EXPANSÃO DA INTERLIGAÇÃO NORTE-NORDESTE ASSOCIADA ÀS USINAS DE TUCURUÍ II E DO MÉDIO TOCANTINS - METODOLOGIA DE SÍNTESE DE REDE UTILIZADA

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1 SNPTEE SEMINÁRIO NACIONAL E PROUÇÃO E TRANSMISSÃO E ENERGIA ELÉTRICA GPL a 24 Outubro de 2003 Uberlândia - Minas Gerais GRUPO VII GRUPO E ESTUO E PLANEJAMENTO E SISTEMAS ELÉTRICOS - GPL EXPANSÃO A INTERLIGAÇÃO NORTE-NORESTE ASSOCIAA ÀS USINAS E TUCURUÍ II E O MÉIO TOCANTINS - METOOLOGIA E SÍNTESE E REE UTILIZAA Jurandir A. Cavalcanti* José aldegan Júnior Sílvio Binato Paulo C. Esmeraldo M. S. Parentoni Valdson Simões José Luiz Scavassa Wo Wei Ping Manoel R. Azevedo Antonio L. Bonfim José Nicolau A. Filho Wanderley S. Pinto Hermínio J. Pinto Murilo S. Pinto CHESF ELETRONORTE CEPEL FURNAS ELETROBRÁS RESUMO Até a realização deste trabalho não estava em uso no setor elétrico brasileiro, nem em desenvolvimento, um algoritmo que proporcionasse um planejamento automático de redes elétricas para sistemas interligados de grande extensão e complexidade, considerando condições normais de operação e contingências. O método utilizado nesse estudo foi a pedra fundamental para a implementação desta filosofia de síntese de rede no programa SINTRA (ANASIN), de simulação C, desenvolvido pelo CEPEL. Atualmernte este recurso já está disponível no referido ferramental, com algumas modificações em relação às idéias aqui apresentadas, que tornaram o algoritmo mais poderoso. Este trabalho apresenta um estudo de caso utilizando-se a rede básica do sistema interligado Norte-Nordeste. PALAVRAS-CHAVE Planejamernto da expansão, síntese automática de redes, heurísticas matemáticas, planejamento para caso base e contingências INTROUÇÃO A entrada de novas unidades geradoras na usina de Tucuruí (segunda etapa), entre os anos 2002 a 2006, disponibilizará uma capacidade de geração de 4125 MW, que somados aos atuais 4245 MW, totalizarão 8370 MW. este total, 4000 MW poderão ser considerados excedentes para exportação da região Norte a partir do ano As novas usinas de Serra Quebrada, com 1494 MW, Estreito, com 1050 MW, Tupiratins, com 1000 MW e Marabá, com 960 MW, no rio Tocantins, e de Santa Isabel, com 1080 MW, no rio Araguaia, previstas para entrarem em operação a partir de 2008, reforçarão a disponibilidade de energia excedente na região Norte, podendo atender aos mercados Nordeste e Sudeste, aumentando o excedente para 5000 MW em 2008 e 7000 MW em Avaliações realizadas pelo Comitê Técnico de esenvolvimento da Oferta (CTO/CCPE) indicam que a região Nordeste estará, no período entre 2005 e 2008, com alto risco de déficit energético, e a utilização da energia proveniente da região Norte e do complexo Tocantins - Araguaia é atualmente uma das hipóteses economicamente viáveis para atender àquela região. Este trabalho tem a finalidade de apresentar a metodologia de síntese de rede utilizada na elaboração de alternativas de transmissão entre os subsistemas Norte e Nordeste, para que seja possível transferir as quantidades de energia referenciadas anteriormentee com confiabilidade, atendendo ao critério N ESCRIÇÃO O SISTEMA ELÉTRICO Atualmente, as subestações de Teresina e Boa Esperança fazem a interligação entre os sistemas elétricos das regiões Norte e Nordeste do Brasil na tensão de 500 kv, as quais formam um único submercado na visão de estabelecimento de preço para a comercialização de energia, vide figura 1 em anexo. A subestação de Boa Esperança forma a primeira interligação entre estas regiões, ligando a subestações * Rua elmiro Gouveia, 333 Bongi - CEP Recife - PE - BRASIL Tel.: (081) Fax: (081) E_mailL: jresende@chesf.gov.br

2 2 de Pres. utra da Eletronorte e Sobradinho da CHESF. A segunda interligação entre estas regiões, que entrou recentemente em operação, é formada a partir de Teresina, interligando as subestações de Pres. utra a Fortaleza, esta última de propriedade da CHESF. Estão previstas para entrar em operação em 2003 as interligações Sudeste-Nordeste e Norte-Sul II, que irão proporcionar uma ligação mais robusta entre os subsistemas elétricos do Brasil. A nova interligação entre as regiões Sudeste e Nordeste é formada por um sistema na tensão de 500 kv entre as subestações de Serra da Mesa do sistema de Furnas, B. J. Lapa do sistema da CHESF e Gov. Mangabeira (atualmente Sapeaçu) da TSN. Com estes reforços a capacidade de importação de energia da região Nordeste passa dos atuais 1300 MW para 2600 MW, reduzindo significativamente a dependência desta região com a geração de energia no rio São Francisco, até então principal fonte de energia METOOLOGIA E SÍNTESE E REE Foi utilizado um algoritmo que contempla a influência de contingências de circuitos de rede e incertezas de fontes de geração na concepção das alternativas. A concepção de uma alternativa utilizando-se a ferramenta SINTRA (ANASIN) do CEPEL é realizada passo a passo, isto é, faz-se uma análise da situação do sistema de transmissão existente para então determinar o melhor circuito candidato que será adicionado à rede. aí, refaz-se a análise do estado da rede para determinar uma nova adição. O algoritmo é finalizado quando a análise do sistema de transmissão indica um estado adequado para a transmissão da potência. O resultado é um sistema de transmissão (a rede básica e as novas adições) que atende ao critério referenciado anteriormente para transferência de potência. O índice de sensibilidade para esta pré-seleção foi o índice de mínimo esforço (relação entre o quadrado da diferença angular entre as barras terminais do circuito candidato e sua reatância). A utilização desta sensibilidade para selecionar quais os circuitos candidatos terão o índice benefício-custo calculado é importante, pois filtra as melhores adições sob o ponto de vista global, descartando aquelas que acarretariam apenas benefícios locais. No índice de benefício-custo de cada circuito candidato, o benefício representa a redução da sobrecarga no sistema acarretada pela adição à rede daquele circuito e o custo corresponde ao valor anualizado de investimento do circuito candidato somado à economia anual de perdas. Convencionou-se que, baseado nas características do sistema em estudo, o menor índice de benefício-custo para aceitar a adição de um circuito candidato seria de 20,00 MW/10 6 US$, ou seja, investimentos com índices menores que este não seriam atrativos. A figura 1 ilustra todas as rotas consideradas neste estudo. Em linhas gerais, os circuitos candidatos incluem a duplicação de todas as rotas em 500 kv da rede existente (e respectivas transformações 500/230kV), as expansões previstas e, ainda, novas rotas construídas com o objetivo de viabilizar caminhos alternativos aos da rede atual. Foram consideradas as seguintes alternativas, utilizando a metodologia referenciada, para escolha da mais atrativa para uma posterior análise de Fluxo de Potência AC: LT 500kV: P.utra Sobradinho, como rota de interligação, Teresina Sobral Fortaleza, como rota de carga; LT 500kV: Colinas Sobradinho e Teresina Sobral Fortaleza. como rota de carga; LT 500kV: Colinas Sobradinho e Teresina Crateús Quixadá, como rota de carga; LT 500kV: Miracema Sobradinho e Teresina Sobral Fortaleza, como rota de carga CENÁRIOS E PLANEJAMENTO as diversas possibilidades de cenários, foram escolhidos três como mais significativos para a definição de uma nova interligação Norte/Nordeste, considerando a condição da região Norte estar exportando energia para as região Nordeste e Sudeste. 1) Referência Cenário no qual a região Norte atende todo crescimento do mercado de energia da região Nordeste e intercâmbio nulo na interligação Norte/Sul. 2) Máxima geração do Norte consiste em representar as usinas da região Norte despachando toda a sua capacidade de geração, com 10% de reserva girante em cada usina, atende todo crescimento do mercado de energia da região Nordeste, exportando o excedente para o Sudeste. 3) Térmicas Neste cenário avalia-se o impacto no sistema de se considerar a entrada de geração térmica adicional de 570 MW no Estado do Ceará, diminuindo-se o intercâmbio Norte/Nordeste de montante equivalente ao valor da geração térmica. A inclusão de contingências para cada um destes cenários compõem um conjunto de 48 situações consideradas neste trabalho. de referência: carga pesada, intercâmbio N/NE entre 4100 e 5700MW B E F G H Caso base; Contingência Serra da Mesa Correntina; Contingência Teresina Sobral; Contingência P. utra Boa Esperança; Contingência São João do Piauí Sobradinho; Contingência Sobradinho Luiz Gonzaga. com adicional de geração térmica: carga pesada, com adicional de 570MW de geração térmica na região de Pecém I Caso base;

3 3 J K L Contingência Serra da Mesa Correntina; Contingência Teresina Sobral; Contingência P. utra Boa Esperança. com máxima geração no Norte: carga pesada e intercâmbio N/SE entre 400 e 3950 MW N Cenário base; O Contingência Serra da Mesa Correntina; P Contingência Teresina Sobral; Q Contingência P. utra Boa Esperança; R Contingência São João do Piauí Sobradinho; S Contingência Sobradinho Luiz Gonzaga FORMULAÇÃO AS ALTERNATIVAS As tabelas 1-(A) a 1-(G) apresentam a seqüência de adições na concepção da alternativa Colinas Sobradinho, como rota de interligação, e Teresina Sobral Fortaleza, como rota de carga, além de outros reforços necessários. As outras alternativas de expansão da interligação foram formuladas seguindo o mesmo procedimento, considerando-se os concorrentes com os índices de mérito mais próximos. Por falta de espaço neste paper as tabelas 1-(C) e 1-() não puderam ser apresentadas. 1 a adição: LT 500kV Teresina - Fortaleza Constata-se que os reforços via segundo circuito da LT Teresina Fortaleza ou LT Teresina Quixadá apresentaram os melhores índices de mérito, vide tabela 1-(A). Nesta alternativa foi considerada a adição do circuito Teresina Fortaleza. 2 a adição: LT 500kV Colinas - Sobradinho O reforço desta linha de transmissão foi o mais indicado segundo índice benefício-custo, vide tabela 1-(B). Cabe ressaltar ainda que o reforço desta LT é mais importante ainda quando da contingência na LT Serra da Mesa Correntina (, O, J, U). Uma opção a este reforço seria a duplicação do trecho Serra da Mesa G. Mangabeira. Entretanto, esta duplicação não tem um bom desempenho em alguns cenários, acarretando inclusive em aumento da sobrecarga na rede naqueles cenários que consideram um aumento do intercâmbio para a região Sudeste (cenários Q, R, S). 3 a adição: LT 500kV Miracema - S. da Mesa Este reforço se mostra necessário, quando considerados os cenários de aumento do intercâmbio para o Sudeste (cenários O, P, Q, R, S, J, K e L). 4 a adição: LT 500kV Camaçari - G. Mangabeira Novamente a contingência da linha de transmissão Serra da Mesa Correntina, cenários, O, J, e U, foi o fator determinante para a adição deste circuito candidato. A alternativa que considera a duplicação da linha Sobradinho G. Mangabeira acarreta aumentos na sobrecarga tanto nos cenários de referência como também nos cenários que pressupõem um aumento do intercâmbio para a região Sudeste. 5 a adição: LT 500kV Colinas - S.J.Piauí C2 Este reforço se mostra necessário quando da contingência na LT Serra da Mesa Correntina. Constata-se que, caso seja duplicado o trecho S. da Mesa G. Mangabeira como opção para esta quinta adição, pode haver sobrecarga em determinados elementos do sistema, nos cenários que consideram um aumento no intercâmbio para o Sudeste. 6 a adição: LT 500kV S.J.Piauí Milagres Este reforço se mostra necessário, por acarretar redução de sobrecargas em praticamente todas as contingências analisadas, vide tabela 1-(F). A partir deste ponto a rede resultante já se mostra adequada. Isto pode ser verificado na tabela 1-(G), que mostra que os índices de benefício-custo dos circuitos candidatos são, em média, próximos a zero, indicando benefícios nulos (na média). Cabe ressaltar que, considerando somente o cenário U, as linhas de transmissão Miracema Sobradinho, S. da Mesa G. Mangabeira e Miracema S. da Mesa apresentam índices de benefício-custo máximos consideráveis (respectivamente 43, 65 e 33 MW/10 6 US$). Contudo, considerar a adição de quaisquer desses candidatos seria justificável somente para este cenário, acarretando ainda acréscimos de sobrecargas nos outros CONCLUSÃO O uso da metodologia de síntese de rede, utilizando-se um ferramental de simulação C, considerando estados de rede em condição normal de operação e durante contingências, que pondere as contribuições de cada possível elemento de rede ou de novos candidatos com os seus respectivos benefícios e custos associados, é uma boa estratégia para o planejamento global de sistemas interligados de grande extensão e complexidade. Um cuidado especial deve ser tomado na formação de caminhos, para que certas linhas de transmissão sejam atreladas entre si, para conferir à simulação um maior realismo na formação das alternativas REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS (1) Estudos de Regime Permanente e Estabilidade para efinição dos Reforços e da Compensação Reativa para a Operação do Terceiro Circuito Tucuruí - Presidente utra e das Interligações Norte Sul II e Sudeste/Nordeste. CCPE/CTET 010/2001, março/2001;

4 4 (2) Expansão da Interligação Norte/Nordeste Etapa I Concepção de alternativas. CCPE/CTET 044/2001, dezembro/2001; (3) Integração das Usinas de Santa Isabel, Serra Quebrada, Estreito, Tupiratins e Marabá. CCPE/CTET 040/2001, novembro/2001; (4) Critérios e Procedimentos para o Planejamento da Expansão dos Sistemas de Transmissão. CCPE/CTET/GTC/FTCP, janeiro/2001;. (5) ELETROBRÁS - Análise de Viabilidade Técnica e Econômica das Interligações Sudeste/Nordeste e Norte/Sul II; (6) ELETROBRÁS - Referência de Custo de LT e SE de AT e EAT - Junho 99. (7) Estudo para suprimento às cargas do eixo em 230kV Teresina Sobral Fortaleza. CCPE/CTET, maio/01; (8) Estudo das alternativas de atendimento às cidades de Miranda, Peritoró e Coelho Neto no Estado do Maranhão. CCPE/CTET 031/2001, junho/2001; (9) Análise de alternativas de rotas para o 4 o circuito do sistema de transmissão associado a UHE Tucuruí 2 a etapa. CCPE/CTET 041/2001, dezembro/2001. FIGURA 1 ROTAS USAAS NA SÍNTESE E REE

5 TABELA 1 - ÍNICE E MÉRITO AS ROTAS PARA EXPANSÃO A INTERLIGAÇÃO N-NE (A) ÍNICES PARA EFINIÇÃO A PRIMEIRA AIÇÃO: LT 500KV TERESINA - FORTALEZA Referência Intercâmbio N-SE UTE no NE Intercâmbio SE-N Colinas Sobradinho Miracema Sobradinho P. utra Sobradinho S. da Mesa - Gov. Mangabeira Colinas -S. J. Piauí Teresina Fortaleza Teresina Quixadá (B) ÍNICES PARA EFINIÇÃO A SEGUNA AIÇÃO: LT 500KV COLINAS - SOBRAINHO Referência Intercâmbio N-SE UTEs no NE Intercâmbio SE-N Colinas Sobradinho Miracema Sobradinho P. utra Sobradinho S. da Mesa - Gov. Mangabeira Colinas -S. J. Piauí Teresina Fortaleza Teresina Quixadá Miracema - S. da Mesa

6 (F) ÍNICES PARA EFINIÇÃO A SEXTA AIÇÃO: LT 500KV S.J.PIAUÍ - MILAGRES Referência Intercâmbio N-SE UTEs no NE Intercâmbio SE-N Colinas Sobradinho Miracema Sobradinho P. utra Sobradinho S. da Mesa - Gov. Mangabeira Colinas -S. J. Piauí Sobradinho - G. Mangabeira S J. Piauí - Milagres (G) ÍNICES PARA EFINIÇÃO A SÉTIMA AIÇÃO: NENHUMA Referência Intercâmbio N-SE UTEs no NE Intercâmbio SE-N Colinas Sobradinho Miracema Sobradinho P. utra Sobradinho S. da Mesa - Gov. Mangabeira Miracema - S. da Mesa