Demanda tempo real Produção de fontes intermitentes. Realidade: penetração de energia eólica e solar é uma realidade no mundo todo

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1 SMART-SEN: Um Modelo de Simulação do Sistema Elétrico Nacional com Presença de Geração de Renováveis Intermitentes: Impactos Operacionais, Regulatórios e Custos Equipe Básica: Prof. Dr. Paulo Barbosa Prof. Dr. Warren Powell Prof. Dr. Alberto Luiz Francato Dr. Marcos Leone Filho Dr. João R. C. Pires Dr. Fernando A. A. Prado FIESP, São Paulo, 24 de março de 2016

2 Motivação Sistemas de potência: Demanda tempo real Produção de fontes intermitentes Realidade: penetração de energia eólica e solar é uma realidade no mundo todo No Brasil: Atualmente: Avanço progressivo da energia eólica Até 2022: 9,5% de energia eólica

3 Motivação Motivação Redução da entrada de hidroelétricas com reservatórios devido a aumento das restrições ambientais. Descasamento espacial entre a geração das diversas fontes Necessidade de aumento de térmicas (gás natural, carvão e nuclear) para geração na base.

4 Motivação A ampliação das eólicas se dá com diversidade regional:

5 Motivação A partir da experiência internacional, surgem desafios devido à entrada de eólicas: Necessidades crescentes de reserva para regulação de frequência e voltagem Necessidades crescentes de reserva girante Rampas de subida e descida mais rápidas Despachos menos eficientes das fontes convencionais

6 Implicações no Planejamento da Operação Necessidade de disponibilidade de reserva girante para acomodação de flutuações de curtíssimo prazo ( de 1 a 15 minutos). Necessidade de reserva de prontidão para variações de curto prazo (horária) da carga. Necessidade de adaptação das regras para o despacho ótimo no nível horário/diário.

7 Implicações no Planejamento da Motivação Operação Necessidade de aprimoramento das questões regulatórias e comerciais para viabilizar a implementação em larga escala de sistemas manutenção de frequência e tensão. Necessidade de se aumentar os estudos de capacidade de transmissão. Necessidade de aprimoramento nos modelos de previsão de despacho de curtíssimo prazo (redução liga/desliga de usinas).

8 Proposta de Pesquisa Desenvolvimento de um software de simulação que emule as regras de despacho e operação do sistema elétrico, com discretização de minuto e horizonte diário ou semanal; Avaliar a capacidade de o sistema garantir confiabilidade de suprimento de energia elétrica na rede do SIN, atendendo aos requisitos de controle de voltagem e frequência; Realizar estudos do SIN para configuração atual e para diferentes cenários futuros de mudança de matriz energética;

9 Proposta de Pesquisa Identificar a necessidade de promover expansão da capacidade de transmissão da rede, expansão da geração ou recursos de armazenamentos distribuídos na rede de maneira a melhorar o nível de confiabilidade operativa; Avaliar o cronograma viável de introdução das fontes renováveis no SIN; Avaliar a base regulatória e impactos comerciais diante da introdução da produção de renováveis intermitentes; Computar custos adicionais (não computados nos leilões de geração eólica) que deverão ser considerados para viabilizar a entrada de geração eólica.

10 SMART-ISO para a PJM Simulador de operação de sistemas de potência: Visão detalhada do sistema de transmissão da PJM Despacho de máquinas ótimo Considera mercado spot de energia elétrica da PJM Capaz de fazer simulações diversas Com/sem eólicas Diferentes níveis de geração eólica Ampliação/modificação do grid Análises de viabilidade e factibilidade

11 SMART-SEN: Proposta de pesquisa Despacho diário Despacho horário (IT-SCED) Decisão de alocação de máquinas Validação AC Problemas? SIM NÃO Identificar violações Retro-alimentar com novos dados e restrições Simulação em tempo real Checagem AC

12 SMART-SEN: arquitetura

13 SMART-SEN: características de inovação Modelagem do efeito da entrada das fontes intermitentes no sistema interligado nacional, com avaliação dos seus impactos em escala de discretização de curtíssimo prazo que permita capturar intervalos de tempo com ausência de produção eólica, ou grande variações em curto intervalo de tempo; Simulação das manobras operativas necessárias para compensar a ausência de produção eólica ou garantir que a sua variabilidade não traga prejuízos à qualidade da energia suprida; Avaliação das necessidades de reforços nos sistemas de transmissão.

14 SMART-SEN: produtos Nova metodologia de extração e manipulação de dados de operação (curtíssimo prazo e tempo real) com intermitentes Software simulador da operação eletro-hidro-energética de curtíssimo prazo e tempo real para o SIN Nova metodologia para indicação de locais potenciais para instalação de novos geradores intermitentes Nova metodologia para cálculo de custos marginais de operação provenientes da penetração de intermitentes

15 Know-how Equipe Unicamp: Grande experiência em modelagem do sistema hidrotérmico brasileiro para planejamento de médio e longo prazos Experiência em gestão de reservatórios, bacias e operação de hidrelétricas Equipe Princeton: Grande experiência em modelagem de mercado de energia elétrica para planejamento de penetração de fontes intermitentes de energia elétrica Modelo SMART-ISO

16 Cronograma

17 WBS SMART-SEN 1. Impactos fontes intermitentes 2. Base regulatoria e comercial 3. Aquisiçao de dados 4. Integração e simulação SIN 5. Simulação com hidroelétricas 6. Validação SMART-SEN 1.1. Reservas operativas SMART ISO 2.1. Operaçao PJM 3.1. Dados hidroeletricas Etapa 1 Impactos fontes intermitentes 1.2. Caracteristicas Intermitência eolica 1.3. Caracteristicas Intermitência solar 1.4. Impactos Intermitência eolica 1.5. Impactos Intermitência solar 2.2. Operação ONS 2.3. Remuneraçao Ancilares PJM 2.4. Remuneraçao Ancilares ONS 2.5. Custo marginal por barra PJM 2.6. Simulação SMART-SEN (sem hidraulica) 2.7. Simulação SMART-SEN (com hidraulica) 3.2. Dados termoeletricas 3.3. Dados da rede SIN 3.4. Historico potencia 3.5. Historico de despacho Etapa 1.1 Etapa 1.2 Etapa 1.3 Etapa 1.4 Etapa 1.5 Etapa 2 Etapa 2.1 Etapa 2.2 Etapa 2.3 Etapa 2.4 Etapa 2.5 Etapa 2.6 Etapa 2.7 Etapa 2.8 Etapa 3 Reservas operativas SMART ISO Caracteristicas Intermitência eolica Caracteristicas Intermitência solar Impactos Intermitência eolica Impactos Intermitência solar Base regulatoria e comercial Operaçao PJM Operação ONS Remuneraçao Ancilares PJM Remuneraçao Ancilares ONS Custo marginal por barra PJM Simulação SMART-SEN (sem hidraulica) Simulação SMART-SEN (com hidraulica) Conclusão dos impactos no SIN Aquisiçao de dados 2.8. Conclusão dos impactos no SIN Etapa 3.1 Etapa 3.2 Etapa 3.3 Etapa 3.4 Etapa 3.5 Dados hidroeletricas Dados termoeletricas Dados da rede SIN Historico potencia Historico de despachos

18 WBS SMART-SEN 1. Impactos fontes intermitentes 2. Base regulatoria e comercial 3. Aquisiçao de dados 4. Integração e simulação SIN 5. Simulação com Hidroelétricas 6. Validação SMART-SEN Etapa 4 Integração e simulação SIN 4.1.Leitura de dados GRID Brasil 5.1. Conexão Reservatórios 6.1. Relatório final Etapa 4.1 Etapa 4.2 Etapa 4.3 Etapa 4.4 Etapa 4.5 Etapa 4.6 Etapa 4.7 Etapa 4.8 Etapa 4.9 Etapa 4.10 Etapa 4.11 Leitura de dados GRID Brasil Leitura de dados de custo Leitura de dados de carga Leitura de dados eolica Leitura de dados solar Relatório custos locacionais Relatório níveis de reserva Relatório de despachos Manual de instalaçao v1 Manual de usuario v1 Software SMART-SEN v Leitura de dados de custo 4.3. Leitura de dados de carga 4.4. Leitura de dados eolica 4.5. Leitura de dados solar 5.2. Leitura dados reservatórios 5.3. Caracteristicas das hidroeletricas 5.4. Leitura dados hidrologia 5.5. Manual de instalaçao v2 Etapa 5 Etapa 5.1 Etapa 5.2 Etapa 5.3 Etapa 5.4 Etapa 5.5 Etapa 5.6 Etapa 5.7 Simulação com Hidroelétricas Conexão Reservatórios Leitura dados reservatórios Caracteristicas das hidroeletricas Leitura dados hidrologia Manual de instalaçao v2 Manual de usuario v2 Software SMART-SEM v Relatório custos locacionais 4.7. Relatório níveis de reserva 4.8. Relatório de despachos 5.6. Manual de usuario v Software SMART-SEM v2 Etapa 6 Etapa 6.1 Validação SMART-SEN Relatorio Final 4.9. Manual de instalaçao v Manual de usuario v Software SMART-SEN v1

19 PONTOS FORTES DO PROJETO 1) INEDITISMO: Não existe nada similar no Brasil A aplicação no exterior tem presença limitada de hidráulica 2) RELEVÂNICIA: Já começa a ser um problema para os agentes Crescimento esperado para o futuro próximo 3) APLICABILIDADE: O software a ser desenvolvida utilizará a base de dados oficial do ONS A aplicação é realística e imediata para diversos tipos de estudos para os agentes (reservas e custos, subsídios para leilões, e reforços na transmissão) 4) RISCOS: Baixo risco diante de: Software prévio existente para o PJM Participação do ONS: Dados e expertise Participação de um pool de empresas: Visão dos agentes/contribuições regulatórias Equipe internacional e nacional extremamente qualificados

20 Obrigado! Prof. Alberto Luiz Francato