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Dissertação - Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

1. DownCost k M dia M x Min M dia M x Min Amoroso Modificado 6 3287 9 206807 3 676253 1 152628 1 852146 0 37166 Wu Modificado 9 479088 13 30175 6 374113 3 458298 6 182463 0 973361 Heur stico Corretivo 4 368971 6 620386 3 447236 1 930965 3 210433 0 503781 Otimizado 3 738618 5 603897 2 789453 1 874323 3 294693 0 431414 Analisando estes resultados percebe se que os custos de excesso de energia sao em geral superiores aos custos por d fice Tal traduz que os desvios foram na sua maioria por excesso em vez de por defeito Percebe se ainda que de modo geral os algoritmos que apresentaram maior mMAPE Leia se desvio s o tamb m aqueles cujos custos do excesso s o mais elevados Por exemplo o Wu Modificado que apresentou os maiores desvios em todos os cen rios apresenta tamb m os custos mais elevados quer de excesso quer de d fice de energia tanto numa frota como noutra 14 k 12 k 10 k Amoroso Mod 8 k Wu Mod Heuristico Corr 6 k Otimizado 4 k 2 k 0 10 20 30 40 Figura 6 5 Custos k por excesso de energia dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado para a frota B Por este gr fico percebe se que as heur sticas aplicadas ao Heur stico Corretivo nomeadamente a transfer ncia de carga dos intervalos com excesso de energia mais caros para os intervalos com d fice de energia permitiram reduzir consideravelmente os custos por
2. carregado atrav s de um carregador externo que fornece DC diretamente bateria Figura 2 10 Carregamento em DC O carregamento em DC permite o fornecimento de uma corrente mais elevada pelo que o carregamento pode ser feito de forma mais r pida De facto ser o desta norma os 50 pontos de carregamento r pido instalados em todo o pa s Figura 2 11 Carregamento em modo 4 O ponto de carregamento constitu do por um arm rio de carregamento e um cabo preso ao arm rio Durante o carregamento o ve culo que controla o carregador atrav s de comunica o no cabo Assim n o h perigo de o carregador injetar corrente de forma nociva para o ve culo 31 2 5 Mobilidade El trica em Portugal O panorama atual da mobilidade em Portugal caracterizado pela predomin ncia do transporte individual sobre o transporte coletivo Existem aproximadamente 5 81 milh es de autom veis em Portugal que representam cerca de 33 do consumo nacional de energia final 14 No entanto o veiculo el trico foi uma aposta dos XVII e XVIII Governos Constitucionais 2005 2011 nomeadamente com a promulgacao da Lei n 22 A 2007 e mais tarde a publicac o do Decreto Lei n 39 2010 de 26 de Abril A Lei n 22 A 2007 procede a reforma global da tributac o autom vel aprovando o C digo do Imposto sobre Ve culos e o C digo do Imposto nico de Circulac o e abolindo em simult neo os seguintes quatro impostos o imposto autom v
3. o No entanto as conclus es deste trabalho podem ser generalizadas para casos de estudo com dados reais de VE e os algoritmos podem ser aplicados sem qualquer altera o Error Use the Home tab to apply Cabecalho 2 to the text that you want to appear here Error Use the Home tab to apply Cabecalho 1 Capitulo to the text that you want to appear here 67 Refer ncias 1 R J Bessa Manuel A Matos The role of an aggregator agent for EV in the electricity market in Proc of MedPower 2010 Agia Napa Cyprus 07 10 Nov 2010 2 Tomic J Kempton W Using fleets of electric drive vehicles for grid support Journal of Power Sources 2007 168 459 468 DOI 10 1016 j jpowsour 2007 03 010 3 Bessa R J Matos M A Soares F J Lopes J A P Optimized Bidding of a EV Aggregation Agent in the Electricity Market Smart Grid IEEE Transactions on vol 3 no 1 pp 443 452 March 2012 DOI 10 1109 TSG 2011 2159632 4 Francesco A Amoroso Gregorio Cappuccino Impact of charging efficiency variations on the effectiveness of variable rate based charging strategies for electric vehicles Journal of Power Sources Volume 196 Issue 22 15 November 2011 Pages 9574 9578 ISSN 0378 7753 10 1016 j jpowsour 2011 07 074 5 Di Wu Aliprantis D C Lei Ying Load Scheduling and Dispatch for Aggregators of Plug In Electric Vehicles Smart Grid IEEE Transactions on vol 3 no 1 pp 368 376 March 2012 DOI 1
4. semelhante exceto que est limitada a energia contratada sobrante para o intervalo k em quest o i e que ainda n o foi atribuida ltima parcela 3 Calcular e ordenar os desvios desvios positivos ordenados por ordem crescente de UpCost desvios negativos ordenados do maior para o menor desvio absoluto Percorrer a lista ordenada dos intervalos com desvio positivo Em cada um dos intervalos positivos Identificar os VE vi veis Calcular e ordenar os desvios negativos A taxa de carregamento afeta ao VE j a transferir do intervalo X para o intervalo Y dada por Err min Ex j P At Ey dx dy onde dx e dy s o os desvios positivo e negativo nos intervalos X e Y correspondentemente Repetir at acontecer um dos seguintes gt O desvio positivo se anular gt O desvio negativo se anular gt Nao existir mais margem nos VE selecionados Avan ar para o intervalo Y seguinte Repetir processo at acontecer um dos seguintes o O desvio positivo se anular o O desvio negativo se anular o Serem percorridos todos os intervalos com desvio negativo 55 4 o valor de Et j enviado com um valor alvo POP para o VE j enquanto os valores para k gt t podem ser modificados no intervalo t 1 A energia requisitada remanescente Rj atualizada para o intervalo seguinte Ry41 Rej Esje 5 4 4 Algoritmo de Otimiza o Para analisar a qualidade dos resultados obtidos pelos algoritmos de despacho desenvolvidos
5. a capacidade kW das liga es el tricas da rede e a capacidade de armazenamento do EV Bessa et al 3 apresenta um m todo de otimiza o de apoio ao agente agregador de ve culos el tricos VE na participa o nos mercados do dia seguinte e na sess o de reserva a subir e a descer A partir do conceito de bidirecionalidade que se conhece das smart grids o agregador conhece quando um VE se liga e quais os seus requisitos de carregamento estado de carregamento pretendido e hora limite do mesmo definidos pelo cliente i e dono do VE Para orientar a sua abordagem ao mercado o agregador deve prever os requisitos de pot ncia da sua frota de VE para o dia seguinte e ainda a pot ncia m xima dispon vel em cada hora tendo em conta as necessidades expect veis da frota os limites de capacidade das linhas f sicos e os impostos pelo operador do sistema de Distribui o DSO O fundamental dos algoritmos apresentados que estes imp em que propostas de compra para um intervalo de tempo n o ultrapassam a pot ncia necess ria para carregar todos os VE ligados nesse intervalo e ainda que a energia efetivamente comprada satisfaz os requisitos previstos de carregamento 3 2 4 Otimiza o do Despacho de Carregamento para Agregadores de VE Existem dois tipos de algoritmos de despacho de carregamento de VE uns que recorrem a algoritmos de otimiza o e outros que recorrem a heur sticas sendo que este trabalho se dedica essencialm
6. assumido que a taxa de carregamento atribu da a um VE em cada intervalo constante ao longo do intervalo e que este carregamento se prolonga do in cio ao fim do intervalo ou seja uma vez iniciado n o pode ser interrompido Da mesma forma assume se que se um veiculo se liga a rede tal acontece no inicio de um intervalo ou seja um VE que se ligue ao sistema durante um intervalo apenas ser considerado no in cio do intervalo seguinte Quando o utilizador de um VE se liga ent o a rede deve comunicar os seus requisitos de carregamento i e o nivel de carga state of charge SOC da bateria e o ltimo intervalo antes de o ve culo abandonar o sistema de notar que o mesmo VE pode voltar ao sistema tantas vezes quantas pretender dando assim inicio a um novo processo Para al m da informac o fornecida pelo utilizador no inicio de cada intervalo o agregador sabe quais os VE ligados ao sistema no intervalo atual bem como a energia contratada para esse intervalo e para os seguintes Resumindo em cada intervalo no momento de tomar a decis o sobre a taxa de carregamento de cada VE o agregador conhece os VE ligados ao sistema nesse intervalo a energia pretendida e o momento de partida e ainda a energia contratada para esse intervalo e para os seguintes Com base nesta informac o o agregador deve ent o decidir qual a taxa de carregamento a atribuir a cada um dos VE dispon veis nesse intervalo A taxa de carregamento pode varia
7. composto por dois tipos sub entidades Unidade Central de Agregac o CAU fisicamente ligada s subesta es MT AV e o Unidade de Agrega o da Micro Rede MGAU que faz a liga o entre VE e o CAU Um agregador pode ter v rios CAU que comunicam com v rios MGAU 37 Galus e Andersson 20 21 veem o agregador n o como uma companhia mas como uma entidade computacional abstrata que funciona como uma interface inteligente entre o VE e o agente de energia Este agregador dotado de algoritmos de otimizac o que usa para despachar a energia existente entre os VE disponiveis comunicando ao agente de energia a energia disponivel 3 2 2 Modelo de Neg cio do Agregador O sucesso da implementac o do agregador depende do sucesso comercial que a atividade pode gerar como tal importante estudar os potenciais modelos de neg cio do agregador Um modelo de neg cio adequado poderia ajudar a gerir os potenciais custos de desgaste das baterias como referido por Brooks e Thesen 22 Kempton et al 16 quando em 2001 introduziu o conceito de agregador sugeriu um modelo de neg cio onde este agente ofereceria a substituic o das baterias e carregamentos a taxas reduzidas ou mesmo nulas em contrapartida pela utilizac o da energia dos ve culos Kempton e Tomic 25 prop em tr s modelos de neg cio para o agregador No primeiro modelo o agregador pode gerir a disponibilidade da frota no que diz respeito a sua utilizac o prim ri
8. es seguintes procura se caracterizar a estrutura do mercado el trico ib rico caracterizando aquelas que s o as duas atividades abertas concorr ncia produ o mercado grossista e comercializa o mercado retalhista 4 3 1 Mercados Grossista e Retalhista Mercado Grossista O funcionamento do mercado grossista de energia el trica est assente na exist ncia de um conjunto de modalidades de contrata o que se complementam entre si Estas modalidades refletem as especificidades de funcionamento do sector el trico designadamente o facto de se tratar de um sector que funciona em regime de equil brio s ncrono de produ o e consumo e por essa via n o ser poss vel a arbitragem temporal existente em outros mercados Desta forma o mercado grossista do MIBEL compreende atualmente Um mercado de contrata o a prazo OMIP em que se estabelecem compromissos a futuro de produ o e de compra de energia el trica Este mercado pode efetuar liquida o f sica entrega da energia ou liquida o financeira compensa o dos valores monet rios subjacentes negocia o Um mercado spot de contrata o vista OMEL com uma componente de contrata o di ria e uma componente de ajustes intradi rios mercados intradi rios em que se estabelecem programas de venda produ o e de compra de eletricidade para o dia seguinte ao da negocia o Um mercado de servi os de sistema que efetua o ajustamento de equil brio d
9. excesso de energia relativamente ao Amoroso Modificado 45 para a frota A e 31 para a frota B Relativamente aos custos por d fice de energia apesar de esta componente ser subtraida ao custo total dado que corresponde a energia vendida de volta ao mercado relembrar Eq 9 na grande maioria das situac es esta energia vendida a um preco inferior ao qual foi contratada Tal situac o resulta num saldo negativo pelo que deve ser minimizada 63 Amoroso Mod PUAN e AMIR AVANTI 0 10 20 30 40 Figura 6 6 Custos k por d fice de energia dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado para a frota B Pelo que foi explicado verifica se que o Wu Modificado apresenta os piores resultados o que ir ter repercuss es no custo final como se ver mais adiante Por outro lado o algoritmo Amoroso Modificado aquele que apresenta os custos por d fice de energia mais baixos para a frota em quest o No entanto este baixo custo n o deve ser visto como positivo Este algoritmo n o utiliza nenhuma regra que favoreca o carregamento nos intervalos mais baratos e portanto este baixo custo por d fice deve se ao facto de este algoritmo exceder consistentemente a energia contratada como se viu o er fico 6 5 Tal pode ser entendido pelo facto de este algoritmo n o preparar os intervalos subsequentes limitando lhe a capacidade de reduzir os desvios por excesso Relativamente ao algori
10. o agregador est obrigado a carregar dois ve culos VE 1 e VE 3 ao passo que seguindo o despacho A o agregador apenas tem que carregar o VE 3 Tabela 3 4 Despachos A e B no intervalo 2 Despacho A kWh Despacho B kWh t VE 1 VE2 VE3 VE 1 VEZ VE3 210 0 3 3 0 3 Em resultado o despacho B excedeu a energia contratada inicialmente para este intervalo 3 kWh noutros 3 kWh Por outro lado o despacho A apresentou novamente um desvio nulo No terceiro e ltimo intervalo deste exemplo nenhum outro ve culo se ligou ao sistema de modo que o nico ve culo ainda no sistema o VE 2 Este ve culo apresentou inicialmente um requisito de carregamento de 3 kWh requisito que foi atendido no despacho B logo no primeiro intervalo mas que seguindo o despacho A ainda n o foi atendido Como tal no despacho A este VE considera se inflexivel pelo que ter obrigatoriamente que ser carregado neste intervalo No entanto neste caso esta situac o n o desfavor vel uma vez 35 a energia necess ria para o carregamento do VE 2 igual a energia contratada para este intervalo Por outro lado no caso do despacho B uma vez que este ve culo j foi carregado n o existem ve culos que possam ser carregados neste intervalo Tabela 3 5 Despachos A e B no intervalo 3 Despacho A kWh Despacho B kWh TIVET VEZ VE3 VE1 VE2 VE3 3 3 0
11. trica produzida utilizada na locomo o do ve culo ou guardada nas baterias ou ultracondensadores para uso posterior Esta tecnologia possui a desvantagem de utilizar um combust vel hidrog nio cuja ocorr ncia na Natureza n o abundante e cuja obten o implica um processo qu mico Se este processo utilizar fontes de energia n o renov veis ent o a produ o de hidrog nio n o ambientalmente favor vel Para al m disso at serem estruturadas economias de escala a explora o destes ve culos n o ser atrativa do ponto de vista econ mico 2 3 Carregamento de um Ve culo El trico O carregamento de um VE consiste no processo de reposi o de energia el trica na s bateria s do ve culo para um n vel m ximo ou pelo menos superior Os VE est o dotados de um carregador interno que transforma a energia recebida por meio de um cabo em corrente alternada CA para corrente cont nua CC sendo dessa forma absorvida pela bateria Para tal o VE deve ser conectado Rede El trica de Energia seja atrav s de um posto de carregamento pr prio ou t o simplesmente de uma tomada dom stica normal EI Carregador l gt ER t Controlador Inversor Batenas Figura 2 3 Esquema interno do carregamento de um VE Fonte Mobi E Formas de Carregamento de Veiculos El tricos em Portugal No entanto o carregamento de um VE pelas suas carateristicas distingue se das demais aplicac es el tricas que pode
12. Hybrid Electric Vehicle kilowatt kilowatt hora Maximum Energy With Priority Mercado Ib rico de Eletrcicidade modified Mean Absolut Percentage Error Operador del Mercado Ib rico de Energia Plug In Hybrid Electric Vehicle Plug In Electric Vehicle Sistema El trico de Energia Spread Energy With Priority State of Charge Transmisson System Operator Veiculo s de Combust o Interna Veiculo s El trico s Vehicle to Grid xvii List of Symbols At pmax Trej Ro Es ES Mu dx dy Durac o do intervalo de carregamento Pot ncia m xima atribuivel a um VE Tempo restante no intervalo t at a partida do VE j Pr ximo intervalo de saida do VE j Energia requisitada remanescente do VE j no intervalo t Taxa de carregamento atribuida ao VE j no intervalo t Energia contratada para o intervalo t Prioridade atribu da ao VE j no intervalo t Desvio positivo no intervalo X Desvio negativo no intervalo Y xviii Capitulo 1 Introduc o 1 1 Enquadramento Atualmente e em relac o aos problemas ambientais que afetam a qualidade de vida das populac es urbanas h uma consci ncia clara que um dos principais problemas a resolver est diretamente relacionado com o sector dos transportes rodovi rios A preocupac o com a redu o da emiss o dos gases de estufa acompanhada pela depend ncia energ tica dos paises exportadores de petr leo e a subida persistente do preco do petr leo s o fatores que t m estimulado
13. Isto significa que o despacho B apresenta um resultado operacional de 0 kWh quando para este intervalo tinham sido contratados 3 kWh de energia o que se traduz num desvio de 3 kWh Resumindo dois despachos aparentemente timos no primeiro intervalo conduziram a resultados bastante diferentes O despacho A revelou se muito bom apesentando um desvio acumulado nulo ao passo que o despacho B mostrou ter um resultado bastante negativo apresentando no final do exerc cio um desvio acumulado de 6 kWh Tabela 3 6 Carregamento individual e desvio dos despachos A e B ao longo dos tr s intervalos H1 H2 H3 Carregamento Individual kWh VE 1 3 0 Despacho A VE 2 0 0 3 VE 1 0 3 Despacho B VE 2 3 0 0 VE 3 3 0 Energia Contratada 3 3 3 kWh Carregamento Total 3 3 3 Despacho A kWh i i Desvio kwh OO Carregamento Total 3 6 0 Despacho B kWh Desvio kWh 0 3 3 Assim possivel compreender a dificuldade associada ao carregamento de uma frota de VE Pode se ent o acrescentar que mesmo na posse de informa o perfeita i e previs es sem erro imposs vel garantir que o carregamento dos VE seja tamb m perfeito ou seja que n o haja desvio entre a energia contratada e a efetivamente despachada 3 2 Agregador medida que o n mero de VEP ve culos el tricos plug in em circulac o aumenta mais complexa a gest o do SEE pois o carregamento destes como cargas comuns aumenta considerave
14. M a s P s 1 pmax Try 2 Rt Ku KF pmaxTr KUMAX KFMAX Mp onde Rt a energia que no tempo t ainda necess ria para completar o carregamento Trt tempo ainda dispon vel antes que o utilizador abandone o sistema PMAX pot ncia m xima dispon vel a partir da rede Ku e Kr tarifa paga pelo utilizador e penalidade a pagar pelo agregador em caso de falha Kumax Kemax Valores m ximos admiss veis para KU e KF respetivamente d a e az Coeficientes de pondera o Neste caso uma vez que n o se conhecem as constantes KU e KF optou se por utilizar apenas a parte respetiva satisfa o do utilizador Assim o c lculo da prioridade foi simplificado para Rt JN PMAX Tr 3 M O que significa que um utilizador de VE t o mais priorit rio quanto mais energia requisitar e quanto menor for o tempo restante at sua partida O carregamento de cada ve culo acontece a um determinado ritmo conforme a estrat gia MEWP ou SEWP e ser aqui denominado por Et j A primeira consiste em alocar a energia ao utilizador taxa m xima enquanto a segunda consiste em distribuir a energia requerida pelo utilizador pelo tempo dispon vel at que este deixe o sistema Assim as taxas de carregamento de uma e de outra estrat gia respetivamente podem ser expressas da seguinte forma Eb pmax 4 Etj Es i 5 No entanto quer numa estrat gia quer na outra a taxa de carr
15. a pesquisa por alternativas ao ve culo de combust o interna VCI Nas ltimas d cadas atividades de investigac o e desenvolvimento relacionadas com a sustentabilidade do Sistema de Transportes Rodovi rio mais seguro mais eficiente e mais limpo tornaram os ve culos el tricos VE uma boa alternativa aos ve culos convencionais A ideia centra se em transferir parte do consumo de energia dos ve culos em circulac o para a rede el trica de tal modo que a energia fornecida a estes pela rede tenha origem em fontes de energia renov vel e nuclear e seja fornecida durante as horas de vazio de forma a minimizar investimentos em transmiss o distribui o e gera o adicional As emiss es resultantes da produ o de energia el trica para efeitos de carregamento dos ve culos el tricos s o centralizadas centros eletroprodutores e por isso mais f ceis de controlar A tecnologia dos ve culos el tricos e ve culos de c lula de combust vel apresenta vantagens significativas sobre os tradicionais VCI opera o mais limpa e silenciosa condu o agrad vel e uma capacidade de acelera o elevada custos baixos de opera o custos de manuten o reduzido redu o da depend ncia dos combust veis petrol feros A estas pode se ainda acrescentar o previs vel uso dos ve culos el tricos do tipo plug in como apoio aos sistemas el tricos de energia na forma de reserva Estes ve culos t m a capacidade de se ligar rede de e
16. baseada em previs es para o dia seguinte de onde resultam as propostas de compra ao mercado di rio e 2 a gest o do carregamento da sua frota no pr prio dia A componente de otimiza o de ofertas ao mercado j foi alvo de um estudo aprofundado 2 3 e est fora do mbito desta disserta o O problema que se tenciona abordar consiste em a partir dessas ofertas e aproveitando os graus de liberdade que cada VE tem i e tempo dispon vel at sua partida gerir o carregamento desses ve culos de forma a modo a minimizar os desvios entre as quantidades contratadas e as realizadas Este t pico apesar de recente j foi alvo de algum estudo nomeadamente 2 3 25 A minimiza o do desvio entre quantidades contratadas e despachadas pode ser resolvido recorrendo a algoritmos de otimiza o ou a m todos heur sticos Os algoritmos abordados e desenvolvidos nesta disserta o ser o m todos heur sticos que s o m todos que tentam encontrar boas solu es guiadas por uma boa ideia Estes m todos apesar de n o garantirem a otimalidade da solu o s o m todos mais simples que apresentam como vantagens um menor peso computacional bem como um menor tempo de resolu o 21 1 3 Estrutura da Dissertac o Esta disserta o constitu da por 7 cap tulos O primeiro e atual cap tulo serve como introduc o ao documento onde descrito o contexto em que surge este trabalho e s o definidos os objetivos O cap tulo
17. culo permite monitorizar a manutenc o das condic es de isolamento das partes em tens o durante uma sess o de carregamento Caso essas condi es deixem de se verificar o piloto de controlo atua um rel de corte de alimenta o que desliga a alimenta o da tomada Communication control pilot de Figura 2 7 Carregamento em Modo 3 Por fim um veiculo Modo 3 s carrega numa tomada Modo 3 que tenha o piloto de controlo 29 2 4 3 Modo 2 O Modo 2 um sistema de carregamento desenvolvido para permitir um ve culo que s carrega em Modo 3 carregar numa tomada dom stica ou industrial Para esse efeito o cabo de carregamento possui uma In cable Control Box ICCB ou Caixa de Controlo do Cabo no qual est o instalados o rel e o sistema eletr nico definidos para o Modo3 bem como um diferencial de calibre igual ou superior a 30mA Figura 2 8 ICCB caixa de comando A ICCB est instalada numa das extremidades do cabo de ligac o de onde sai uma ligac o e ficha normalizada dom stica ou industrial para ligac o rede el trica Na outra extremidade do cabo existe uma ficha Modo 3 para ligar ao veiculo com este sistema sendo o circuito entre o VE e a ICCB percorrido pelo piloto de controlo communicati on a C icontroi pilot Figura 2 9 Carregamento em modo 2 2 4 4 Modo 4 O modo 4 distingue se dos restantes porque se trata de um tipo de carregamento direto i e o VE
18. de mercado encontrado atrav s de um processo em que se ordenam de forma crescente em pre o as ofertas de venda curva de oferta e de forma decrescente em pre o as ofertas de compra curva de procura de eletricidade para uma mesma hora O pre o de mercado graficamente corresponde ao cruzamento das curvas de oferta e de procura o menor dos pre os que garante que a oferta satisfaz a procura o chamado pool sim trico Ofertas de compra Ofertas de venda Pre o de mercado para a hora t quantidade Quantidade negociada Figura 4 1 Mercado em pool sim trico 43 Adicionalmente como o mercado di rio compreende simultaneamente Portugal e Espanha torna se necess rio prever a circunst ncia de as capacidades de interligac o comercialmente disponiveis entre os dois paises nao comportarem os fluxos de transfronteiricos de energia que o cruzamento de ofertas em mercado determinaria Sempre que tal ocorre as regras atuais de mercado determinam que se separem as duas reas de mercado correspondentes a Portugal e Espanha e que se encontrem precos especificos para cada uma das reas mencionadas Este mecanismo designado como market splitting ou separac o de mercados A hora de fecho do mercado di rio ser as 10 horas do dia anterior data do fornecimento os resultados do processo de encontro ser o publicados as 11 horas O processo de encontro incorpora as posic es abertas transferidas do mercado a prazo
19. diferenca entre a energia j atribu da e a m xima Pmax At que poss vel atribuir gt Ao desvio ainda existente quer no intervalo X quer no Y Em rela o sele o dos intervalos com desvio positivos i e os intervalos onde se esgota a energia contratada estes s o ordenados em func o do Up Price o preco da energia na sess o intradi ria correspondente ou seja dada prefer ncia transfer ncia de carga de intervalos onde o Up Price mais elevado Desta forma o algoritmo evita ir ao mercado intradi rio nas sess es onde a energia mais cara Para melhor compreens o apresentam se de seguida os passos deste algoritmo incluindo modifica es 1 No in cio do intervalo t o agregador recebe a informa o do utilizador do VE j e conhece o requisito de carregamento Rj nesse intervalo calculado o n vel de prioridade Mt j de cada VE conectado ao sistema no intervalo t Os VE conectados s o divididos em dois grupos o dos inflexiveis e o dos n o inflexiveis Seguidamente o agregador carrega os VE por ordem descendente de prioridade primeiro os inflexiveis e depois os n o inflexiveis O agregador decide o carregamento de cada VE j desde o intervalo atual t ao intervalo de sa da ej A taxa de carregamento em cada intervalo k dos VE inflex veis dada porE min PES At Rx A taxa de carregamento dos VE n o inflex veis dada por Ekj min Pre At Ry j Ep Dt Ex ou seja
20. do mesmo ranking determinado inicialmente para o VE j atribu da carga adicional Eadk j aos intervalos mais baratos at ser cumprido o requisito inicial do VE j Rt j Egi min P 7 At Ep j Rey 3 Os valores de Et j e Eadt j s o enviados como valores alvo POP para o VE j enquanto os valores para k gt t podem ser modificados no intervalo t 1 A energia requisitada remanescente Rj atualizada para os intervalo seguinte Rr41 Rej Eb je 53 5 4 3 Heuristico corretivo Em adic o aos algoritmos desenvolvidos por outros autores e apresentados em cima foi desenvolvido um algoritmo novo Este novo algoritmo designado Heur stico Corretivo tem por base os dois algoritmos supracitados e acrescenta algumas ideias na tentativa de minimizar ainda mais o desvio total Este algoritmo consiste em realizar intervalo a intervalo o despacho dos VE disponiveis de modo semelhante ao Amoroso Modificado e simultaneamente planear o despacho desses VE nos intervalos seguintes at a sua partida tal como no Wu Modificado Para al m destas foram acrescentadas duas novas carateristicas a este algoritmo A primeira que o processo do despacho respetivo ao intervalo atual foi dividido em duas fases carregamento dos VE inflexiveis e carregamento dos inflexiveis A l gica desta alterac o tem a ver com a f rmula 3 usada em Amoroso Modificado para a atribuic o da prioridade aos VE Esta f rmula que preten
21. e de distribui o de energia el trica est o assentes na exist ncia de redes que veiculam a energia el trica desde a produ o at cada uma das instala es consumidoras sendo consideradas monop lios naturais em fun o do tipo de investimento e opera o que requerem Do ponto de vista da teoria econ mica economicamente mais eficiente a manuten o de uma estrutura monopolista nestas atividades do que a sua abertura a mecanismos de concorr ncia Os monop lios naturais subjacentes s atividades de transporte e distribui o de energia el trica est o sujeitos a regula o tendo se consagrado o princ pio de acesso livre por terceiros mediante o pagamento de uma tarifa regulada Por seu lado a produ o e a 41 comercializa o de energia el trica est o abertas a concorr ncia com a justifica o econ mica de introduzir maior efici ncia na gest o e opera o dos recursos afetos a estas atividades 4 3 Mercados de Eletricidade A atividade de produ o de energia el trica em regime de mercado est associada a um mercado grossista no qual os produtores asseguram a coloca o da mesma e os agentes compradores adquirem energia el trica seja para satisfazer a carteira de fornecimentos a clientes finais seja para consumo pr prio A atividade de comercializa o est associada a um mercado retalhista em que os agentes comercializadores concorrem para assegurar o fornecimento dos clientes finais Nas sec
22. exemplo quando o ve culo est imobilizado ou quando circula a uma velocidade inferior a determinado valor O motor el trico permite ainda a recupera o da energia cin tica nas travagens ou durante a desacelera o natural do ve culo por exemplo a descer uma via inclinada Para al m da redu o do consumo de combust vel a menor utiliza o do motor de combust o contribui tamb m para o seu menor desgaste e portanto a manuten o do ve culo pode ser significativamente reduzida 13 Ainda na categoria dos HEV estes podem ser classificados como sendo do h bridos do tipo plug in ou assumindo a designa o inglesa Plug In Hybrid Electric Vehicles PHEV Esta subcategoria permite que o carregamento das baterias se fa a com recurso liga o do ve culo rede el trica Este tipo de solu o tecnol gica para o recarregamento das baterias permite que o ve culo utilize apenas a energia el trica para se movimentar o que uma grande vantagem face aos restantes HEV uma vez que torna poss vel que em viagens curtas tais como as viagens citadinas di rias n o se utilize nenhum outro combust vel Os ve culos de c lula de combust vel ou Fuel Cell Vehicles FCV produzem energia el trica a partir do hidrog nio A eletricidade resulta duma rea o qu mica entre o hidrog nio e o oxig nio cujo produto para al m da eletricidade gua pelo que se pode concluir que estes ve culos n o s o poluentes A energia el
23. foi escolhido o algoritmo proposto por Bessa et al 2 Este algoritmo ao contr rio dos desenvolvidos um algoritmo de otimiza o em vez de heur stico pelo que expect vel que apresente uma performance superior Ainda assim a sua performance constitui uma refer ncia pela qual se pode avaliar a qualidade dos resultados dos restantes algoritmos aqui apresentados A ideia deste algoritmo semelhante do Amoroso Modificado exceto no ponto 2 onde supera a limita o de analisar apenas o presente intervalo Neste ponto um problema de otimiza o resolvido sequencialmente para cada intervalo t num total de 48 intervalos de meia hora que correspondem a um dia De seguida s o apresentados os passos deste algoritmo 1 no in cio do intervalo t o agregador recebe a informa o do utilizador do VE j e conhece o requisito de carregamento Rj nesse intervalo 2 resolvido o seguinte problema de otimiza o pin BEER DU Ea a Sii lt PP vj 1 Ne Vk ppt E peyre lE Rij vje 1 Nt 7 onde Hjplug o per odo em que o VE est ligado para carregar 3 o valor de Et j enviado com um valor alvo POP para o VE j enquanto os valores k gt t podem ser modificados no intervalo t 1 A energia requisitada remanescente Rj atualizada para o intervalo seguinte R 1 Rej Etje Capitulo 6 Resultados 6 1 Introduc o Neste cap tulo ser o analisadas as performances dos tr s algoritmos desen
24. garante se que a energia contratada atribu da primeiro aos VE inflex veis diminuindo em certos casos a energia contratada nas sess es intradi rias A segunda e ltima nova carater stica que este algoritmo apresenta que medida que avan a o algoritmo vai corrigindo o despacho planeado dos VE ainda ligados ao sistema transferindo carga de intervalos onde o operacional superior energia contratada para intervalos onde inferior Essa transfer ncia deve obedecer a alguns crit rios de modo a que os carregamentos fa am sentido e a serem cumpridos os requisitos de carregamento de todos os VE Assim para se transferir carga de um VE k do intervalo X para o intervalo Y devem ser cumpridos alguns requisitos e OVE deve estar ligado durante o per odo entre X e Y S assim se garante que cumprido o seu requisito de carregamento e que n o se interfere com outro per odo onde o VE est tamb m ligado relembra se que se est na posse de dados relativos a carregamentos futuros e Seo intervalo para onde se quer transferir carga for posterior ao intervalo de onde se quer retirar Y gt X tem que se garantir que no intervalo X o VE n o inflexivel pois nesse intervalo o VE deve obrigatoriamente receber o carregamento planeado O carregamento transferido de um VE um intervalo para outro deve estar limitado gt Ao pr prio carregamento atribu do ao VE na hora X gt Amargem desse VE no intervalo Y ou seja a
25. intervalo 5 2 Framework proposto O agregador participa no mercado do dia seguinte com propostas de compra baseadas em previs es de energia el trica para os diversos per odos do mercado Estes per odos com a durac o de meia hora cada coincidem com os intervalos de carregamento dos VE A eletricidade contratada em cada intervalo paga ao respetivo preco marginal estabelecido no fecho do mercado Um dos pressupostos da aplicac o destes algoritmos que o agregador pode controlar o carregamento de todos os VE da sua frota desde que sejam satisfeitos os seus requisitos de carregamento ou seja que cada VE receba a energia requisitada at ao intervalo que define como de partida Antes do fecho do mercado no dia D o agregador tem de definir a quantidade de energia el trica a contratar em cada intervalo do dia D 1 com o objetivo de abastecer a sua frota de VE ao menor custo possivel 49 Depois da participac o no mercado de eletricidade e ao longo do dia operacional a energia contratada utilizada para o carregamento dos VE Uma vez que a energia contratada foi obtida com base em previs es as quais n o est o isentas de erro expect vel que esses valores n o coincidam sempre com os respetivos consumos Em alguns intervalos o consumo poder superior a energia contratada enquanto noutros ser inferior Para minimiza o desses desvios o agregador pode recorrer a algoritmos adequados de gest o operacional Tr s a
26. re ne e gere essa informac o e controlo os carregamentos da sua frota Esta situac o mais favor vel quando comparada com a situac o individual de um VE uma vez que a previs o da pot ncia total e energia el trica disponivel em cada hora realizada com menos incerteza Guille e Gross 18 atribuem ao agregador as fun es de fornecimento de energia e servicos de sistema ao OS e de compra de energia aos fornecedores locais para o carregamento dos VE O agregador poder ter beneficios econ micos uma vez que contrata a grande escala Os autores acrescentam que devem ser cumpridos alguns requisitos de comunicac o Por exemplo o agregador deve monitorizar o estado de carregamento de cada VE reunir os dados relativos aos servicos prestados ao OS e aos utilizadores receber sinais do OS e utilizadores e realizar a medic o dos tr nsitos de pot ncia Lopes et al 19 descreve uma hierarquia de controlo que compreende os seguintes componentes Controlador dos Ve culos VC respons vel pelo carregamento das baterias Clusters of Vehicle Controllers CVC que representam as estac es de carregamento Controlador Central de Gest o Aut noma CAMC instalado numa subestac o MT AT e respons vel pela gest o de uma grande quantidade de VE ligado com a rede e o Controlador Central da Micro Rede MGCC que faz a ligac o entre o CAMC e o VC na Micro Rede dotado da capacidade de controlar cargas e micro gerac o O agregador por sua vez
27. tamanho da agrega o 15 30 50 e de 75 a 1500 EV com incrementos de 75 59 40 00 35 00 O 30 00 4 Amoroso Mod 25 00 E Wu Mod A Heur stico Corr 20 00 ot PPP a PP X Otimizado AERELESESS EEE EEE O 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 15 00 10 00 Figura 6 2 Tamanho da agregacao contra mMAPE para a frota B O tamanho da agregacao 15 30 50 e de 75 a 1500 EV com incrementos de 75 Pode se verificar que tanto numa frota como noutra a medida que a dimens o da frota aumenta o mMAPE tende a diminuir Este efeito mais dr stico para frotas pequenas comecando a estabilizar a partir dos 150 VE Estes resultados enfatizam a importancia do carregamento coordenado de VE para minimizac o dos desvios finais Comparando os diferentes algoritmos possivel perceber que os resultados sao aproximados com a excecao do Wu Modificado o qual apresenta numa frota e noutra os piores resultados O algoritmo que apresenta o menor mMAPE como se esperava o Otimizado mas apenas ligeiramente inferior que os menos complexos Amoroso Modificado e Heur stico Corretivo no caso com 1500 VE apresenta um mMAPE de 10 24 e 10 79 nas frotas A e B respetivamente ainda possivel observar que as heur sticas aplicadas neste ltimo permitiram diminuir ligeiramente o erro em relac o aos algoritmos que o inspiraram no caso com 1500 VE a reduc o em relac o ao Amoroso Mod
28. 0 1109 TSG 2011 2163174 6 http en wikipedia org wiki History of the electric vehicle 10 03 2012 7 http inventors about com od estartinventions a History Of Electric Vehicles htm 10 3 2012 8 http www recharge power com About History 15 03 2012 9 Young W R Jr Electric vehicles of yesterday carry us into tomorrow Southcon 94 Conference Record vol no pp 14 16 29 31 March 1994 DOI 10 1109 SOUTHC 1994 498067 10 http www internalcombustionbook com RedDevil php 28 03 2012 11 http www renault pt descubra a renault meioambiente comunicados _renault twizy 22 02 2012 12 http www nissanusa leaf electric car index leaf electric car specs features index 22 02 2012 13 Chan C C The State of the Art of Electric Hybrid and Fuel Cell Vehicles Proceedings of the IEEE vol 95 no 4 pp 704 718 April 2007 DOI 10 1109 JPROC 2007 892489 14 Kempton W Tomic J S Letendre Vehicle to Grid Power Battery Hybrid and Fuel Cell Vehicles as Resources for Distributed Electric Power in California 2001 Institute of Transportation Studies University of California Davis CA USA UCD ITS RR 01 03 15 T Gomez I Momber M Rivier A Sanchez Regulatory framework and business models for charging plug in electric vehicles infrastructure agents and commercial relationships Energy Policy pp 6364 November 22 2010 16 W Kempton J Tomic S Letendr
29. 2 apresenta o estado da arte do agente agregador de VE nomeadamente a definic o o modelo de neg cio otimizac o das propostas ao mercado e otimizac o do despacho de carregamento No cap tulo 3 faz se uma descric o aprofundada do ve culo el trico incluindo uma contextualizac o hist rica as diversas vertentes tecnol gicas e a caraterizac o do veiculo em Portugal O quarto cap tulo explica o funcionamento geral do MIBEL e dos v rios mercados que o constituem pelo que um ponto importante para perceber a interac o que existe entre eles e o agregador O quinto cap tulo faz a descric o dos algoritmos operacionais desenvolvidos e ainda dos algoritmos de previs o os quais n o foram utilizados mas que deram origem s propostas ao mercado utilizadas neste trabalho No sexto capitulo s o apresentados os resultados dos tr s algoritmos heuristicos desenvolvidos e de um quarto de optimizac o utilizado como refer ncia Os algoritmos foram testados para diferentes agregac es de VE e diferentes cen rios de mercado e para estes foram utilizados duas frotas diferentes O s timo e ltimo cap tulo apresenta as conclus es do trabalho com realce para a comparac o das estrat gias de carregamento e para os efeitos que a agregac o coordenac o tem no carregamento de uma frota de VE 21 Capitulo 2 Veiculos El tricos 2 1 Hist ria do Ve culo El trico A g nesis do VE tem uma data incerta mas aparte de outras con
30. Abstract Before an international landscape marked by a severe financial crisis and growing environmental concerns particularly in the transport sector the attentions turn to alternatives to the inefficient and polluting internal combustion vehicles In this context the electric vehicles especially the plug in in allowing a clean and economic movement seem like an interesting solution to take into account despite some drawbacks that must be addressed The movement of an electric vehicle can only be considered if the clean energy from the power grid and feeding their batteries comes from renewable sources In addition the growth of a fleet of electric vehicles have a considerable impact on system electrical power in view of their consumption profile tend to concentrate in the evening hours due to similar habits of most drivers In this sense there have been studies that suggest the existence of an entity responsible for aggregating and coordinating the loading fleet of electric vehicles aggregator These entities allow on the one hand the impact of this control in electric power system and on the other represent this fleet in the electrical market winning contracts more interesting and possibly economic benefits to users based on the use of electric vehicle as support for grid power In this thesis we studied algorithms charging electric vehicle fleets simulating the position of an aggregator This study fell on heuristic algorithms i
31. Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Comparac o de Estrat gias de Carregamento de Ve culos El tricos Nuno Miguel Duarte Lima VERSAO PROVIS RIA Dissertac o realizada no mbito do Mestrado Integrado em Engenharia Electrot cnica e de Computadores Major Energia Orientador Prof Manuel Matos Coorientador Eng Ricardo Bessa lt 03 09 2012 gt O Nuno Miguel Duarte Lima 2012 Resumo Perante um panorama internacional marcado por uma grave crise financeira e crescentes preocupa es ambientais particularmente com o setor dos transportes as aten es viram se para alternativas aos ineficientes e poluentes ve culos de combust o interna Neste mbito os ve culos el trico em particular os do tipo plug in ao permitirem uma circula o limpa e econ mica afiguram se como uma solu o interessante a ter em conta apesar de alguns inconvenientes que devem ser acautelados A circula o de um ve culo el trico s pode ser considerada limpa se a energia proveniente de rede el trica e que alimenta as suas baterias for proveniente de fontes renov veis Para al m disso o crescimento de uma frota de ve culos el tricos teria um consider vel impacto no sistema el trico de energia tendo em conta o seu perfil de consumo tendencialmente concentrado nas primeiras horas da noite devido aos h bitos semelhantes da maioria dos condutores Nesse sentido t m surgido trabalhos que prop em a exist ncia de uma e
32. Nestas condi es muitos deles s o realizados em regime obrigat rio e n o remunerados 47 Black Start Este servico tradicionalmente fornecido por centrais cl ssicas t rmicas com capacidade de arrancar autonomamente Este servico essencial para a reposic o gradual da operacionalidade do SEE caso ocorra um blackout total ou parcial da forma mais segura e r pida possivel Este servico pode ser nao remunerado e definido pelo TSO da rea de controlo no qual o servico fornecido Capitulo 5 Descric o dos Algoritmos 5 1 Introduc o Este quinto cap tulo comeca com a descric o do framework adotado neste trabalho e dos modelos de previs o que formaram o conjunto de dados aqui utilizados O resto do cap tulo servir para descrever os algoritmos de despacho de carregamento de VE propostos pelos autores Wu e Amoroso j mencionados nas suas vers es originais e depois das alterac es implementadas A principal diferenca entre estes dois algoritmos que enquanto o primeiro faz o despacho de carregamento dos VE para cada intervalo separadamente o segundo f lo considerando os intervalos subsequentes at a partida do ve culo Para al m destes ser ainda apresentado um novo algoritmo desenvolvido por mim o qual assenta num m todo heur stico que procura atrav s de ajustes nos despachos dos intervalos seguintes futuros a minimizac o diminuic o dos desvios entre energia contratada e despachada em cada
33. a da qualidade relativa do ajuste de um modelo estat stico Para previs o do pre o da eletricidade no mercado spot usado um modelo linear que relaciona covari veis e fun es suaves A escolha das vari veis feita atrav s do mesmo procedimento utilizado no modelo de previs o das vari veis de consumo de VE Para al m disso e de acordo com literatura recente sobre a previs o do pre o 26 foi inclu da como covari vel a penetra o da energia e lica 5 4 Algoritmos Operacionais 5 4 1 Amoroso Modificado No seu artigo Amoroso sugere dois algoritmos Maximum Energy With Priority MEWP e Spread Energy With Priority SEWP Em ambas as estrat gias os utilizadores s o ordenados por ordem decrescente de prioridade e a energia alocada aos utilizadores com maior nivel de prioridade at que a energia da rede se esgote Tanto a energia requerida para completar a carga da bateria como o tempo disponivel at a partida do utilizador variam a medida que o carregamento avanca Por essa raz o essa alocac o apenas diz respeito a esse intervalo sendo que no intervalo seguinte cada utilizador pode ter um grau de prioridade diferente repetindo se ent o o processo at o ltimo tempo em an lise Originalmente a prioridade de cada utilizador M procura satisfazer simultaneamente dois objetivos contradit rios satisfac o do utilizador e o lucro da utility por meio de Ms e Mp respetivamente M M Mp
34. a o transporte vendendo posteriormente os servicos ao OS ou ao mercado de eletricidade A frota estar concentrada num s local proporcionando um nico ponto de liga o rede Como tal este modelo ser adequado por exemplo a uma frota de ve culos de uma empresa O segundo modelo consiste na utilizac o da energia de VE dispersos mas dentro de um relacionamento comercial com uma empresa retalhista de eletricidade Neste modelo o agregador funciona como a empresa retalhista que compra eletricidade aos VE e que vende servicos no mercado de eletricidade Neste formato o agregador n o det m qualquer controlo sobre os VE no entanto pode oferecer incentivos financeiros para que fiquem conectados a rede quando poss vel O terceiro modelo deriva do segundo e em vez de o agregador acumular a sua func o com a de retalhista de eletricidade este seria uma entidade independente inclusivamente de outra rea de neg cio O agregador poderia ser desde um fabricante de baterias com a vantagem bvia de poder oferecer a substituic o da bateria em contrapartida pela energia do VE a operadores de redes m veis capazes de oferecer servicos de comunica o e outros semelhantes aos usados em telem veis No modelo proposto por Guille e Gross 18 o agregador oferece incentivos e em troca o VE obrigado a conetar o ve culo rede da forma que for determinada no contrato O incumprimento do estipulado no contrato pode levar perda das regalias o
35. a produ o e do consumo de energia el trica e que funciona em tempo real Um mercado de contrata o bilateral em que os agentes contratam para os diversos horizontes temporais a compra e venda de energia el trica Mercado Retalhista A estrutura de mercado retalhista assenta na coexist ncia de duas formas principais de contratac o do fornecimento de energia el trica e Contrata o em mercado regulado por aplica o de tarifas integrais tamb m reguladas e Contrata o em mercado liberalizado com as condi es de negocia o da energia a serem definidas e acordadas entre as partes e a componente do acesso s redes a ser aplicada atrav s de pre o regulado Assim de forma gen rica a primeira caracteriza o da estrutura de mercado ao n vel do retalho pode fazer se com a reparti o da contrata o entre mercado regulado e mercado liberalizado Convir aqui reter que a liberaliza o do mercado retalhista uma decorr ncia da aplica o da Diretiva 2003 54 CE que veio determinar que o mais tardar a partir de 1 de Julho de 2007 todos os consumidores pudessem escolher livremente o seu fornecedor de eletricidade 4 3 1 1 Mercado Di rio e Intradi rio Mercado Di rio O mercado di rio do MIBEL a plataforma onde se transaciona eletricidade para entrega no dia seguinte ao da negocia o Este mercado forma pre o para cada uma das 24 horas de cada dia e para cada um dos 365 ou 366 dias de cada ano O pre o
36. a que estes v o chegando atribuindo a cada veiculo que chega os N intervalos mais baratos ainda dispon veis necess rios e suficientes satisfazer o carregamento O autor termina afirmando que os atuais regulamentos de mercado e pol ticas associadas com o carregamento PEV t m de ser revistos a fim de melhorar o funcionamento geral do sistema O trabalho desenvolvido nesta disserta o incide sobre os algoritmos apresentados por Amoroso et al 4 e por Wu et al 5 Capitulo 4 Mercados de Eletricidade 4 1 Introduc o Neste cap tulo aborda se o funcionamento do Setor El trico em Portugal desde os mercados di rios e intradi rios aos servicos auxiliares Este ponto importante pois esclarece de que modo o agregador pode interagir com os mercados quer para a compra de energia nos mercados di rios e intradi rios para o abastecimento da sua frota quer para o fornecimento de energia ao operador de sistema no mbito do V2G 4 2 Organizac o do Setor El trico A organizac o estrutural do mercado el trico reflete a organizac o do pr prio sector designadamente a que decorre do processo de liberalizac o que um traco comum na Europa Neste sentido a estrutura organizativa reflete a exist ncia de uma cadeia vertical de atividades que no essencial se pode caracterizar em quatro vertentes fundamentais e Produ o e Transporte e Distribui o e Comercializa o de energia As atividades de transporte
37. atada geralmente a um pre o superior ao pre o spot no caso contr rio UpCost o agregador vende a energia mas em geral por um pre o inferior ao pre o spot ao qual a contratou verificando se preju zo A f rmula que reproduz o custo geral do agregador ent o Egons poro t t pe pes a eee RC ghia gt Egons 8 ni _ pe Ee ERR Ebid lt Efons Custo Total t onde E a energia el trica consumida no intervalo t 6 2 Resultados 6 2 1 Magnitude dos desvios dos algoritmos operacionais Esta secc o estuda o impacto que a agregac o e a coordenac o de uma frota de VE t m na magnitude dos desvios operacionais e de entre os algoritmos desenvolvidos e estudados quais os mais apropriados nas condi es propostas A magnitude dos desvios medida atrav s da forma modificada do erro absoluto m dio percentual mMAPE modified mean absolute percentage error ajena N cons Lj Ej mMAPE 100 9 onde N a dimens o da frota no conjunto de teste em uso As figuras 1 e 2 tracam o mMAPE para as diferentes dimens es de frotas de VE relativamente s frotas A e B respectivamente 50 00 45 00 40 00 35 00 30 00 Amoroso Mod 25 00 E Wu Mod 20 00 x A Heur stico Corr 15 00 222222 X Otimizado 10 00 AA AA AAA 5 00 0 00 O 150 300 450 600 750 900 1050 1200 1350 1500 Figura 6 1 Tamanho da agrega o contra mMAPE para a frota A O
38. c Vehicle Symposium amp Exhibition EVS23 December 2007 23 Kempton W Tomic J Vehicle to grid power implementation from stabilizing the grid to supporting large scale renewable energy Journal of Power Sources 2005 144 268 279 DOI 10 1016 j jpowsour 2004 12 022 24 Andersen PH Mathews JA Raska M Integrating private transport into renewable energy policy the strategy of creating intelligent recharging grids for electric vehicles Energy Policy 2009 37 2481 2486 DOI 10 1016 j enpol 2009 03 032 25 Sortomme El Sharkawi Optimal Charging Strategies for Unidirectional Vehicle to Grid IEEE TRANSACTIONS ON SMART GRID VOL 2 NO 1 MARCH 2011 1 0 1109 TSG 2010 2090910 26 T Jonsson P Pinson H Madsen On the market impact of wind energy forecasts Energy Economics 32 2010 313 320 27 R J Bessa N Lima and M A Matos Operational management algorithms for an EV aggregator in Proc of MedPower 2012 Cagliari Italy 1 3 Oct 2012 28 E L Migu lez I E Cort s L Rouco and G Lopez An overview of ancillary services in Spain Electric Power Systems Research vol 78 3 pp 515 523 Mar 2008 29 ersios Red El ctrica de Espa a REE March 2012 Online http www esios ree es web publica
39. cerere ere rece rece c era cerco reno 29 Figura 2 10 Carresamento em DC sa esto tada A ones eae 30 Figura 2 11 Carregamento em modo 4 cece eee ee cece een re rara raras 30 Figura 4 1 Mercado em pool sim trico L iii 42 Figura 4 0 2 Esquema temporal de funcionamento do Mercado intradi rio 43 Figura 4 3 Esquema hor rio das sess es do Mercado Intradi rio o ooooocccooconooconoo o 44 Figura 6 1 Tamanho da agregac o contra mMAPE para a frota A O tamanho da agrega o 15 30 50 e de 75 a 1500 EV com incrementos de 75 58 Figura 6 2 Tamanho da agregac o contra mMAPE para a frota B O tamanho da agrega o 15 30 50 e de 75 a 1500 EV com incrementos de 75 59 Figura 6 3 mMAPE para a frota A de 1500 EV em 30 cen rios de mercado 60 Figura 6 4 mMAPE para a frota B de 1500 EV em 30 cen rios de mercado 60 Figura 6 5 Custos k por excesso de energia dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado para a frota B ocoooononcncnccncncncnononcnnnnnncncnonononcnnononos 62 Figura 6 6 Custos k por d fice de energia dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado para a frota B L iii 63 Figura 6 7 Custos k por d fice mais custos por excesso de energia dos algoritmos de gest o operacional em 30 cen rios de m
40. controlo prim rio a frequ ncia estabiliza podendo encontrar se num valor diferente do seu valor nominal Assim ap s este primeiro controlo o AGC Automatic Generation Control ativa a Reserva Secundaria para repor a frequ ncia no valor nominal e para repor os tr nsitos pr acordados nas interliga es entre as diferentes reas de controlo A pot ncia que cada area dever ter como Reserva Secund ria definida pela ENTSO E e Reserva Terci ria ativada manualmente pelo TSO da rea de controlo onde o incidente ocorreu para libertar as reservas secund rias quando o valor da frequ ncia volta ao nominal Para al m de definir as regras do controlo de frequ ncia e os n veis necess rios de pot ncia das reservas a ENTSO E define tamb m tempos de atuac o dos tr s tipos de reserva Controlo de Tens o e Pot ncia Reativa O Controlo de Tens o e Pot ncia Reativa dividido em controlo local e controlo global No primeiro caso destacam se os Reguladores Autom ticos de Tens o dos Geradores que adaptam a tens o do barramento ao qual se encontra ligado o respetivo gerador de acordo com n veis pr estabelecidos pelo Operador do Sistema No segundo caso o controlo realizado por norma pelo Operador do Sistema atrav s da regulac o de tomadas de transformadores e de escal es de condensadores Ambos os controlos envolvem fornecimento de pot ncia reativa pelo que se torna dif cil obter pre os para estes servicos
41. de carregamento de uma e outra corresponde a energia que falta carregar a dividir pelo tempo considerado em cada Para uma efici ncia de carregamento ideal i e de 100 as duas estrat gias apresentam resultados semelhantes e positivos permitindo uma boa explorac o da rede mas quando se considera uma efici ncia de carregamento real stica observa se que o SEWP mostra ser mais adequado do que o MEWP o que se justifica pelo facto de que o segundo tende a utilizar taxas de carregamento mais elevadas onde a efici ncia de carregamento menor Wu et al 5 define algoritmos para o Agendamento e Despacho da energia el trica por parte dos agregadores de frotas PEV cujo principal objetivo a maximizac o de lucros de comercializac o de energia O autor prop e dois algoritmos um de Agendamento 1 que determina a quantidade de energia a comprar em cada hora de acordo com o preco quer o preco de contratos bilaterais quer o preco previsto do mercado do dia seguinte e outro para Despacho 2 que determina os intervalos de 1 min em que cada PEV ser carregado No algoritmo 1 a ideia b sica carregar cada ve culo nos intervalos onde a eletricidade mais barata Os intervalos s o ordenados por ordem crescente de preco e s o selecionados apenas N mais baratos que permitam o carregamento do PEV a taxa m xima de carregamento O segundo algoritmo calcula a durac o do carregamento com base na informac o fornecida pelos PEV a medid
42. de dar prioridade aos VE com maiores requisitos de energia e menos tempo para a receber falha em tornar os VE inflexiveis os mais prioritarios i e poss vel que a um VE n o priorit rio seja atribuido um nivel de prioridade mais elevado do que a um priorit rio Por exemplo um VE que apresente um requisito de carregamento de 3 kWh e esteja ligado mais tr s intervalos tem um grau de prioridade de 0 67 enquanto apresente um requisito de carregamento de 1 6 kWh e esteja ligado mais dois intervalos sendo por isso inflexivel tem um nivel de prioridade de apenas 0 53 Uma vez que aos VE priorit rios atribuido o carregamento antes que aos restantes nalguns casos estaria a atribuida energia a VE n o inflexiveis que poderia antes ser atribuida a VE inflexiveis Imagine se que no intervalo t atribuida a energia E a VE n o inflexiveis Em caso de se esgotar a energia contratada e haver ainda VE inflexiveis por despachar isto implica que seja contratada energia extra contratada em sess es intradiarias numa quantidade E superior a verdadeiramente necess ria fazendo aumentar desnecessariamente o desvio naquela hora Para resolver este problema dividiu se o despacho para o intervalo atual em duas fases despacho dos VE inflexiveis despacho dos VE n o inflexiveis Os VE continuam a ser classificados pela mesma func o de prioridade a nica diferenca que os inflexiveis sao despachados primeiro e os n o inflexiveis a seguir Assim
43. de tens o em redes predominantemente radiais particularmente se os per odos de pico coincidirem com os per odos de carregamento dos VE Assim se n o forem definidas estrat gias de gest o apropriadas para acomodar este aumento de carga ir o ocorrer significativos problemas t cnicos cujas desvantagens podem inclusive superar os benef cios econ micos e ambientais decorrentes da utiliza o dos VE Estas estrat gias podem ter duas formas 1 desenvolvimento e ado o de um modelo din mico de sinaliza o de pre o onde o utilizador incentivado a carregar nas horas de menor consumo ou 2 desenvolvimento de um sistema de gest o t cnica que pode corresponder a uma nova entidade respons vel por agrupar e coordenar o carregamento de uma frota de VE Essa entidade designada por agente agregador AA e tem a responsabilidade de por um lado garantir o carregamento desses ve culos e por outro a oportunidade de o fazer de forma t o eficiente e com o menor impacto para o sistema quanto poss vel 1 2 Objectivos Esta disserta o incide sobre as estrat gias de carregamento de VE coordenados por um agente agregador Os objetivos a que se prop e s o o estudo e compara o de estrat gias desenvolvidas por outros autores e a conce o de estrat gias de carregamento alternativas Do modo que proposto o modelo do agregador 1 este agente ter um trabalho duplo 1 a participa o no mercado di rio para comprar energia
44. do o consiga mais consistentemente Verifica se que o Amoroso Modificado capaz de contrariar a tend ncia do Otimizado como o caso do cen rio 2 ao 5 inclusive 61 Quanto ao Heuristico Corretivo embora seja capaz de em certos cenarios se superiorizar ao Amoroso Modificado este algoritmo segue sempre a mesma tend ncia que o Otimizado sendo incapaz de o superar 6 2 2 Custos dos Desvios dos Algoritmos Operacionais Os custos do excesso e do d fice de energia ao longo da gest o operacional do carregamento segunda componente de eq 9 foram calculados para os quatro algoritmos operacionais em 30 cen rios de mercado De notar que primeira componente de 9 corresponde a energia contratada previamente ao despacho no mercado diario e como tal igual para os quatro algoritmos Tabela 6 1 Custos k dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado para a frota A Algoritmo UpCost k DownCost k M dia M x Min M dia Max Min Amoroso Modificado 5 236247 7 84359 2 364638 0 360157 0 643142 0 056742 Wu Modificado 6 378716 8 933046 4 253253 1 451276 2 788773 0 393192 Heur stico Corretivo 2 857078 4 396962 2 165956 0 538815 0 961098 0 110237 Otimizado 2 207833 3 394717 1 634487 0 41253 0 781522 0 076617 Tabela 6 2 Custos k dos algoritmos de gest o operacional de 30 cenarios de mercado para a frota B Algoritmo UpCost k
45. do a Prazo O mercado a prazo de eletricidade um mercado organizado que oferece instrumentos de gest o de risco sob a forma de derivados No mbito do MIBEL e dos acordos estabelecidos para este mercado a entidade respons vel pela gest o do mercado a prazo o OMIP Os instrumentos transacionados no OMIP referem se a contratos de compra e venda de energia para uma determinada maturidade no futuro semana m s trimestre e ano de acordo com regras espec ficas deste mercado O tipo de instrumentos transacionados varia com as necessidades de gest o de risco e de troca de eletricidade pelos diferentes agentes 45 Atualmente o OMIP disponibiliza os seguintes instrumentos Contratos Futuro contrato padronizado volume nominal e notac o de preco de compra ou venda de energia para um determinado horizonte temporal em que o comprador se compromete a adquirir eletricidade no per odo de entrega e o vendedor se compromete a colocar essa mesma eletricidade a um preco determinado no momento da transa o Este contrato tem liquidac es di rias margens entre o preco de transac o e a cotac o de mercado a futuro de cada dia Os agentes compradores e vendedores n o se relacionam diretamente entre si cabendo c mara de compensac o a responsabilidade de liquidar as margens di rias e o contrato na data ou per odo de entrega Contratos Forward contrato padronizado volume nominal e notac o de preco de compra ou venda de energ
46. e A Brooks T Lipman Vehicle to Grid Power Battery Hybrid and Fuel Cell Vehicles as Resources for Distributed Electric Power in Error Use the Home tab to apply Cabecalho 1 Capitulo to the text that you want to appear here 69 California Davis CA Institute for Transportation Studies Report 4 UCD ITS RR 01 03 77 xiv pages June 2001 17 Brooks A Integration of electric drive vehicles with the power grid a new application for vehicle batteries Battery Conference on Applications and Advances 2002 The Seventeenth Annual vol no pp 239 2002 doi 10 1109 BCAA 2002 986406 28 Christophe Guille George Gross A conceptual framework for the vehicle to grid V2G implementation Energy Policy Volume 37 Issue 11 November 2009 Pages 4379 4390 ISSN 0301 4215 10 1016 j enpol 2009 05 053 20 Galus M D Andersson G Demand Management of Grid Connected Plug In Hybrid Electric Vehicles PHEV Energy 2030 Conference 2008 ENERGY 2008 IEEE vol no pp 1 8 17 18 Nov 2008 DOI 10 1109 ENERGY 2008 4781014 21 Galus M D Andersson G Integration of Plug In Hybrid Electric Vehicles into energy networks PowerTech 2009 IEEE Bucharest vol no pp 1 8 June 28 2009 July 2 2009 DOI 10 1109 PTC 2009 5282135 22 Brooks A Thesen SH PG amp E and Tesla Motors vehicle to grid demonstration and evaluation program 23th International Battery Hybrid and Fuel Cell Electri
47. e rule based including two algorithms of other authors and a new algorithm developed throughout this dissertation The performance of these algorithms has been compared with that of a charging algorithm based optimization as such with superior performance but on the other hand more complex In the course of this work were performed several tests based on data from the Iberian Electricity Market for the year 2010 while the data necessary for the application of algorithms including the electricity market contracted during the day and the behaviors of Fleet were calculated using the predictive models already exist The algorithms were tested for aggregates and 23 to 30 scenarios market and each two different fleet were used vi vii Agradecimentos Primeiro gostaria de agradecer ao meu orientador o professor Manuel Matos por todo o incentivo e aconselhamento dado ao longo desta dissertac o Gostaria ainda de agradecer ao Eng Ricardo Bessa do INESC Porto que para al m de toda a ajuda e conselhos que me deu ao longo deste per odo ainda me forneceu os dados para a aplicac o dos algoritmos e os resultados do seu algoritmo Finalmente gostaria de agradecer a minha familia e amigos que direta ou indiretamente contribuiram para a conclus o de um capitulo tao grande na minha vida Nuno Lima viii Hoje melhor do que ontem amanh melhor do que hoje Lema japon s Kaizen Indice Capitulo Tai cis 19 INTFOdUCAO ii
48. eesaeesaeesaeesaeesaeesees 48 5 3 Algoritmos de Previs o miii sincero nessa nine cata dn Es nocao nene esas deeeusecelee dass 49 5 4 Algoritmos Operacionais essceses inicias cnn ini ise 49 CapitulO 6 ile 57 ACRE La a o EAR RR PORN RR IR RAN END PN RD RR NPR RE SR RP 57 6 T INtrOdU O sur cream tantes mia EROI 57 6 2 Results 58 Capitulo T ciccione siso ess iss ads uso asa abel vee siso nao also ado piso nele ado aaa 66 CONCIUS ES capcusasasrenaasinmessasbindas E A i 66 R ferenciassnzciszianicabonisvaiaiai aio aa ais 68 xi xii Lista de Figuras Figura 2 1 Tipos de Ve culos El tricos tree 23 Figura 2 2 Esquema das configura es do HEV a s rie b paralelo 24 Figura 2 3 Esquema interno do carregamento de um VE oooccccccccccnccnncnncnncnncnncnnannss 26 Figura 2 4 Tomada industrial IEC 60309 monof sica de 16A com terra e respetiva ficha a esq e tomada dom stica monof sica de 16A com terra Shuco e respetiva ficha AA SA 27 Figura 2 5 Carregamento em Modo 1 ssssssssessossssssesosesssssooosssssssooosssessssossssssseo 27 Figura 2 6 Dispositivo Diferencial Inline no CaboO oooccccccccccccccnncnccnncnncnncnncnncnnannss 28 Figura 2 7 Carregamento em Modo BZ occcccccccccnnccccnncccccccnncncconco cnc iii 28 Figura 2 8 ICCB caixa de comando 0 ecco 29 Figura 2 9 Carregamento em modo 2 c bce e
49. egados da mesma forma que primeiros p VE o que leva a que E Es gt EP onde m gt p 3 o valor de Et j enviado com um valor alvo POP para o VE j e a energia requisitada remanescente Rj atualizada para o intervalo seguinte Rr41 Rej Etj 5 4 2 Wu Modificado Com este algoritmo o autor pretende distribuir pelos VE s a energia contratada com o menor desvio possivel em relac o ao previsto Tal como o anterior este algoritmo funciona continuamente durante o periodo de carregamento atualizando de forma din mica a lista dos VE s que est o conectados e os seus dados A principal carater stica que distingue este algoritmo do anterior que este nao considera apenas o intervalo atual ou seja em cada intervalo ele determina n o s o carregamento de um VE para o intervalo atual mas tamb m para os intervalos conseguintes at a partida do VE A cada VE que chega s o atribuidas os pr ximos intervalos mais baratos com energia disponivel e suficiente para proceder ao carregamento Estes intervalos v o constituir o conjunto Hj Caso a energia dispon vel nos intervalos n o seja suficiente para satisfazer o requisito de carregamento de um VE este algoritmo tal como o anterior n o prev a possibilidade de o operacional num dado intervalo exceder a energia contratada para esse mesmo intervalo De modo a atender esse requisito e atendendo a especificidade deste algoritmo determinou se que quando tal acontece deve se
50. egamento pode assumir valores inferiores a estes Naturalmente quando a taxa em causa corresponde a uma energia superior que falta para igualar o requisito de carga do veiculo a taxa ser apenas a suficiente para cumprir essa exig ncia Para al m disso da forma como s o apresentados os 51 algoritmos n o est o preparados para carregar em cada intervalo mais do que a energia contratada inicialmente em mercado di rio Por exemplo se no primeiro intervalo tiverem sido contratados 45 kW o algoritmo n o permite que o operacional nesse intervalo exceda esse valor mesmo que isso implique que n o sejam cumpridos os requisitos de carregamento de um ou mais ve culos Logicamente a energia a mais a contratar teria que ser comprada nas v rias sess es intradi rias do mercado explicado com mais profundidade no cap tulo 4 As vantagens dessa possibilidade s o as seguintes por um lado devido maior proximidade da hora em causa a incerteza menor e portanto torna se mais f cil aproximar a energia contratada da carga real uma vez que tamb m mais f cil a previs o da carga por outro permite garantir que todos os ve culos recebem a energia que precisam mesmo quando a carga da frota supera as expectativas do agente agregador O algoritmo SEWP foi abandonado por se ter obtido resultados muito piores aos obtidos com todos os outros algoritmos testados neste trabalho O algoritmo original MEWP foi ent o modificado de modo a admit
51. el o imposto municipal sobre ve culos o imposto de circulac o e o imposto de camionagem O Decreto Lei n 39 2010 de 26 de Abril tinha tr s objetivos essenciais e citando Incentivar a aquisic o e utilizac o de VE Garantir que o carregamento das baterias de VE se realiza atrav s de uma rede de carregamento integrada e Consagrar um regime de universalidade e equidade no acesso aos servicos de mobilidade el trica Como resultado e o incentivo aquisic o de um carro el trico pode chegar a 6 500 euros no caso de a aquisic o do novo carro el trico ser realizada a custa do abate de um ve culo em fim de vida Para esse efeito foi criada uma rede nacional de pontos de carregamento rede MOBI E que permitir qualquer pessoa carregar as baterias do seu ve culo em qualquer ponto de carregamento dispon vel no Pa s mediante a utilizac o de um cart o de carregamento contratado com qualquer comercializador de eletricidade para a mobilidade el trica A rede piloto para a mobilidade el trica abrange 25 cidades e neste momento constituida por 1350 pontos de carregamento dos quais 50 s o postos de carregamento rapido Os 25 municipios e o centro de intelig ncia em inovac o INTELI criaram um living lab para a mobilidade el trica o qual se encontra integrado no RENER Renewable Energy Living Lab que por sua vez integra a Rede Europeia de Living Labs No entanto e j sob a administrac o do XIX e atual Go
52. ente aos segundos Sortomme et al 25 apresenta uma abordagem ao carregamento timo de VE designada Vehicle to Grid V2G onde o VE pode oferecer o fornecimento de energia el trica e servicos auxiliares rede os quais merecem a devida compensa o remunerat ria O artigo dedica se ao estudo do V2G unidirecional por ser mais f cil de implementar inicialmente o que significa que a regula o o mercado mais rent vel para o dono de um VE realizada pela varia o do ponto preferido de opera o POP de cada VE Este artigo sugere dois algoritmos de sele o do POP algoritmos heur sticos de carregamento inteligente smart charging e algoritmos de sele o tima sendo que apenas os algoritmos otimizados oferecem benef cios significativos a todos os participantes clientes agregadores e utility Amoroso et al 4 apresenta um artigo onde estuda o Impacto de Varia es de Efici ncia na Efic cia de Estrat gias de Carregamento com Taxa Vari vel para Ve culos El tricos O autor considera duas estrat gias Maximum Energy With Priority MEWP e Spread Energy 39 With Priority SEWP nas quais os utilizadores sao ordenados por prioridade decrescente A primeira consiste em alocar a energia ao utilizador de modo que o carregamento fique completo no final desse periodo enquanto a segunda consiste em distribuir a energia ainda a ser fornecida ao utilizador pelo tempo disponivel at que este deixe o sistema A taxa
53. ercado para a frota B oooocccccncncncnnono 64 xiii xiv Lista de Tabelas Tabela 3 1 Disponibilidade e Energia Requisitada dos VE comunicados no intervalo 1 33 Tabela 3 2 Despachos A e B no intervalo 1 vece 34 Tabela 3 3 Disponibilidade e Energia Requisitada dos VE comunicados no intervalo 2 34 Tabela 3 4 Despachos Ae B no intervalo 2 vece 34 Tabela 3 5 Despachos A e B no intervalo 3 oooccccconccnccncncncccncconcnnnonccnconccnncnnannss 35 Tabela 3 6 Carregamento individual e desvio dos despachos A e B ao longo dos tr s INCAS araras esperas o Ceasa Ea aaa SUNS paca UR CU E Gudea UE USOS no ER Boon 35 Tabela 6 1 Custos k dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado paraa frota Assiri dag nesse near Lasso ace deve sua ria 61 Tabela 6 2 Custos k dos algoritmos de gest o operacional de 30 cen rios de mercado para a frota Bs serpentes o ans Ta CO Lda eg Tea T apa dans 61 Tabela 6 3 Custos dos algoritmos de gest o operacional num cen rio de mercado para AS frotas ALE Bavaria acelera pb i FER ca ca 64 XV xvi Abreviaturas e Simbolos Lista de abreviaturas AA BEV CA CC DSO FCEV HEV kW kWh MEWP MIBEL mMAPE OMEL PHEV PEV SEE SEWP SOC TSO VCI VE V2G Agente Agregador Battery Electric Vehicle Corrente Alternada Corrente Continua Distribution System Operator Fuel Cell Electric Vehicle
54. gidos no dia 29 de Abril de 1899 10 S em 1902 o record de velocidade foi conquistado por um carro a vapor com uma velocidade m dia de 120 km h num marco que de certa forma marcou o in cio do decl nio dos carros el tricos 9 Apesar do alcance limitado e da depend ncia de esta es de carregamento pr prias para carregar o VE valia pela sua fiabilidade facilidade de arranque e pelo seu operar silencioso caracter sticas que faltavam quer aos carros a vapor quer aos carros de combust o interna Curiosamente viria a ser o desenvolvimento de um motor el trico a condenar o sucesso destes ve culos Em 1911 um motor de arranque el trico viria substituir os tradicionais e inc modos arrancadores manivela dando aos carros a gasolina um arranque mais simples e fi vel Este 23 fator combinado com a disponibilidade limitada de eletricidade nas zonas rurais tempos de carregamento demorados e alcance limitado dos VE marcou o inicio do decl nio dos VE 9 No desenrolar desse s culo o veiculo de combust o interna viria a afirmar se como o principal meio de transporte rodovi rio dominio que se mant m nos dias de hoje Por m com as crises petrol feras da d cada de 1970 o aumento dos precos dos combustiveis despertou novamente o interesse pelo desenvolvimento dos ve culos el tricos A crescente consciencializac o ambiental que se fez sentir nas d cadas seguintes s serviu para reforcar essa preocupac o em especial devid
55. i ia lierna dira 19 1 1 Enquadramento sce uri rasata a e a cia aserano 19 1 2 QDJOCLIVOS ii a a 20 1 3 Estrutura da Disserta o ooooocooncoonconnccnnconnconnconnconnconnronnronnronn sere ce ricarico 21 Capitulo 2 gt io nanni 22 Veiculos ElGtricOs ioc cscieccatni eck sn Eanes acusa DURE Ie 22 2 1 Hist ria do Ve culo El trico iii 22 2 2 Tipos de Ve culos El tricos tiri 23 2 3 Carregamento de um Ve culo El trico ei 25 2 4 Modos de Carregamento cccccsecseereerrrsrerrescesnern cen cen cen cer cen cen ie nie zio zine 26 2 5 Mobilidade El trica em Portugal Lei 31 Capit lo Tiida 32 Despacho do Carregamento de VE oooccccocccccccccccncccccccccccocacocaccncnnss 32 351 Descricao do Problema assess sa isso assa a eed eae eee rai 32 3 2 AOFOOAC OM a RIT RR 36 Capitulo A Ad 40 Mercados de Eletricidade ois scscsvsesds eiccesaseenes scan i tosse ci ida see iss seat esa 40 Mil INtROdU O sacar sola netas passo madre A ta deca hak DE decade ck TS RE Pa TS 40 4 2 Organiza o do Setor El trico LL eee rire 40 4 3 Mercados de Eletricidade ici eure vaso oito enters ASSIS VA SETA SR NS aa nal va 41 Capitulo Di A held a pai 48 Descri o dos AlgoritMOS assa aureus ci a cubra eai nasua 48 541 Introdu o ceros ara ire id 48 5 2 Framework proposto cccccesccesccesccescceseeesceesaeesaeesaeesa
56. ia para um determinado horizonte temporal em que o comprador se compromete a adquirir eletricidade no per odo de entrega e o vendedor se compromete a colocar essa mesma eletricidade a um preco determinado no momento da transac o Este contrato n o tem liquidac es di rias das margens durante o periodo de negociac o sendo a margem liquidada integralmente nos dias de entrega f sica ou financeira Os agentes compradores e vendedores nao se relacionam diretamente entre si cabendo a c mara de compensac o a responsabilidade de liquidar as margens di rias e o contrato na data ou periodo de entrega Contratos SWAP contrato padronizado em que se troca uma posic o em preco vari vel por uma posic o de preco fixo ou vice versa dependendo do sentido da troca Este tipo de contratos destina se a gerir ou tomar risco financeiro n o existindo por isso entrega do produto subjacente mas apenas a liquidac o das margens correspondentes 4 3 1 3 Mercado de Servicos de Sistema Qualquer SEE tem a necessidade de possuir Servicos de Sistema designados na literatura inglesa Ancillary Systems Estes servicos fornecem um apoio a operacionalidade da rede Existem v rias diferencas na sua aplicac o e no seu funcionamento espec ficas de cada pa s no entanto identificam se tracos muito comuns nos casos europeus que se abordam de seguida Os servicos necess rios a explorac o segura e fi vel de um SEE s o os seguintes Reservas n
57. ificado foi de 13 08 para 12 83 e de 12 22 para 11 93 nas frotas A e B respetivamente ou seja aproximadamente 0 3 Os algoritmos foram ainda testados para 30 diferentes cen rios de mercado mantendo desta vez a agregac o de VE numa dimens o fixa A agregac o preferida foram os 1500 VE As figuras 3 e 4 tracam o mMAPE para os diferentes cen rios de mercado para as frotas A e B respetivamente Amoroso Mod Wu Mod Heur stico Corr Otimizado Figura 6 3 mMAPE para a frota A de 1500 EV em 30 cen rios de mercado AN A i fa A I NAIV WY YNI NIJ Amoroso Mod Wu Mod Heur stico Corr Otimizado NA PAES STR Noam A NARA a D INR VY Y NA V 10 15 20 25 30 Figura 6 4 mMAPE para a frota B de 1500 EV em 30 cen rios de mercado Nos v rios cen rios de mercado pode se constatar que o algoritmo Wu Modificado apresenta novamente os piores resultados dos quatro tanto para a frota A como para a frota B No entanto desta vez n o claro qual dos algoritmos nitidamente melhor Apesar de para a frota A se repetir a tend ncia vista nas figuras 6 1 e 6 2 onde o algoritmo Otimizado se superioriza ao Heur stico Corretivo e ao Amoroso Modificado para a frota B o mesmo nao se verifica E possivel verificar que para esta frota o algoritmo que apresenta menor mMAPE varia entre o Otimizado e o Amoroso Modificado embora o Otimiza
58. ir esta possibilidade De seguida s o apresentados os passos que descrevem o algoritmo como este foi utilizado neste trabalho ou seja incluindo as modifica es supracitadas 1 no in cio do intervalo t o agregador recebe a informa o do utilizador do VE j e conhece o requisito de carregamento Rj nesse intervalo 2 calculado o n vel de prioridade Mt j de cada VE conectado ao sistema no intervalo t Seguidamente o agregador carrega os VE por ordem descendente de prioridade at que sejam todos despachados ou at que a energia contratada para o intervalo t se esgote A taxa de carregamento de cada VE dada por E min Po Rij onde Pmax a taxa m xima de carregamento 1 5 kW At a dura o do intervalo meia hora e Rt j a energia requisitada remanescente i e por fornecer no intervalo t Aqui duas situa es podem ocorrer Zi E lt EP 4 tal que todos os VE conetados no intervalo t representados por Nt com taxas de carregamento Et j s o insuficientes para igualar a energia contratada para esse intervalo Etbid Gee EP tal que os p VE mais priorit rios s o suficientes para igualar a energia contratada para esse intervalo Neste caso necess rio verificar se os VE n o despachados j gt p s o flex veis ou seja se os seus requisitos de carregamento podem ser cumpridos dentro do tempo que eles t m antes da partida Caso tal nao se verifique estes VE inflexiveis ser o carr
59. lectric Vehicles Electric Vehicles Electric Vehicles Electric Vehicles Figura 2 1 Tipos de Veiculos El tricos Os ve culos puramente el tricos tamb m conhecidos na literatura inglesa por Battery Electric Vehicles BEV caraterizam se por utilizarem apenas energia el trica para alimentar o s motor es el trico s que lhe d o locomoc o Essa energia encontra se guardada em baterias cuja recarga tera que ser feita atrav s da ligac o a Rede ou a outra fonte de energia el trica outra bateria por exemplo Por recorrer apenas a energia el trica das baterias estes ve culos s o n o causam dano ao ambiente uma vez que a sua circula o n o produz quaisquer emiss es No entanto esse tamb m o seu maior inconveniente pois devido ao estado de desenvolvimento das baterias estes veiculos apresentam em geral autonomias baixas aproximadamente 100 160 km 11 12 O alto custo inicial o longo tempo de carga e o reduzido espaco de carga s o outros dos defeitos normalmente apontados a estes ve culos 13 Os ve culos h bridos HEV s o ve culos que combinam a tecnologia dos BEV e dos VCI i e motor de combust o interna e um ou mais motores el tricos O modo como estes s o concebidos para funcionar d origem a tr s tipos de HEV h brido s rie h brido paralelo e hibrido s rie paralelo O h brido s rie carateriza se pela inexist ncia de uma liga o direta entre o motor de combust o e o veio de transmiss o some
60. lgoritmos s o apresentados na sec o seguinte Para j apresenta se os algoritmos de previs o que d o origem aos conjuntos de dados utilizados 5 3 Algoritmos de Previs o O neg cio da gest o do carregamento de uma frota de VE como j foi explicado envolve duas fases a participa o no mercado di rio de energia onde se determina a energia a contratar para o dia seguinte e atribui o em tempo real dessa energia no carregamento dos VE Uma vez que a dist ncia temporal entre uma fase e outra em geral acima de 24 horas o agregador precisa prever o consumo dos VE para o dia seguinte D 1 Os dados necess rios a realiza o deste trabalho foram obtidos com a utiliza o de tr s modelos de previs o um para o pre o da eletricidade no mercado spot di rio e intradi rio e dois para a disponibilidade e os requisitos de carregamento dos VE da frota no dia seguinte respetivamente O consumo dos VE divide se em duas vari veis a disponibilidade de carregamento e a energia requisitada O modelo usado na previs o destas vari veis consiste num modelo linear composto por covari veis e vari veis desfasadas Para sele o das vari veis desfasadas o primeiro passo consiste em verificar a estacionaridade da s rie temporal De seguida a escolha efetiva das vari veis feita atrav s da an lise do diagrama de correla o das vari veis em conjunto com o crit rio de informa o Akaike AIC o qual fornece uma medid
61. lmente a pot ncia de ponta prevendo se que a partir de certo nivel de integrac o a capacidade de interligac o nalguns ramos do sistema n o seja suficiente para alimentar essa carga adicional Ao mesmo tempo n o vi vel que 1 o Operador de Sistema OS coordene o carregamento individual de cada VE nem que 2 cada VE devido sua dimens o menor kW em vez de MW faca as suas pr prias propostas de compra de energia Uma possivel soluc o passa pela exist ncia de um agente agregador de uma frota de VE que sirva de intermedi rio entre o utilizador de cada VE e o mercado di rio do MIBEL ou empresas produtoras de eletricidade 3 2 1 Definic o de Agregador Este conceito foi introduzido em 2001 por Kempton et al 16 e na sua vis o o objetivo do agregador passa por representar uma grande capacidade de carga pelo menos 1 MW que pode ser vendida no mercado da eletricidade ou diretamente com uma emprese produtora de energia el trica atrav s de contratos bilaterais Adicionalmente os autores reconheceram diversas entidades adequadas para este papel nomeadamente empresas de servicos energ ticos fabricantes de autom veis operadores de redes m veis comercializadores de energia Brooks e Cage 17 apresentam um conceito semelhante com a diferenca que o agregador d primazia a func o do VE como meio de transporte Nesse sentido no modelo proposto os utilizadores comunicam as suas necessidades de conduc o ao agregador o qual
62. ltados interessantes com menos complexidade computacional do que algoritmos de otimiza o dai que se tenha optado por algoritmos heur sticos Em primeiro lugar os testes realizados nomeadamente para v rias agrega es enfatizam a import ncia do carregamento coordenado e agregado de VE para minimiza o dos desvios finais Tr s algoritmos heur sticos de gest o operacional foram testados dos quais um que define o carregamento para o pr prio intervalo e atribui prioridade aos VE outro que considera o per odo completo dispon vel para o carregamento e um terceiro que atribui prioridade aos VE e considera o per odo dispon vel para carregamento mas que efetua correc es aos despachos seguintes Este terceiro algoritmo foi desenvolvido nesta disserta o Os desvios finais obtidos por estes algoritmos foram na m dia entre as duas frotas testadas de 13 19 e 12 respectivamente dando se nfase ao primeiro e ltimo resultados satisfatoriamente pr ximos do desvio de 10 apresentados pelo algoritmo de optimiza o tamb m testado O desenvolvimento de um novo algoritmo heur stico de gest o operacional permitiu desenvolvimentos j que acrescentando pouco complexidade aos heur sticos j existentes consegue nalguns casos benef cios econ micos significativos Os algoritmos foram testados em dados sint ticos de VE antecipando uma realidade futura que a instala o de redes inteligentes por toda a Rede de Distribui
63. m ser ligadas a uma vulgar tomada dom stica uma torradeira por exemplo Por um lado um VE pode solicitar uma corrente elevada equivalente a uma pequena habitac o durante um per odo prolongado at 8 horas o que representa um desafio a tomada e a instalac o el trica Por outro lado devido a sua maior dimens o em caso de falha na instalac o el trica do VE tamb m maior o risco de eletrocuss o por contatos indireto fator que aumenta a responsabilidade e a preocupac o com seguranca da instalac o el trica A norma europeia portuguesa EN NP61851 Sistema de carga condutiva para ve culos el tricos criada em 2003 e revista em Dezembro de 2010 define como deve ser feito o carregamento de um veiculo el trico e em que condic es Esta norma apresenta quatro modos de carregamento descritos em seguida O modo 2 ser apresentado seguidamente ao modo 3 porque se trata de uma adaptac o dele 2 4 Modos de Carregamento 2 4 1 Modo 1 O modo 1 de carga consiste e parafraseando na Ligac o do VE rede de alimentac o utilizando tomadas normalizadas de corrente atribu da at 16 no lado da rede de alimentac o monof sica ou trif sica com condutores de fase s de neutro e de terra de prote o ou seja tomadas dom sticas do tipo shiico ou industriais da norma EN60309 27 Figura 2 4 Tomada industrial IEC 60309 monof sica de 16A com terra e respetiva ficha a esq e tomada dom stica monof sica de 16A c
64. mitam a mesma otimizac o no intervalo seguinte Para melhor compreens o atente se no seguinte exemplo Neste exemplo acompanha se a evoluc o de um caso acessivel com apenas dois VE inicialmente ao longo de tr s intervalos para os quais s o sugeridos dois despachos Despacho A e Despacho B Estes correspondem a duas hip teses de despacho distintas mas igualmente v lidas i e ambas respeitam os requisitos de carregamento dos ve culos Por uma quest o de simplicidade admita se que existem apenas dois modos de carregamento 1 o VE recebe a carga m xima 3 kWh ou 2 n o recebe Admite se que o processo tem inicio no intervalo 1 no qual chegam dois VE naturalmente designados por VE 1 e 2 Nesse instante s o conhecidas as suas disponibilidades e requisitos de carregamento Notar que um VE nao est disponivel quando apresenta um requisito de carregamento igual a zero Tabela 3 1 Disponibilidade e Energia Requisitada dos VE comunicados no intervalo 1 H1 H2 H3 Energia Requisitada kWh VE 1 3 3 VE 2 3 3 3 Requisito de Carregamento 6 6 3 Total kWh Energia Contratada kWh 3 3 3 Para al m dos requisitos e disponibilidade dos VE tamb m conhecida a energia contratada para cada intervalo Esta informac o essencial quando se fala em despacho timo uma vez que o que se pretende obter a menor diferenca entre energia contratada e a efetivamente despachada Explicado o modo de funcionamento deste e
65. nergia para carregarem a bateria e numa l gica Vehicle to Grid V2G ser tamb m poss vel o tr nsito da energia no sentido contr rio ou simplesmente a otimiza o da taxa de carregamento contribuindo assim para a qualidade e fiabilidade da pr pria rede Embora a tecnologia j se encontre no mercado esta apresenta ainda uma express o muito reduzida A penetra o desta tecnologia enfrenta por ora alguns desafios a autonomia reduzida mais acentuada nos BEV a dificuldade no carregamento processo moroso e escassez de pontos de carregamento e o elevado custo de aquisi o do ve culo s o quest es que causam um impacto consider vel no quotidiano dos utilizadores o que justifica a sua reduzida difus o Por tudo isto o impacto do carregamento da frota no Sistema El trico de Energia SEE por enquanto praticamente nulo No entanto a previsivel evoluc o das baterias quer ao nivel do preco quer ao nivel da autonomia acompanhada de um crescimento das economias de escala ir tornar o VE uma proposta mais atrativa sendo expect vel um consider vel crescimento da frota Nesse cen rio e olhando para o VE como uma carga normal ele representa uma consider vel quantidade de energia que pode ser aproximada a cerca de metade da energia consumida numa habitac o dom stica t pica no seu pico de consumo Deste modo f cil de prever graves problemas de congestionamento nas redes j muito carregadas e problemas de perfil
66. nte o motor el trico respons vel pela locomo o do ve culo O motor el trico alimentado pela energia proveniente das baterias Quando esta n o suficiente para satisfazer os requisitos da condu o o motor de combust o interna o qual alimentado por um combust vel f ssil tipicamente gas leo aciona um alternador que por sua vez produz eletricidade para corresponder s necessidades do motor el trico No h brido paralelo as rodas podem ser acionadas pelo motor de combust o pelos el tricos ou por uma combina o de ambos O h brido s rie paralelo combina carater sticas dos dois no sentido de tirar partido das vantagens de cada um Para ajudar a clarificar segue se um esquema com as tr s configura es descritas Series hybrid Parallel hybrid B Battery Electrical link E ICE Hydraulic link F Fuel tank Mechanical link G Generator M Motor P Power converter T Transmission including brakes clutches and gears Figura 2 2 Esquema das configurac es do HEV a s rie b paralelo c s rie paralelo adaptado de 13 25 O HEV foi desenvolvido para ultrapassar as defici ncias quer dos VCI quer dos BEV promovendo grande efici ncia no funcionamento conjunto dos motores el trico e de combust o Nesse sentido o ou os motores el tricos permitem reduzir o uso do motor de combust o em situa es onde o motor el trico seja capaz de assegurar o normal funcionamento do ve culo por
67. ntidade respons vel por agregar e coordenar o carregamento de frotas de ve culos el tricos agregador Estas entidades permitem por um lado o controlo desse impacto no sistema el trico de energia e por outro representar essa frota no mercado el trico conquistando contratos mais interessantes e possivelmente benef cios econ micos para os utilizadores em fun o do uso do ve culo el trico como apoio rede el trica de energia Nesta disserta o foram estudados algoritmos de carregamento de frotas de ve culos el tricos simulando a posi o de um agregador Esse estudo recaiu sobre algoritmos heur sticos i e baseados em regras nomeadamente dois algoritmos de outros autores e um novo algoritmo desenvolvido ao longo desta disserta o A performance destes algoritmos foi comparada com a de um algoritmo de carregamento baseado em otimiza o como tal com performance superior mas por outro lado mais complexo No decorrer deste trabalho foram realizados v rios testes tendo como base os dados do Mercado Ib rico de Eletricidade referentes ao ano de 2010 enquanto os dados necess rios aplica o dos algoritmos nomeadamente a energia el trica contratada ao mercado ao longo dos dias e os comportamentos da frota foram obtidos utilizando modelos de previs o j iii existentes Os algoritmos foram testados para 23 agregac es e para 30 cen rios de mercado e em cada duas frotas diferentes foram usadas iv
68. o ao efeito de estufa para o qual muito contribui a poluic o rodoviaria Em 1997 no Jap o a Toyta lancou o Prius o primeiro carro h brido produzido em s rie no mundo Nos anos seguintes alguns modelos puramente el tricos de outros fabricantes s o introduzidos no mercado embora em pequena escala e a maioria em modo leasing Mais recentemente a nova escalada do preco dos combustiveis f sseis deu novo impulso a aposta no veiculo el trico Hoje em dia existe uma s rie de veiculos el tricos disponiveis a venda incluindo os notaveis Toyota Prius Plug in o Nissan Leaf e o Chevrolet Volt 2 2 Tipos de Veiculos El tricos Os ve culos el tricos s o veiculos rodoviarios que se diferenciam dos veiculos usuais pelo facto de utilizarem um sistema de propuls o el trica Em alternativa a soluc o comum em que a propuls o tem por base um dep sito de combustivel um motor de combust o interna que converte a energia armazenada no combustivel em energia mec nica e um sistema de transmiss o mec nica s rodas os VE utilizam motores el tricos que convertem energia el trica na energia mec nica necess ria a sua propuls o Os VE t m todos a mesma base tecnol gica contudo existem importantes diferencas tecnol gicas que permitem distinguir tipos de VE Assim estes podem ser divididos em tr s diferentes categorias veiculos puramente el tricos h bridos e veiculos de c lula de combustivel Battery Plug In Hybrid Fuel Cell E
69. o os algoritmos que apresentam o custo final mais elevado nas frotas A como para a outra Este resultado vem de encontro s conclus es tiradas nas v rias compara es efetuadas com os outros algoritmos nas quais este algoritmo apresentou os piores resultados nomeadamente os desvios mais elevados Da mesma forma o algoritmo Otimizado o qual apresentou em praticamente todos testes comparativos os melhores resultados apresenta agora o custo final mais baixo Relativamente ao Heur stico Corretivo poss vel verificar que as regras aplicadas permitiram nestas condi es uma redu o do custo final para ambas as frotas em rela o aos outros algoritmos heur sticos Relativamente ao Amoroso Modificado as redu es no custo final foram de e 4118 para a frota A e 4548 para a frota B 65 As redu es relativamente ao Wu Modificado foram semelhantes Este exemplo ilustrativo do beneficio econ mico que a implementac o de um algoritmo eficiente de gest o operacional de carregamento de VE Neste caso o algoritmo Heur stico Corretivo com uma complexidade ligeiramente superior aos outros heur sticos testados consegue uma reduc o significativa no custo final do carregamento Capitulo 7 Conclus es Esta disserta o compara diferentes algoritmos de gest o operacional de carregamento de VE para agentes agregadores O objetivo era procurar algoritmos simples que conseguissem resu
70. o qual se inclui o controlo de frequ ncia Controlo de Tens o e Black Start Estes servicos podem ser obrigat rios fornecidos atrav s de contratos bilaterais ou negociados em mercado Para al m disso os servicos podem ou n o ser remunerados Controlo de Frequ ncia e Reservas Os servicos de sistema que fornecem reservas est o diretamente ligados ao controlo de frequ ncia dos SEE No caso europeu existe uma entidade ENTSO E European Network of Transmission System Operators of Electricity respons vel pela monitorizac o da frequ ncia da rede el trica europeia constituida por v rias reas de controlo geralmente coincidentes com as reas dos pa ses Segundo esta entidade s o definidos os seguintes servicos auxiliares para o controlo de frequ ncia e Reserva Primaria Est associada a resposta autom tica local das unidades produtoras a variac es r pidas de carga Ap s um incidente que cause um desvio de frequ ncia todas as m quinas sincronizadas com o SEE dispondo de controlo central veem o seu controlo prim rio ativado antes que o desvio de frequ ncia seja superior a 20mHz com o objetivo de o estabilizar isto para evitar que a frequ ncia do sistema se continue a afastar do seu valor nominal A nivel europeu a ENTSO E definiu a reserva prim ria total em 3000 MW a qual se encontra alocada as diversas reas de controlo de acordo com a energia de cada uma delas e Reserva Secundaria Ap s a atuac o do
71. om terra Shuco e respetiva ficha a dir Fonte Mobi E Formas de Carregamento de Ve culos El tricos em Portugal p 4 Para al m das tomadas consideradas adequadas a norma estabelece ainda que para poder ser utilizado o Modo 1 de carregamento tem de ser garantida a exist ncia de Terra de protec o e de um disjuntor diferencial de elevada sensibilidade de calibre igual ou superior a 30 mA Caso contr rio a norma considera que nao est o reunidas as condic es de seguranca necess rias estando este modo de carregamento proibido Socket outlet Vehicle iniet Vehicle lt a PS Connector Figura 2 5 Carregamento em Modo 1 Est prevista a possibilidade de o diferencial ser instalado diretamente no cabo uma solu o mais adequada quando se desconhece a instala o el trica em utiliza o nomeadamente se esta dotada do diferencial de elevada sensibilidade como requerido Figura 2 6 Dispositivo Diferencial Inline no cabo 2 4 2 Modo 3 O Modo 3 um sistema de carregamento dedicado para ve culos el tricos O sistema Modo 3 constituido por tr s componentes fundamentais tomadas e fichas de fornecimento rel de corte de alimentac o e uma funcionalidade de piloto de controlo para seguranca adicional O piloto de controlo consiste num sistema eletr nico associado a tomada de fornecimento a qual pelo estabelecimento cont nuo de uma pequena corrente entre a tomada de fornecimento e o ve
72. para as quais foi solicitada uma entrega f sica a informac o relativa a execuc o quando ela ocorra por entrega f sica dos leil es regulados e os resultados dos leil es de capacidade nas interliga es Entre as 11 e as 14 horas uma vez incorporados os contratos bilaterais obt m se o programa di rio base de funcionamento PDBF para cada um dos sistemas os operadores de sistema analisam e resolvem as poss veis restri es t cnicas derivadas do processo de encontro do mercado di rio e a declara o de contratos bilaterais gerando desse modo os respetivos programas di rios vi veis provis rios PDVP o PDV definitivo publicado antes das 16 horas e incorpora o resultado do mercado de regula o secund ria descrito em pormenor no cap tulo dedicado aos servi os do sistema Apresentam se a seguir as sucessivas sess es do intradi rio o resultado de cada sess o uma vez livre de potenciais restri es ocorridas gera o programa hor rio final PHF O esquema temporal de funcionamento apresentado na seguinte tabela _ _ Qu __ amp YU_El IE tooo 10 00 EE A ee SI 1100 1830 2230 zoo A E A E E E RE O RR 1920 2320 320 620 10 20 14 20 1100 1915 2315 315 600 940 1530 Figura 4 0 2 Esquema temporal de funcionamento do Mercado intradi rio Fonte OMEL Mercado Intradi rio O mercado ib rico intradi rio foi concebido como um mercado de aju
73. r aplicado o proprio principio do algoritmo i e esgotada a energia contratada nos intervalos em que o VE est ligado a energia que falta atribuir ao VE para cumprir o seu requisito de carregamento inicial ser atribu da aos intervalos mais baratos necess rios para suprir essa diferen a Para melhor compreens o apresentam se de seguida os passos deste algoritmo incluindo modifica es 1 no in cio do intervalo t o agregador recebe a informa o do utilizador do VE j e conhece o requisito de carregamento Rj nesse intervalo 2 para cada um dos VE conetados o agregador faz um ranking por ordem decrescente de pre o da energia contratada dos intervalos compreendidos entre o intervalo atual t e o intervalo de sa da ej do VE j De seguida a cada VE j atribui os pr ximos intervalos mais baratos com energia dispon vel e suficiente para proceder ao carregamento A taxa de carregamento de cada VE em cada intervalo k dada por Ex min Pg At Ry j De modo id ntico ao algoritmo anterior no despacho de cada VE j duas situa es podem ocorrer e Xi E lt ER vk t e tal que nos intervalos dispon veis at sua partida lhe atribu da a energia requisitada Y Ex Re e Yi Ekj Ex 0 vK t e tal que nos intervalos dispon veis at sua partida n o exista mais energia contratada para satisfazer a energia requisitada inicialmente no instante t dB lt Rr Neste caso fazendo uso
74. r entre zero e uma taxa m xima que se ir estabelecer em 3 kW um valor standard suficiente para cobrir as necessidades do viajante habitual 15 33 A dificuldade associada ao carregamento de uma frota de ve culos el tricos n o est relacionada propriamente com a discrep ncia entre a procura prevista e a efetiva como se poderia imaginar inicialmente Naturalmente nenhuma previs o perfeita e a previs o da procura de energia pelos utilizadores dos VE n o excec o No entanto embora tamb m seja uma parte importante n o esta a raz o que torna complexo o carregamento organizado de uma frota de VE Quer isto dizer que mesmo num cen rio te rico com previs es perfeitas sem erro o problema se mant m A dificuldade inerente a este problema reside no facto de nao ser possivel saber quais os requisitos dos VE que se ligam ao sistema at que estes se liguem efetivamente ou seja o problema n o est em saber quanta energia ser necess ria para alimentar a frota no intervalo seguinte mas sim em como os requisitos dos VE que se liguem ao sistema no intervalo seguinte v o condicionar o despacho nos intervalos subsequentes O que acontece que o agregador tem de em cada intervalo decidir o despacho dos veiculos disponiveis sem saber os requisitos dos VE no intervalo seguinte Isto da aso a que dois despachos diferentes mas igualmente timos no intervalo atual i e mesmo desvio entre procura prevista e efetiva n o per
75. stes enunciado pelo Real Decreto 2019 2007 de 26 de Dezembro com o objectivo de oferecer uma adequac o entre a oferta e a procura mais precisa e pr xima do tempo real que a permitida pelo mercado di rio resolvendo desse modo poss veis desajustes em sucessivas etapas da programa o No mercado intradi rio e com o objetivo de retificar as suas posi es anteriores os agentes com uma posi o natural vendedora produtores tamb m podem comprar energia e os agentes com uma posi o natural compradora comercializadores tamb m podem vender energia O mercado intradi rio do MIBEL confere uma grande flexibilidade opera o dos agentes propiciando um grau de otimiza o not vel do portf lio em fun o das necessidades de cada agente numa variedade de horizontes temporais e com as mesmas garantias a n vel de transpar ncia e de possibilidades de supervis o que caracterizam o mercado di rio O mercado intradi rio estrutura se em v rias sess es seis no total realizando se em cada uma delas um cruzamento de cariz marginal entre a oferta e a procura A primeira sess o abrange 28 horas as ltimas 4 no dia D 1 e as 24 do dia D a sexta abrange as ltimas 9 horas do dia D D 1 y T T 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 00 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 2300 Figura 4 3 Esquema hor rio das sess es do Mercado Intradi rio 4 3 1 2 Merca
76. tmo Heur stico Corretivo este apresenta uma performance id ntica a do Otimizado o que indica a otimizac o do primeiro algoritmo neste ponto Somados os custos por excesso e d fice de energia confirma se que os algoritmos que atingiram melhores resultados foram por esta ordem 1 Otimizado 2 Heur stico Corretivo 3 Amoroso Modificado 4 Wu Modificado Este ponto vem provar que o acr scimo de custos por defeito de energia que o Heuristico Corretivo teve em relac o ao Amoroso Modificado estes foram compensados pela diminui o nos custos por excesso resultando num custo total inferior Amoroso Mod Wu Mod Heuristico Corr Otimizado Figura 6 7 Custos k por d fice mais custos por excesso de energia dos algoritmos de gest o operacional em 30 cen rios de mercado para a frota B Para demonstra o dos resultados no custo final Eq 9 dos algoritmos selecionou se um cen rio de mercado exemplificativo das potenciais diferen as entre os algoritmos Este cen rio foi testado para as frotas A e B ambas com 1500 VE Tabela 6 3 Custos dos algoritmos de gest o operacional num cen rio de mercado para as frotas A e B Algoritmo Frota A Frota B k k Amoroso Modificado 39 164 83 622 Wu Modificado 38 587 84 047 Heur stico Corretivo 35 046 79 074 Otimizado 34 422 78 644 Como se pode verificar o Wu Modificado e o Amoroso Modificado s
77. tribuic es esta amplamente atribu da a nyos Jedlik inventor escoc s do s c XIX que no ano de 1828 construiu um pequeno modelo de um carro movido por um motor el trico que ele pr prio projetou 6 8 A invenc o das baterias de chumbo cido em 1859 por Gaston Plant e o aperfeicoamento das suas capacidades por Camille Faure em 1881 s o pontos marcantes para a evoluc o do pr prio carro el trico N o obstante todos os desenvolvimentos do VE ao longo desses anos o primeiro autom vel el trico de sucesso s foi construido em 1891 nos EUA por William Morrison of Des Moines A evoluc o do VE partir desse momento fez dele um dos veiculos de eleic o do final desse s culo e inicio do seguinte Na viragem do s culo 40 dos autom veis americanos eram movidos a vapor 38 pela eletricidade e 22 a gasolina As vendas de carros el tricos atingiram o pico em 1912 De facto em 1912 cerca de 34 000 VE de passageiros estavam registados na Am rica e em 1915 os servicos postais nas grandes cidades eram dominados por cami es el tricos devido a sua fiabilidade e funcionamento silencioso 9 Esta influ ncia fez se sentir tamb m nos desportos motorizados Em Fran a em 1898 foi um VE a estabelecer o primeiro record oficial de velocidade em estrada com uma velocidade m dia de 39 km h O carro el trico foi tamb m o primeiro a quebrar a barreira da milha por minuto aproximadamente 97 km h com uma velocidade de 107 km h atin
78. u mesmo quebra do contrato Os incentivos incluem descontos na aquisi o de baterias e taxas mais reduzidas no carregamento do ve culo o que torna este modelo apelativo para o utilizador uma vez que permite reduzir os custos de opera o e manuten o bateria do VE Anderson et al 24 analisam o modelo proposto pela empresa Better Place que consiste na cria o de um Operador de Rede de Recarga El trica composto pelos seguintes elementos uma rede de pontos de carregamento co m uma infraestrutura de smart metering que comunica com seus utilizadores e gere o processo de carregamento de cada ve culo parceria com fabricantes de ve culos baterias e de hardware e propriedade separada da bateria do carro sustentada pela oferta de diversos tipos v rios tipos de neg cios de leasing para baterias ou at mesmo para ve culos A ideia utilizar o leasing da bateria como uma empresa de comunicac es m veis o utilizador do VE paga a energia que utiliza para viajar quil metros em analogia com o pagamento por minuto nas comunica es 3 2 3 Otimiza o das Propostas do Agregador ao Mercado De acordo com Tomic e Kempton 2 para uma participa o proveitosa no mercado de regula o o agregador deve prever quais os mercados mais rent veis ou quantos VE devem ser agregados de forma a maximizar o lucro num dado mercado Segundo os autores as vari veis mais relevantes a ter em conta s o o valor dos servi os auxiliares no mercado
79. verno Constitucional foi aprovada a Lei n 27 XIl de Novembro de 2011 da qual resulta o fim do incentivo aquisi o de um carro el trico 5 000 e do incentivo adicional para o abate 1 500 Atualmente as nicas deduc es fiscais aplicaveis a VE sao a isenc o de ISV e ISC e deduc es fiscais na aquisic o para empresas nomeadamente isenc o fiscal em sede de IRC e depreciac o de VE para efeitos fiscais de crer que estas medidas ter o sido em parte respons veis pelo n mero de vendas destes ve culos ter ficado aqu m das expectativas Capitulo 3 Despacho do Carregamento de VE 3 1 Descric o do Problema O agente agregador ou simplesmente agregador a entidade que se acredita que a curto m dio prazo venha a ser respons vel pelo carregamento dos VE Este conceito ser aprofundado oportunamente Este agente organiza o carregamento de uma frota de VE dividindo o em intervalos temporais de durac o fixa daqui em diante designados simplesmente por intervalos Em cada um desses intervalos ele ter que decidir consoante a disponibilidade e necessidades de cada VE a taxa de carregamento a atribuir a cada um Entenda se por disponibilidade o facto de o VE estar ligado a rede atrav s de um ponto de carregamento ou de uma tomada em casa e na condic o de poder receber ou fornecer energia el trica No caso de um VE ligado por v rios intervalos seguidos este conjunto de intervalos denomina se per odo
80. volvidos Amoroso Modificado Wu Modificado e Heur stico Corretivo cujos resultados ser o comparados entre si e com os do Otimizado Para verificar a solidez dos algoritmos ser o estudados v rios cen rios e Diferentes agrega es 23 conjuntos entre 15 e 1500 VE e Diferentes cen rios de mercado 30 cen rios tal que de um para o outro variam o pre o spot o UpPrice e o DownPrice Estes cen rios s o diferentes per odos do mercado e cada cen rio corresponde a uma s rie diferente de pre os Para cada cen rio s o testados dois casos caso A e caso B que correspondem por sua vez a duas frotas diferentes de modo que as abordagens ao mercado s o tamb m distintas Deste modo um caso e outro diferem quer nas propostas ao mercado quer nos requisitos e disponibilidades de carregamento efetivamente comunicados pelos utilizadores Este caso de estudo usa os dados e as regras do mercado spot do MIBEL 28 de modo que a sess o do dia seguinte tem um pre o uniforme e que o encerramento ocorre d cima hora 10 a m do dia Os dados de mercado s o os do ano 2010 e podem ser obtidos em 29 O custo total de um agregador que participa no mercado di rio de energia el trica inclui os custos associados compra da energia mais os sobrecustos relativos aos desvios entre a energia planeada e a consumida Em situa o de defeito de energia DownCost o agregador tem de pagar um pre o pela energia extra contr
81. xercicio apresenta se agora os despachos sugeridos A e B para o primeiro intervalo No despacho A optou se por carregar o VE 1 enquanto no despacho B se carrega o VE 2 Estes despachos embora diferentes s o igualmente timos uma vez que em ambos o desvio entre energia contratada e despachada nulo Tabela 3 2 Despachos A e B no intervalo 1 Despacho A kWh Despacho B kWh t VE1 VE2 VE 1 VE 2 1 3 0 0 3 No segundo intervalo chega mais um VE ao sistema o qual sera designado por VE 3 Tal como os anteriores este utilizador comunica os seus requisitos de carregamento como segue na tabela Tabela 3 3 Disponibilidade e Energia Requisitada dos VE comunicados no intervalo 2 H1 H2 H3 Energia Requisitada kWh VE 1 3 3 VE 2 3 3 VE 3 0 3 Requisito de Carregamento 6 9 3 Total kWh Energia Contratada kWh 3 3 3 O VE 3 s se encontra ligado ao sistema neste intervalo portanto ter obrigatoriamente que ser carregado neste intervalo um VE nesta situac o diz se inflexivel O VE 2 abandona o sistema no intervalo seguinte o que significa que se ainda n o foi carregado no intervalo 1 tamb m inflex vel Esta situa o n o se verifica no despacho A mas verifica se no despacho B uma vez que no intervalo anterior no despacho B optou se por carregar o VE 2 em vez do VE 1 Assim os despachos A e B est o agora em situa es divergentes visto que seguindo o despacho B

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