O planejamento da expansão da capacidade de sistemas elétricos visa garantir o fornecimento futuro de energia elétrica. A busca por esse objetivo deve ser feita tendo em vista critérios como custos, tecnologias disponíveis, confiabilidade e impactos ambientais. No presente trabalho, o foco são os objetivos de mínimos custos e mínimas emissões de gases de efeito estufa, da geração elétrica. No contexto global atual, esse planejamento representa um grande desafio. Sendo uma atividade de grande importância para o desenvolvimento dos países, envolve, além das incertezas próprias da atividade, também as incertezas das políticas energéticas, as quais dependem de outras agendas políticas da administração em turno. Além disso, uma vez que a geração de energia é baseada em muitos casos em recursos naturais sensíveis às condições climáticas, o processo de planejamento também deve lidar com a incerteza da mudança climática. Dessa forma, são necessários planos flexíveis capazes de antecipar possíveis mudanças (resultado das incertezas mencionadas) e evitar o desvio dos objetivos iniciais, que levariam em diferentes resultados. O primeiro passo é conhecer o impacto que possíveis mudanças podem gerar nas metas iniciais. Algumas metodologias e ferramentas exploradas nesta área, normalmente consideram apenas os efeitos da mudança climática, enquanto que outras mais gerais consideram as políticas de energia ou climáticas, mas não a possibilidade de mudança nessas políticas nem a sua combinação. Ou seja, são consideradas estáticas para o período de planejamento. O presente trabalho traz como contribuição original para a área a inclusão da incerteza inerente às políticas energéticas, combinada à incerteza climática, e a avaliação o desempenho dos caminhos possíveis, identificando os mais robustos. O objetivo deste trabalho é determinar o impacto e a influência das incertezas das políticas energéticas e das mudanças climática, de forma combinada, sobre os resultados finais no planejamento da expansão da capacidade de sistemas elétricos, em termos de custos e emissões de CO2. Outros objetivos secundários incluem a identificação de políticas robustas com boa performance para qualquer cenário climático e desenvolvimento de uma abordagem de análises das mudanças climáticas e políticas. São aplicadas técnicas de otimização de expansão de capacidade para elaborar uma metodologia híbrida que combina programação dinâmica com programação linear multiobjectivo para a geração dos diferentes cenários de mudança da política energética, bem como os trade-offs. A metodologia é aplicada em uma região estudo de caso envolvendo a expansão de capacidade do subsistema elétrico sul do brasil. Resultados mostram que: (i) é possível determinar os impactos das mudanças de políticas energéticas para diferentes cenários de mudança climática a través dos trade-off de custos e emissões de CO2; (ii) é possível identificar políticas energéticas robustas; (iii) é possível identificar a influência da mudança climática no desempenho (em termos de custos e emissões de CO2) das políticas energéticas. Os resultados e métodos aqui produzidos são úteis para países em desenvolvimento e emergentes, como o Brasil, ao oferecer um marco metodológico capaz de auxiliar na programação de seus investimentos em expansão da geração de energia em ambientes com grandes incertezas, além de fornecer de uma ferramenta para o desenho de políticas energéticas e climáticas. / The planning of Power systems capacity expansion aims to guarantee the future supply of electrical energy. The pursuit of this objective should be made considering criteria such as costs, available technologies, reliability and environmental impacts. In the present work, the focus is the objectives of minimum costs and minimum emissions of greenhouse gases in the power generation. In the current global context, such planning is a major challenge. As an activity of great importance for the development of countries, it involves, in addition to the inherent uncertainties of the activity, energy policies uncertainties, which depend on other political agendas of the administration in turn. Also, since energy generation relies in many cases on climate-sensitive natural resources, the planning process must also deal with the climate change uncertainty. Hence, flexible plans are necessary to anticipate possible changes (that come up of the mentioned uncertainties) and avoid the deviation from the initial objectives, which would lead to different results. The first step is knowing the impact that possible changes can generate on the initial goals. Some methodologies and tools explored in this area consider only the effects of climate change, while others more general consider energy or climate policies, but not the possibility of change in these policies or their combination. That is, they are considered static for the planning period. The present work has as an original contribution to the area by the inclusion of the inherent uncertainty of energy policies, combined with the climatic uncertainty, and the evaluation of the possible paths, identifying the most robust ones. The objective of this work is to determine the impact and influence of energy policy and climate change uncertainties, combined, on the final results in the planning of the power systems capacity expansion regarding costs and CO2 emissions. Other secondary objectives include identifying robust policies with good performance for any climate scenario and developing a climate change and policy analysis approach. Capacity-optimization techniques are applied to develop a hybrid methodology that combines dynamic programming with multi-objective linear programming to generate different scenarios for energy policy change, as well as trade-offs. The methodology is applied in a region case study involving the capacity expansion of the Brazilian southern power subsystem. Results show that: (i) it is possible to determine the impacts of energy policy changes for different scenarios of climate change through the trade-off of costs and CO2 emissions; (ii) robust energy policies can be identified; (iii) it is possible to identify the influence of climate change on the performance (regarding costs and CO2 emissions) of energy policies. The results and methods produced here are useful for developing and emerging countries, such as Brazil, by offering a methodological framework capable of assisting in scheduling their investments in expanding energy generation in environments with significant uncertainties, as well as providing a tool for the design of energy and climate policies.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:www.lume.ufrgs.br:10183/174196 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Samaniego, Ada Liz Arancibia |
| Contributors | Marques, Guilherme Fernandes, Mendes, Carlos André Bulhões |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFRGS, instname:Universidade Federal do Rio Grande do Sul, instacron:UFRGS |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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