63ª Reunião Anual da SBPC

A. Ciências Exatas e da Terra - 5. Matemática - 4. Matemática Aplicada

Algoritmo Genético Aplicado à Otimização do Custo de Geração de Energia Elétrica a partir do Gás Natural

Denis Carlos Lima Costa 1 Edson Costa Cruz 2 Guilherme Damasceno Silva 3 Rafael Davi Monteiro Pereira 4 José Augusto Quaresma 5

1. Prof. MSc./Orientador - Instituto Federal De Ciência e Tecnologia IFPA - Abaetetuba 2. Prof. MSc./Co-Orientador - Instituto Federal De Ciência e Tecnologia IFPA - Belém 3. Prof. MSc./Co-Orientador - Instituto Federal De Ciência e Tecnologia IFPA - Santarém 4. Prof. MSc./Membro Externo - Faculdade Integrada de Castanhal - FCAT 5. Orientando - Instituto Federal De Ciência e Tecnologia IFPA - Abaetetuba

INTRODUÇÃO:

A energia que atende às necessidades da sociedade em geral, que movimenta a indústria, o transporte, o comércio e demais setores econômicos do País recebe a denominação de energia elétrica. Esta energia, para chegar ao local de consumo, é transportada por gasodutos, linhas de transmissão, rodovias, ferrovias etc., e distribuída através de diversos outros sistemas, cujos processos acarretam perdas de energia. De outro lado, a energia extraída da natureza não se encontra na forma mais adequada para os usos finais, necessitando, na maioria dos casos, de passar por processos em centros de transformação, tais como as usinas termelétricas que aproveitam a energia do gás natural para produção de energia elétrica. Estes processos também acarretam perdas de energia e a diminuição dos custos é motivo de várias pesquisas. Sendo as usinas termelétricas um dos principais consumidores de gás natural, entende-se que há uma forte relação entre a operação do sistema de gás e a operação do sistema de energia elétrica. Este trabalho trata da otimização do custo da geração termelétrica a partir do gás natural, utilizando para isso, fatores que influenciam a produção e o fluxo de gás.

METODOLOGIA:

A metodologia utilizada para obter a solução ótima do problema é baseada no método de computação evolucionária, Algoritmo Genético (AG). O algoritmo genético é uma subdivisão do algoritmo evolucionário, onde também se encontra a programação evolucionária (PE) e a estratégia evolucionária (EE). Todos partilham de uma base conceitual comum, que consiste na simulação da evolução de estruturas individuais, via processo de seleção e os operadores de busca, referidos como operadores genéticos (OG), tais como mutação e “crossover” (cruzamento ou recombinação). Todo o processo depende do grau de adaptação, ou seja, do “fitness” (aptidão), do indivíduo frente ao ambiente. A seleção, inspirada na seleção natural das espécies, preconiza que os indivíduos mais aptos ou com melhor grau de adaptação ao meio terão maiores chances de repassar o seu material genético para as próximas gerações. Assim, quanto maior a aptidão do indivíduo, maiores são as chances do material genético deste estar presente na próxima geração.

RESULTADOS:

O modelo relacionou a produção de gás natural, o seu transporte através de gasodutos até as termelétricas, considerando a demanda de eletricidade, os limites de produção diária de gás e as diversas variáveis que interferem no sistema de gasodutos, tais como as dimensões do gasoduto e a pressão necessária à transmissão de gás. A equação de fluxo de gás através de um gasoduto foi descrita por uma expressão geral, derivada da equação de fluidos de Bernoulli, na qual um fator de compressibilidade funcionou como elemento de correção da não idealidade do comportamento deste fluido. O modelo proposto minimizou os custos de geração termelétrica, de produção e transmissão de gás natural. O modelo levou em conta a demanda de eletricidade, os limites de geração da usina e as restrições do sistema de gasodutos, tais como o limite de fluxo e pressão e a capacidade de produção.

CONCLUSÃO:

O trabalho apresentado desenvolveu um conjunto de regras e métodos para a obtenção da solução do conjunto de equações não-lineares que conduzem à melhor solução do problema do despacho de energia elétrica a partir do gás natural. Os procedimentos utilizados permitem utilizar técnicas especiais para tirar vantagem de sua estrutura e do grande número de restrições que influenciam o fenômeno: O método do Algoritmo Genético. Isto foi possível, pois esse método de otimização aloca um conjunto de variáveis de controle que está associado ao incremento sofrido pela função objetivo. Dentre os principais fatores que tem feito o AG uma técnica bem sucedida, pode-se destacar a simplicidade das operações e a facilidade da solução ótima pode se adequar à demanda de energia elétrica, pois a estratégia empregada permite uma avaliação dinâmica da quantidade de gás injetada na rede de gasodutos a cada instante.

Palavras-chave: Algoritmo Genético, Otimização, Termelétricas.