Inserção de Novas Fontes Renováveis e Redes. da Operação

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1 Inserção de Novas Fontes Renováveis e Redes Inteligentes no Planejamento da Operação Roberto Fontoura Gerente Executivo ONS Rio,

2 Conteúdo Perspectiva de Novas Fontes Renováveis no Mundo Perspectiva de Novas Fontes Renováveis no Brasil Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN O SIN do Futuro - Rede Elétrica Inteligente Conclusões 2

3 Perspectiva de Novas Fontes Renováveis no Mundo Eólicas e Solar 3

4 Perspectiva de Geração Eólica no Mundo 60 Capacidade Instalada (Junho 2011) Top Ten 52, ,4 GW 30 28,0 29, ,2 14,6 10 6,2 6,1 5,7 4,6 4,0 0 China USA Germany Spain India Italy France UK Canada Portugal Rest of World Final 2011: Total 240 GW aproximadamente 3% da demanda mundial de eletricidade Fonte: WWEA (World Wind Energy Association) 4

5 Perspectiva de Geração Eólica no Mundo 250 Potência Instalada Geração Eólica Comunidade Européia GW On Shore - 7%/ano Off Shore - 30%/ano Fonte: EWEA (European Wind Energy Association) 5

6 Distribuição Sazonal de Geração Eólica

7 Distribuição Horária de Geração Eólica

8 Perspectiva de Geração Solar no Mundo Top TenPV em Capacidad de Instalada (GW) ,7 12,8 4,9 4,4 4,4 3,1 2,7 2,0 2,0 1,3 Fonte: EPIA (European Photovoltaic Industry Association) 8

9 Perspectiva de Geração Solar no Mundo 250 Previsão Capacidade Instalada PV no Mundo 200 GW Outros Asia America Europa Ano Cenário Moderado Fonte: EPIA (European Photovoltaic Industry Association) 9

10 Custo e Instalação de Geração PV no Mundo

11 Custo e Instalação de Geração PV no Mundo

12 Comparação de Consumo e Geração PV Residencial

13 Perspectiva de Novas Fontes Renováveis no Brasil Eólicas, Biomassa, PCH e Solar 13

14 Matriz Energética Brasileira Atual km Demanda Máxima MW Capacidade Instalada MW Hidro Térmica Pequenas Plantas k km Cap. Armazenamento MWmes Produção TWh 493,7 - Hidro 450,2 - Térmica 41,6 - Eólica 1,9 - Carga de Energia TWh 491,3 592, LTs (>230kV) - km Em 2011, a capacidade instalada hidráulica representou 75% do total; entretanto, a geração hidráulica foi de 91%. 14

15 A Expansão da Oferta entre 2011 e 2016 PEN 2012 Cenário de Referência - Participação por Fonte (MW) e (%) Crescimento MW (%) MW (%) MW (%) Hidráulica , , ,8 Nuclear ,8% , ,2 Gás/GNL ,3% , ,0 Carvão ,6% , ,6 Biomassa ,8% , ,6 Outras (1) 749 0,7% 749 0,5-0,0 Óleo ,0% , ,0 Eólica ,2% , ,2 Total , , ,2% (1) Usinas Biomassa com CVU 15

16 Perspectiva de Geração Eólica no Brasil Mapa Brasileiro Disponível: 143,5 GW Nova Avaliação (EPE O Globo ): 300 GW Considerando as novas tecnologias das plantas eólicas e as últimas medidas no Brasil (e.g. Atlas Eólico do Espírito Santo, ) a capacidade instalada total pode ser superior a 300 GW. 16

17 Distribuição Espacial dos Parques Eólicos no Brasil Região EOL em Operação EOL em Construção No. PI (MW) No. PI (MW) EOL Outorgadas (*) No. PI (MW) Total PI (MW) N/CO NE SE S Total (*) Construção ainda não iniciada Fonte: ANEEL Maiores participações: RN (33%), CE (25%), RS (16%) 17

18 UEE 2012 a 2016 (ano) = ano de entrega Montante Contratado [MW] 13º LEN A-5/2011 (2016) 57,60 TOTAL 57,60 Montante Contratado [MW] 12º LEN A-3/2011 (2013) 75,60 TOTAL 75,60 Montante Contratado [MW] 2º LER/2009 (2012) 323,60 2º LFA/2010 (2013) 150,00 3º LER/2010 (2012) 261,00 12º LEN A-3/2011 (2014) 265,60 4º LER/2011 (2014) 148,80 13º LEN A-5/2011 (2016) 149,90 TOTAL 1.298,90 Montante Contratado [MW] 2º LER/2009 (2012) 50,00 2º LFA/2010 (2013) 226,20 3º LER/2010 (2012) 20,00 12º LEN A-3/2011 (2013) 492,00 4º LER/2011 (2014) 132,40 13º LEN A-5/2011 (2015) 119,60 TOTAL 1.040,20 SIN [MW] TOTAL 6.265, EMPREENDIMENTOS Montante Contratado [MW] 2º LER/2009 (2012) 543,00 2º LFA/2010 (2014) 150,00 12º LEN A-3/2011 (2014) 103,60 4º LER/2011 (2014) 174,50 13º LEN A-5/2011 (2014) 328,00 TOTAL 1.299,10 Montante Contratado [MW] 2º LER/2009 (2013) 549,27 2º LFA/2010 (2013) 829,00 3º LER/2010 (2012) 227,40 12º LEN A-3/2011 (2014) 52,80 4º LER/2011 (2014) 405,36 13º LEN A-5/2011 (2016) 321,80 TOTAL 2.385,63 Montante Contratado [MW] 12º LEN A-3/2011 (2014) 78,00 TOTAL 78,00 Montante Contratado [MW] 2º LER/2009 (2012) 30,00 TOTAL 30,00 18

19 Perspectiva de Geração Solar no Brasil Valores anuais médios da irradiação solar do Brasil (Faixa de a kwh/m²). Valores de referência no mundo: Média Europa: kwh/m² Oriente Médio: kwh/m² Fonte: Atlas Brasileiro de Energia Solar INPE/

20 Perspectiva de Geração Biomassa no Brasil 25 Potencial de Biomassa Bagaço + Palhas GW São Paulo Outros Estados Fonte: Única/COGEN

21 UTE a Biomassa 2012 a 2016 (ano) = ano de entrega Montante Contratado [MW] 1º LER 2008 (2013) 45,00 TOTAL 45,00 Montante Contratado [MW] 1º LER 2008 (2013) 72,70 4º LER 2011 (2012) 30,00 TOTAL 102,70 Montante Contratado [MW] 1º LER 2008 (2012) 257,53 4º LER 2011 (2014) 50,00 13º LEN A-5/2011 (2014) 50,00 TOTAL 357,53 Montante Contratado [MW] 4º LER 2011 (2014) 30,00 12º LEN A-3/2011 (2014) 67,80 TOTAL 97,80 SIN [MW] TOTAL 1.160,03 20 EMPREENDIMENTOS Montante Contratado [MW] 3º LER 2010 (2013) 80,00 TOTAL 80,00 Montante Contratado [MW] 1º LFA A-3/2007 (2012) 20,00 TOTAL 20,00 Montante Contratado [MW] 1º LFA A-3/2007 (2012) 50,00 1º LER 2008 (2012) 162,00 2º LFA A-3/2010 (2013) 25,00 3º LER 2010 (2013) 33,00 4º LER 2011 (2012) 187,00 TOTAL 457,00 21

22 PCH 2012 a 2016 (ano) = ano de entrega Montante Contratado [MW] 10º LEN A-5/2010 (2015) 54,00 TOTAL 54,00 Montante Contratado [MW] 3º LER A-3/2010 (2014) 20,60 TOTAL 20,60 Montante Contratado [MW] 2º LFA A-3/2010 (2012) 42,00 TOTAL 42,00 Montante Contratado [MW] 3º LER A-3/2010 (2012) 9,90 2º LFA A-3/2010 (2013) 20,00 10º LEN A-5/2010 (2014) 2,90 TOTAL 32,80 Montante Contratado [MW] 10º LEN A-5/2010 (2015) 25,00 TOTAL 25,00 Montante Contratado [MW] 2º LFA A-3/2010 (2013) 19,00 3º LEN A-5/2006 (2012) 11,00 TOTAL 30,00 SIN [MW] TOTAL 204,40 12 EMPREENDIMENTOS 22

23 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN

24 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Principais condicionantes: Nível de participação da geração hidráulica na matriz energética brasileira (em torno de 70% no período 2011 a 2020) Fontes de característica intermitente: Eólicas e Solares Fontes de característica sazonal: Biomassa (Bagaço e Palhas) Expectativa de participação na matriz energética: Novas fontes renováveis participando como fontes complementares e não estruturantes. 24

25 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Complementaridade 1 Perfil de Geração Realizada em 2011 % em relaç ção ao máximo 0,8 0,6 0,4 0,2 0 jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Hidráulica Térmica Biomassa Eólica 25

26 Intermitência da Geração Solar Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Intermitência da Geração Eólica 26

27 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Hoje, nos estudos do PEN e PMO a geração estimada é abatida diretamente da carga. Usinas Existentes: disponibilidade média histórica dos últimos 5 anos (sazonalizada), estimada pela CCEE (REN 440/2011). Usinas em Expansão: a) PCHs: é utilizado um fator, calculado conforme definido na REN 440/2011; b) UEEs: é utilizado o valor da garantia física, excepcionalmente até a última semana operativa do PMO de abril/2014 (sendo o fator aplicado a partir do PMO de maio/2014) - REN 476/2012; c) BIOs: é utilizado um fator calculado por mês, fonte, submercado e ambiente de comercialização (regulado-acr ou livre ACL) REN 476/

28 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Futuramente, toda a energia das fontes alternativas (solar, eólica, biomassa) será fundamental no período seco, para que o ritmo de deplecionamento dos reservatórios possa ser atenuado até o final de novembro. Perfil da operação com as futuras usinas a fio d água da Amazônia 1 2 Dois períodos bem definidos: (1) Período úmido enchimento geral dos reservatórios do SIN (2) Período seco deplecionamento acentuado dos reservatórios

29 O conceito de carga global Na perspectiva da oferta, a carga global resulta da soma dos intercâmbios com usinas de geração, que injetam energia no sistema de transmissão e rede de distribuição ou em Demais Instalações de Transmissão DIT não importando a modalidade de operação dessas usinas. Modalidades de usinas que injetam energia nos sistemas : - Usinas TIPO I Hidrelétricas e Térmicas de grande porte - Usinas TIPO II Demais usinas não despachas centralizamente que afetam o planejamento e a operação do sistema - Usinas TIPO III Eólicas, PCH s, PCT s, biomassa, etc Atualmente o ONS obtém os dados de geração horários da usinas TIPO I e algumas TIPO II através dos agentes e sistema de supervisão. De algumas usinas TIPO II e as todas de TIPO III são obtidos os valores médios de geração através dos agentes de distribuição nos quais estão conectados. O processo está sendo aperfeiçoado no sentido de obter dados em intervalos de no máximo uma hora, a fim de que tenha maior conhecimento da curva de geração/carga atendida.

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31 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Geração Eólica (Modalidade geração dispersa): Desenvolver modelos de previsão de geração (até 72 horas antes) a partir do acompanhamento dos dados históricos, das previsões das condições climáticas e dos dados topográficos; Estabelecer estratégias de reserva de potência, para fazer frente ao caráter intermitente do vento e as imprecisões da previsão (particularmente para variações bruscas de vento); Acompanhamento de desempenho dinâmico do conjunto de parques eólicos conectados a um mesmo barramento da rede elétrica, em função do eventual valor baixo de relação de curto-circuito; Estabelecimento de requisitos de supervisão de forma a enxergar a geração eólica em montante adequado. Monitoração de valores de indicadores de qualidade de energia elétrica, principalmente os indicadores de distorção harmônica e flutuação de tensão.

32 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Estabelecimento de requisitos de conexão de forma a: Evitar seu desligamento durante faltas e outros distúrbios no sistema (Ride through capability); 1 0,9 0,85 Tensão(pu) 0,2 Duração da falta 0 0,5 1 5 Tempo (s) Colaborar no controle de tensão do seu ponto de conexão; Limitar a taxa de variação de potência devido a variação da velocidade de vento ( Ramp Rate Control); Prover potência reativa todo o tempo.

33 Integração de Novas Fontes Renováveis no SIN Geração Solar (modalidade geração distribuída) Acompanhamento e avaliação dos novos formatos de curvas de carga, tendo em vista os novos paradigmas esperados a partir do comportamento dos consumidores resultante a implantação de geração distribuída na rede de distribuição e gerenciamento de carga; Acompanhamento dos impactos nos carregamentos das linhas de transmissão, tendo as variações ao longo do dia e em intervalos maiores (sazonalidade) da geração solar distribuída.

34 O SIN do Futuro - Rede Elétrica Inteligente

35 O Sistema Elétrico do Futuro conforme Cigré: Electra 256/2011 Redes de distribuição ativas fluxo bidirecional Conceituações sobre Smart Grids Aplicação de sistemas avançados de medição - necessidade massiva de intercâmbio de informações Crescimento aplicação HVDC e eletrônica de potência impacto na QEE, controle e segurança do sistema Necessidade de desenvolvimento e instalação de sistemas de armazenamento de energia impacto na expansão e operação do sistema Novos conceitos para operação e controle de sistemas - interações com consumidor e diferentes tipos de geração Novos conceitos de proteção diferentes características de geração e desenvolvimento do sistema Novos conceitos de planejamento aumento de restrições ambientais e novas soluções tecnológicas para controle das potências ativa e reativa Novas ferramentas para avaliação do desempenho de sistemas elétricos Otimização do uso da infraestrutura de instalações aéreas, subterrâneas e subaquáticas - consequência no desempenho e confiabilidade do sistema

36 Conceituações sobre Smart Grids

37 Conceituações sobre Smart Grids

38 Conceituações sobre Smart Grids

39 O SIN do Futuro Rede Elétrica Inteligente

40 O SIN do Futuro Rede Elétrica Inteligente

41 O SIN do Futuro Rede Elétrica Inteligente Algumas Aplicações Smart Grids na Transmissão: Sistema de transmissão mais confiável, robusto e controlável. Aplicação de tecnologia utilizando eletrônica de potência: Elos HVDC, equipamentos FACTS, SEPs etc. Integração Amigável de Fontes Renováveis Alternativas no SIN (Biomassa, Eólicas, PCH, Solar). Utilização mais otimizada das instalações de transmissão Capacidade Operativa Dinâmica das instalações de transmissão. Novos recursos de operação através da aplicação de Phasor Measurement Units (PMU). Maior funcionalidade e confiabilidade no sistema de supervisão do SIN (REGER). Desafio Procedimentos e recursos para previsão da curva diária de carga - despacho centralizado adequado.

42 Aplicação de Elos HVDC e Tecnologia FACTS Integração de Grandes Usinas Hidroelétricas no SIN com Elos HVDC.

43 Aplicação de Elos HVDC e Tecnologia FACTS Manaus ACRO N SE Imperatriz SE Colinas UHE Lajeado NE Utilização de equipamentos FACTS nas interligações regionais: UHE Itaipu SE Ivaiporã S SE SVC TCSC STATCOM Utilização de SEPs

44 Capacidades Dinâmicas em Linhas de Transmissão Objetivos: Determinar as capacidades operativas dinâmicas das LTs através de monitoração de dados ambientais aos quais são aplicados modelos de carregamento. Motivação: As capacidades operativas são definidas para um conjunto de dados normalmente conservadores, que não considera a sua variação ao longo do dia nem a sazonalidade da região onde está inserida a função. Através da monitoração pode-se determinar com mais precisão as capacidades dinâmicas ao longo do tempo de forma a permitir a otimização da capacidade operativa. O Projeto RMLT (ANEEL/ONS/UFSC/FINEP) estabeleceu um padrão para a monitoração de dados ambientais através do uso de estações meteorológicas portáteis.

45 Exemplos de Capacidades Dinâmicas (Projeto RMLT) Estação: LT 230 kv Ponta Grossa Norte -Figueira 06 Condutor: Grosbeak TP = 55ºC Altitude da Estação = 985 m CPST = 402 A

46 Phase Measurement Units (PMU) SMSF Sistema de Medição Sincronizada de Fasores no Brasil Motivação Aumentar a confiabilidade do SIN utilizando tecnologia de medição fasorial para registro de distúrbios e operação em tempo real. Objetivo Implantar uma infraestrutura de medição sincronizada de fasores, robusta, com disponibilidade adequada e segura, com ferramentas para: Registro e análise do desempenho dinâmico do SIN; Melhoria do ferramental de apoio à tomada de decisão em tempo real.

47 Phase Measurement Units (PMU) SMSF Sistema de Medição Sincronizada de Fasores no Brasil

48 Phase Measurement Units (PMU) SMSF Sistema de Medição Sincronizada de Fasores no Brasil Aplicações Monitoramento do Ângulo de Fase de Tensão VPAM Monitoramento de Oscilações do Sistema SOM Monitoramento do Limite de Carregamento de Linha LLLM Monitoramento de Harmônicos para Grandes Áreas WAHM Avaliação Avançada de Estabilidade de Tensão EVSA Análise de Contingência On-Line OLCA Proteções de Sistema para Grandes Áreas WASP Controle de Sistema para Grandes Áreas WASC

49 Conclusões Aumento progressivo de fontes eólicas no SIN até 2020, aumentando significativamente sua participação na matriz energética brasileira; Ligeiro aumento da participação da biomassa (bagaço e palhas) na matriz energética brasileira; Possível ingresso de fontes solares, particularmente painéis PV de pequeno porte. Dúvida na concretização de plantas de maior dimensão conectadas à rede; O SIN do futuro deverá ser mais confiável, robusto e controlável, integrando adequadamente as fontes renováveis alternativas; Importância de prover uma integração amigável das fontes renováveis ao SIN, através de requisitos de conexão e de procedimentos operativos; Desafio de prever curva de carga para efetuar despacho centralizado. 49

50 DESAFIOS E OPORTUNIDADES Discussão sobre critério de dimensionamento da rede em casos de parques eólicos próximos ou compartilhando instalações de conexão. Harmonizar o processo de leilão da geração com o de transmissão de forma a garantir a entrada em operação das eólicas nos prazos contratuais. Fator de potência: Estabelecer no ponto de conexão e para toda faixa de potência ativa do parque Facilitar o controle de tensão particularmente em condições de baixa geração. 50

51 Participação das fontes eólicas no controle de tensão do SIN. Nível mínimo de potência de curto-circuito. Interações com centrais eólicas próximas (multi-infeed). Desenvolver/Aprimorar previsão de geração eólica. DESAFIOS E OPORTUNIDADES Estabelecer níveis de reserva de potência compatíveis com o nível de inserção regional de geração eólica. Necessidade de fornecimento de modelos para estudos dinâmicos e de transitórios. 51

52 Obrigado