Planejamento de produção com preços horários de energia

Publicado por Bruno Santos Pimentel em qui, 18/07/2019 - 17:42
Planejamento de produção com preços horários de energia

Este é o nosso segundo post da série sobre o PLD horário, seus impactos e oportunidades para grandes consumidores de energia. Desta vez, vamos explorar um pouco mais sobre como um regime de preços horários pode ser explorado por operações industriais para reduzir seus custos de produção e, consequentemente, aumentar sua competitividade.

 

Este texto se baseia num excelente artigo escrito por Turgay Emir e Mehmet Güray Güler, sobre a otimização de planos de produção em indústrias cimenteiras na Turquia.

Leia também: PLD Horário: Oportunidades e desafios para grandes consumidores de energia

 

A indústria do cimento

A produção de cimento começa com a mineração do calcário, sua principal matéria-prima. Esse material passa por britadores e é armazenado em estoques intermediários que alimentam as usinas de processamento. Nas usinas, o calcário é combinado com outros materiais (e.g. sílica, alumínio e minério de ferro), a mistura passa por moinhos para em seguida ser processada em fornos rotativos e gerar um importante produto intermediário: o clínquer. O clínquer é então resfriado e misturado a outros elementos (e.g. gesso, pozolana, escória), dando origem a diversas especificações de cimento. Essa nova mistura segue então para um outro processo intenso de moagem (tipicamente um moinho de bolas) e é armazenado em silos de estocagem. A partir dos silos, o cimento é ensacado e comercializado.

imagem 1

Figura 1 – Processo de produção de cimento

O processo como um todo conta com equipamentos de grande porte e altamente intensivos no consumo de energia. Consequentemente, a energia responde por uma parte significativa dos custos operacionais. A moagem do clínquer, em particular, representa a maior parte do consumo da planta, e de seus custos operacionais.

Planejando a produção de cimento

Um plano de produção deve definir quanto de cada especificação de produto acabado deve ser produzido, e em que momento, para atender a demanda do mercado – demanda que também pode ser atendida, pelo menos parcialmente, com produtos disponíveis em estoque. O objetivo é minimizar custos, prazos, estoques, dentre outras métricas, o que exige que oferta, demanda e capacidade sejam cuidadosamente observadas.

No entanto, em um regime de preços horários, os valores da energia elétrica podem variar em função da fonte, da oferta e demanda horária e de diversos outros fatores de mercado.

De forma geral, espera-se que os preços da energia sejam mais altos ao longo do dia e mais baixos no período noturno. Mas o problema não é trivial: deslocar a produção de cimento para a madrugada resultaria em menores custos de energia – claro, às custas de um aumento significativo dos custos de mão de obra, devido ao trabalho noturno. Ademais, pelo menos parte das movimentações de matérias primas e produtos acabados também precisariam ser feitos no período noturno, elevando ainda mais os custos operacionais.

Mercado de energia com preços horários

No Brasil, ainda estamos na expectativa sobre como o mercado de energia com preços horários vai funcionar, mas já conseguimos ter uma boa ideia do seu impacto. Atualmente, a CCEE publica o PLD em base semanal, considerando informações previstas de disponibilidade e carga, para a semana futura (início aos sábados e término nas sextas-feiras). A partir de 2020, ao que tudo indica, a CCEE passará a publicar o PLD em base horária, também ex-ante.

No exemplo da Turquia, o consumidor deve, no início de cada dia, informar ao órgão regulador sua expectativa de consumo de energia para o dia seguinte. O regulador, em seguida, consolida as previsões de todos os consumidores e determina e publica os preços horários oficiais, também para o dia seguinte. Naquele período, o consumidor poderá consumir energia no preço informado pelo regulador, mas até o limite de sua previsão de consumo informada anteriormente. Acima daquele nível, o consumidor é penalizado com preços mais elevados.

Nesse cenário, a cimenteira precisaria, em primeiro lugar, antecipar (prever, melhor dizendo, e com a melhor acurácia possível) seu plano diário de consumo de energia, em base horária, com a antecedência mínima de um dia. O plano de consumo poderia ser estimado a partir do plano de produção (este também em base horária) e de um modelo de previsão de consumo:

consumo previsto (kWh)=plano de produção (t)×modelo de previsão (kWht)

Em segundo lugar, a cimenteira precisaria conhecer a expectativa do preço horário futuro, pelo menos para o dia seguinte. Nesse caso, o órgão responsável pelo mercado de energia deveria disponibilizar esta informação ex-ante, ou seja, com base em estimativas anteriores à operação real do sistema.

imagem 2

Figura 2 – Preços no mercado futuro de energia elétrica na Turquia

De posse dessas informações, os responsáveis pelo planejamento da produção seriam capazes de estimar os custos, em base horária, associados aos seus planos de produção, e buscar formas de minimizá-los.

Considerando o preço horário no planejamento da produção

O principal objetivo da cimenteira é executar um plano de produção que atenda às demandas de mercado e observe suas restrições operacionais (e.g. estoques críticos para matérias primas e produtos acabados, capacidades produtivas de cada equipamento envolvido, tempo mínimo de operação dos moinhos), com os menores custos possíveis – lembrando que, para um grande consumidor, os custos do plano podem ser significativamente influenciados pelos custos de energia.

De modo geral, a função de Planejamento e Controle da Produção (PCP) busca elaborar planos anuais que são progressivamente desdobrados para cada mês, semana e eventualmente dia e hora, com detalhes cada vez mais próximos do chão de fábrica.

No exemplo da Turquia, o consumidor poderia utilizar os preços horários oficiais divulgados pelo regulador para confirmar a programação da produção para o dia seguinte (D+1), e considerar a sua própria estimativa de preços horários para o restante do período (D+7), num processo de refinamentos progressivos que favoreceria a previsibilidade e a capacidade de execução.

Assim, o processo de planejamento da cimenteira poderia ser dar da seguinte forma:

  1. No início do dia, utilizar sua estimativa de preços horários para elaborar o plano de produção para D+7;
  2. Com esse plano, elaborar a previsão de consumo de energia para o dia seguinte (D+1) e informar ao regulador;
  3. Posteriormente, de posse dos preços oficiais de energia informados pelo regulador para D+1, revisar o plano de produção para o dia seguinte;
  4. Repetir este processo diariamente.

Determinando planos de produção ótimos

Técnicas de programação matemática – parte do que chamamos de análises prescritivas – são geralmente utilizadas para determinar soluções ótimas para problemas de planejamento. Bons sistemas de planejamento devem ser capazes de otimizar planos de produção complexos com relativa rapidez, dando aos gestores tempo suficiente para avaliar diferentes cenários, realizar análises de sensibilidade e simulações estocásticas, favorecendo assim a robustez da solução.

Para o nosso produtor de cimento, o foco da otimização seria sobre os moinhos, principais equipamentos consumidores cujo processo produtivo é flexível o suficiente para possibilitar operação intermitente ao longo do período de planejamento. Nesse sentido, o plano de produção deveria informar quais moinhos deverão estar operando a cada hora do dia, e quanto de material deveria ser processado por eles, de modo a minimizar, simultaneamente, os custos operacionais e de energia.

imagem 3

Figura 3 – Exemplo de visualização de um plano ótimo de produção

No exemplo da Turquia, a abordagem possibilitou economias entre 11% e 35%, dependendo do nível de utilização da planta. Ou seja, quando a demanda do mercado é alta, a planta tem menos margem de manobra, e as economias são menores. Por outro lado, quando a demanda é menor, a planta é capaz de acomodar sua capacidade produtiva para reduzir consideravelmente seus custos operacionais.

Soluções digitais integradas

Sistemas digitais para gestão de energia devem ser capazes não somente de suportar o monitoramento de consumo e o aumento da eficiência energética, mas também de oferecer sinergia com todas as funções corporativas que se relacionam com a disciplina de gestão de energia e utilidades. Com isso, gestores e operadores poderão tomar decisões mais assertivas e quantitativamente avaliadas que contribuirão diretamente para o aumento da competitividade da operação.

Leia também: 7 Razões para investir em um Sistema de Gestão de Energia e Utilidades

Gerente de Produto, Viridis

Gerente de Produto da Viridis, com mais de 20 anos de liderança em programas de inovação e tecnologia em organizações industriais de grande porte. Doutor e mestre em Ciência da Computação pela UFMG, Bacharel em Engenharia Mecânica, Innovation & Sustainability Fellow at Sloan School of Management, MIT. Larga experiência na gestão de projetos e equipes de inovação aberta com indústria, academia e startups, aplicando tecnologias digitais e analytics a desafios em produtividade, estratégia e desenvolvimento sustentável.

Comentar