visão técnica crítica. Como resultado, são desconstruídos alguns conceitos e processos vigentes pela constatação de uma excessiva complexidade operacional aliada a uma carência de fundamentação econômica e matemática. Por fim, é proposta uma metodologia simplificadora para a estrutura de preços de uso das redes de distribuição de energia, objetivando maior eficiência econômica, maior simplicidade operacional na aplicação e sólida fundamentação teórica, reduzindo arbitrariedades e subjetividades existentes na atual metodologia. / The present work discusses the question of efficient pricing on electric power distribution systems. The subject is approached from the discussion of the classical economic theory applied to energy production and transport models, passing through a critical evaluation of the current rate structure used in Brazil, to the description of a consistent and simplified proposal for the electric power distribution rate design. The theory of natural monopolies is the background of an integrated discussion on classical rate design models concerning the electric energy transportation activity. By the classical problem analysis, some theories commonly approached are linear pricing, non linear pricing and peak load pricing. The current Brazilian methodology used for the rate design of the usage of distribution networks, applied by the National Regulatory Agency (ANEEL), is revisited under a critical technical vision. As a result, some concepts are reassessed due to the observed excessive operational complexity allied to the lack of economical and statistical foundation. Finally, a simplified methodology for the rate structure of the usage of electrical distribution networks is proposed. The methodology aims, at the same time, greater economic efficiency, simpler operational application and a solid theoretical foundation, thereby reducing arbitrariness and subjectivity found in the current methodology.