Modelos matemáticos para a otimização da participação de comunidades energéticas locais no mercado de capacidade

Abstract

Os incentivos à produção e consumo de uma energia limpa tendem a incrementar a integração de tecnológicas tais como geração distribuída renovável e VEs no sistema de distribuição de energia elétrica. Assim, o setor elétrico tem se modernizado e se adaptado a esse crescimento com a descentralização da geração e a digitalização do sistema por meio de dispositivos inteligentes. Essas mudanças permitem que produtores e consumidores locais interajam com maior autonomia, proporcionando-lhes mais oportunidades econômicas. Neste processo de transição energética, as estruturas econômicas centradas nos produtores e consumidores locais desempenham um papel essencial, apresentando-se atualmente as comunidades de energia como um elemento crucial nesta transição. No sentido econômico, essas comunidades buscam estratégias de aumentarem seus lucros; uma das formas tem sido gerenciar seus recursos para participarem de mercados, como de energia, de reserva, de capacidade entre outros. Embora o mercado de capacidade seja lucrativo, existem poucos estudos que consideram a participação de comunidades energéticas nesse mercado. A participação no mercado de capacidade de comunidades que são compostas de geração renovável é limitada, dado que a intermitência destas fontes oferece um risco para sua disponibilidade de potência no mercado. Uma alternativa de assegurar uma maior capacidade é associar as fontes renováveis com cargas flexíveis, onde estas cargas têm potencial para se adaptar à curva de geração das fontes. Neste sentido, neste trabalho é proposta uma ferramenta de otimização matemática para maximizar a participação de comunidades energéticas no mercado de capacidade, sendo essas comunidades compostas por estações de recarga de VEs, demanda local convencional e prosumers (geração fotovoltaica e demanda). Portanto, a carga flexível seria a carga/descarga dos VEs, que por meio do seu gerenciamento propõe-se maximizar a oferta da comunidade no mercado de capacidade. O problema é formulado como um modelo matemático de programação linear inteira mista, e estendido para uma abordagem estocástica que considera as incertezas associadas com a irradiação solar e o comportamento dos VEs, permitindo obter a solução mediante técnicas clássicas de optimização. Para validar a estratégia proposta, o impacto do controle de carga/descarga dos VEs na oferta das comunidades no mercado de capacidade foi analisado por meio de dois casos de estudo

Incentives for clean energy production and consumption tend to increase the integration of technologies such as distributed renewable generation and electric vehicles into the electric power distribution system. Thus, the power sector has been modernizing and adapting to this growth, focusing on decentralization of generation and the digitalization of the system through smart devices. These changes allow local producers and consumers to interact with greater autonomy, providing them with more economic opportunities. In this energy transition process, economic structures centered on local producers and consumers play an essential role, with energy communities now presenting themselves as a crucial element in this transition. In the economic sense, these communities have been looking for strategies to increase their profits; one of the ways has been to manage their resources to participate in markets, such as the energy, reserve, and capacity markets, among others. Although the capacity market is profitable, there are few studies that consider the participation of energy communities in this market. The participation in the capacity market of communities that are composed of renewable generation is limited, given that the intermittency of these sources offers a risk to their availability of power in the market. An alternative to ensure greater capacity is to associate renewable sources with flexible loads, where these loads have the potential to adapt to the generation curve of the sources. In this sense, in this paper a mathematical optimization tool is proposed to maximize the participation of energy communities in the capacity market. These communities are composed of electric vehicle (EV) charging stations, conventional local demand, and prosumers (photovoltaic generation and demand). Therefore, the flexible load would be the charging/discharging of EVs, which through its management is proposed to maximize the community's supply in the capacity market. The problem is formulated as a mixed-integer linear programming mathematical model, allowing the solution to be obtained by means of classical optimization techniques. To validate the proposed strategy, the impact of charge/discharge control of EVs on the communities' offer in the capacity market was analyzed by means of two case studies. The numerical results show that the charge/discharge coordination of EVs enabled a significant increase in the communities’ profits from participation in the capacity market.