MATRIZ ENERGÉTICA E APRIMORAMENTO DA SISTEMÁTICA DE INSERÇÃO AMBIENTAL NO PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DO SISTEMA ELÉTRICO (PROJETO SINAPSE) 19/04/2018

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1 MATRIZ ENERGÉTICA E APRIMORAMENTO DA SISTEMÁTICA DE INSERÇÃO AMBIENTAL NO PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DO SISTEMA ELÉTRICO (PROJETO SINAPSE) 19/04/2018

2 MATRIZ ENERGÉTICA E APRIMORAMENTO DA SISTEMÁTICA DE INSERÇÃO AMBIENTAL NO PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DO SISTEMA ELÉTRICO (PROJETO SINAPSE) SINAPSE_RT01_ Revisão Bibliográfica Volume 1

3 PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Objetivos Delimitar o sistema elétrico existente, contratado e planejado Levantar indicadores técnico-econômicos e socioambientais na expansão da geração Aferir adequação de indicadores em face da configuração atual e evolução prevista do SIN Verificar necessidade de novos indicadores dadas as características atuais e futuras do SIN Fontes de informação Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE) Empresa de Pesquisa Energética (EPE) Ministério de Minas & Energia (MME) Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS) Trabalhos acadêmicos Artigos, Dissertações e Teses Tribunal de Contas da União (TCU) 3

4 HORIZONTES DE ESTUDO Visão Estratégica Estudos de Longo Prazo (até 30 anos) Plano Nacional de Energia (PNE) Matriz Energética Nacional Estudos de Médio Prazo (15 anos) referências diretrizes Visão de Programação Estudos de Curto Prazo (até 10 anos) Plano Decenal de Energia (PDE) Planejamento da Operação Leilões de Energia Projeto SINAPSE 4

5 SISTEMA ELÉTRICO EXISTENTE SISTEMA ELÉTRICO BRASILEIRO (SEB) Sistema Interligado Nacional (SIN) Sistemas Isolados (SIS) Autoprodução Capacidade Instalada no SEB SISTEMA INTERLIGADO NACIONAL Sul Sudeste/Centro-Oeste Acre Rondônia Nordeste Norte e Manaus Fonte: (BRASIL, 2017a) 5

6 SISTEMA ELÉTRICO EXISTENTE Fonte Participação em 2006 Participação em 2016 Hidráulica PCH Importação Nuclear 84,7% 3% 68,10% 2,60% Derivados de petróleo Gás natural Biomassa Carvão e derivados Solar 12,30% 0% 23,9% 0,01% Eólica 0% 5,40% Diminuem a participação hidráulica e a nuclear Crescem a participação eólica e a solar Cresce a participação térmica (exceto carvão) Fontes: (BRASIL, 2007) e (BRASIL, 2017b). 6

7 SISTEMA ELÉTRICO CONTRATADO EM LEILÕES Energia contratada nos leilões de 2005 a 2017 Reduz contratação de fonte hidráulica Cresce contratação da fonte eólica Cresce contratação da fonte solar Maior contratação de gás natural Fonte: (IEMA, 2018), com base em dados da EPE e CCEE. 7

8 SISTEMA ELÉTRICO CONTRATADO EM LEILÕES Expansão contratada até 2026 Expansão hidro até 2022 Fonte: (BRASIL, 2017a) 8

9 PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Carga de Energia no SIN Cenário de Referência PDE 2026 Fonte: (BRASIL, 2017a) 9 Projeto SINAPSE

10 PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Reduz expectativa de aumento da carga Projeções de carga de energia no SIN Cenário de Referência: carga cresce 3,7% a.a. Fonte: (BRASIL, 2017a) 10

11 PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Expansão da geração - Cenário de Referência PDE 2026 Estagnação da inserção de UHEs Aumento da participação eólica e solar Surgem fontes alternativas de ponta Fonte: (BRASIL, 2017a)

12 INDICADORES NO PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Participação das fontes na capacidade instalada do SIN Cenário de Referência PDE 2026 Redução da capacidade de armazenamento do sistema Aumento de participação das fontes renováveis Necessidade de flexibilidade operativa Fonte: (BRASIL, 2017a) Surgimento das fontes alternativa de ponta 13 Projeto SINAPSE

13 INDICADORES NO PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Evolução das fontes na expansão da capacidade instalada do SIN Cenário de referência PDE 2026 Fonte: (BRASIL, 2017a) 14

14 INDICADORES NO PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO DA GERAÇÃO Auditoria TCU - Atrasos na geração Em média, 76% dos casos não cumpriram o cronograma Atraso médio dos empreendimentos de geração é de 8 meses Em média, 26% dos casos apresentaram atrasos superiores a um ano Fonte: (TCU, 2014) 15 Projeto SINAPSE

15 MODELOS DE PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO Como representar o sistema de referência? Qual a função objetivo? Que restrições devem ser consideradas? Qual a granularidade temporal? Quais tecnologias devem ser consideradas? Qual o grau de maturidade tecnológica? Projeto SINAPSE 16

16 ESPECIFICIDADES DO SIN Matriz elétrica brasileira Majoritariamente hidrelétrica (68% da matriz elétrica) Com regularização plurianual (problema dinâmico) Incerteza hidrológica (problema estocástico) Dimensões continentais do país Extensas interligações entre geração e centros de carga Grandes diferenças socioeconômicas regionais Ampla disponibilidade de recursos energéticos Múltiplos fatores de incerteza Hidrológicos: bemrepresentados nosmodelos de planejamento Eólicos: parcialmente representado nosmodelos Solares fotovoltaicos: ainda não representados 17

17 PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO Determinar Estratégia de Expansão do SIN Minimizando Sujeito a Restrições Centrais Geradoras Custo de Investimento + Demanda de Energia Ambientais Interligações Custo de Operação Operativas Projeto SINAPSE 18

18 MODELOS INTERNACIONAIS MESSAGE Programação inteira mista. Modela competição entre tecnologias e fontes energéticas Função objetivo: minimizar custo total do sistema. Permite construir fluxos que englobam o sistema energético com um todo Pressupostos econômicos: informação perfeita, competição perfeita, taxa dedescontoúnica, ausência decustos detransação. Limitações: não modela riscos hidrológicos nem variabilidade temporal e espacial de fontes renováveis intermitentes. Projeto SINAPSE 19

19 MODELOS NACIONAIS Modelos de Curto e Médio Prazo MDI Foco: atributos de atratividade e competitividade das fontes de geração Programação linear inteira mista: variável de investimento inteira e de operação contínua Discretização mensal para captar sazonalidade hidrológica, eólica e solar Subsistemas representados por grafos e hidrelétricas individualizadas Geração hidro: SUISHI (10 cenários hidrológicos equiprováveis) Eólica, biomassa e solar: cenário com sazonalidade de geração mensal Eólica e biomassa: contribuem para atendimento de ponta Custo de operação: despacho térmico ponderado por probabilidade de ocorrência CVU baseado em expectativa de evolução de preços de combustíveis CME: variáveis duais das restrições de atendimento a demanda Seabra Jr (2017) CME: obtido por relaxação linear do problema de programação inteira mista Variável dual da restrição de demanda para problema linearizado: boa estimativado CME Projeto SINAPSE 20

20 MODELOS NACIONAIS Modelos de Longo Prazo MAPE (MELP ambiental) Santos (2017) Módulos: demanda, ofertae de integração Demanda: consumo por setor com base em informações pretéritas Oferta: função objetivo com custos externalidades negativas de empreendimentos Solução: otimização determinística e minimização do máximo arrependimento Fase 1: determina plano ótimo para cada cenário hidrológico (3) Fase 2: minimiza máximo arrependimento de cada plano ótimo Integração: Módulo de demanda recebe CME e recalcula demandas setoriais Módulo de oferta é reprocessado com novas demandas setoriais Convergência: variação de custos entre iterações abaixo de limite pré-estabelecido. Projeto SINAPSE 21

21 MODELOS NACIONAIS Modelos de Longo Prazo PLANEL-MO Conde (2013) Problema de expansão: multiobjetivo* Condição de otimalidade: ótimo de Pareto. Função objetivo: mínimo custo ponderado total (pesos pré-definidos) Externalidades ambientais: valoradas por indicadores de ciclode vida das fontes Indicadores selecionados (Delphi): área transformada, consumo de água e emissões de GEE Projeto SINAPSE 22

22 ANÁLISE MULTICRITÉRIO Principais Categorias Multiobjetivo Multiatributo Análise Envoltória de Dados (Data Envelopment Analysis) 23

23 ANÁLISE ENVOLTÓRIA DE DADOS (DEA) 24

24 EXEMPLO DEA Fonte: Linset all (2012) Projeto SINAPSE 25

25 Próximos passos Análise da competitividade entre as fontes Análise da sustentabilidade energética Formulação do modelo multicritério 26