7.4 Precificação dos Serviços de Transmissão em Ambiente Desregulamentado

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1 64 Capítulo 7: Introdução ao Estudo de Mercados de Energa Elétrca 7.4 Precfcação dos Servços de Transmssão em Ambente Desregulamentado A re-estruturação da ndústra de energa elétrca que ocorreu nos últmos anos em mutos países trouxe consgo a necessdade da separação dos segmentos de geração, transmssão e dstrbução. Para permtr a exstênca de competção no setor de geração, uma premssa básca é permtr o acesso à transmssão a todos os agentes geradores. Em conseqüênca, torna-se mprescndível a adoção de metodologas apropradas de precfcação dos servços de transmssão. Alguns dos métodos exstentes para esta fnaldade são abordados na sequênca Selo postal Neste caso, os preços de utlzação dos servços de transmssão são baseados no valor da potênca transportada, em MW ( e na duração da transação), ndependentemente dos pontos de suprmento e entrega da potênca e da dstrbução de fluxos mposta sobre dferentes crcutos de transmssão pela transação. Trata-se de um método muto smples de ser aplcado, porém gnora completamente as condções reas de operação do sstema, podendo envar snas econômcos ncorretos para os agentes envolvdos. Por exemplo, um gerador que faz um uso relatvamente pequeno do sstema de transmssão ao almentar uma carga eletrcamente próxma estará subsdando outros agentes que usam o sstema mas ntensamente Trajetóra contratada Trata-se de um arranjo utlzado para facltar transações entre agentes geradores e consumdores localzados em regões dferentes. Consste em se determnar uma trajetóra estmada para o fluxo de potênca relatvo à transação. Os agentes envolvdos na transação remuneraram então apenas o uso dos atvos de transmssão que compõem aquela trajetóra. Verfca-se portanto que, como no caso anteror, as condções reas de operação do sstema não são levadas em conta neste processo. Em partcular, é gnorada a possbldade de fluxos de potênca paralelos ou crculantes envolvendo atvos de transmssão de outras empresas, comolustra o exemplo a segur. Exemplo 7.3 ConsdereosstemadepotêncamostradonaFgura7.3,queéformado por ses áreas de controle nterconectadas. Suponha que as áreas A e C estão envolvdas em uma transação de 100 MW, dretamente de A para C. Para tal, a área A aumentara seuntercâmbolíqudode100mw,enquantoqueaáreacreduzraseuntercâmbo líqudo do mesmo valor. A trajetóra contratada é A-C. Entretanto, como lustra a fgura, as varações resultantes dos fluxos de potênca poderam ser muto dferentes do prevamente estmado. Verfca-se no exemplo que outros sstemas de transmssão que não os que lgam dretamente A e C sofrem carregamento adconal devdo à transação, pelo surgmento de fluxos paralelos. A exstênca de fluxos paralelos devdos a transações blateras que não sejam claradamente revelados não é em geral admtda em ambentes de mercado, pos:

2 EEL-UFSC 65 Fluxos paralelos provocam perdas adconas na transmssão; Há a possbldade de congestonamentos de sstemas de transmssão de terceros como resultado da ocorrênca de fluxos paralelos. Fgura 7.3: Sstema para o exemplo MW-Mlha O método denomnado MW-mlha é uma tentatva de compensar as defcêncas dos métodos anterores. O conceto básco é que o carregamento de cada crcuto de transmssão devdo a cada transação deve ser determnado separadamente. O valor obtdo deve ser multplcado pelo custo untáro do crcuto (que em geral depende do comprmento do mesmo) e, quando somado sobre todas as lnhas da rede, deve fornecer umameddadequantocadatransaçãousaaredeelétrca. Transaçõesdstntaspagam encargos de transmssão na proporção de sua utlzação da rede. Dversas varantes têm sdo propostas para o método MW-mlha, como será vsto abaxo 1. Método MW-Mlha Clássco (MWM) A prmera varante, que chamaremos MWM, calcula o encargo de transmssão C T a ser cobrado pela realzação da transação T como: C T = X Cj P j,t (7.1) P j j onde 1 O materal desta seção é baseado na referênca J.W. Marangon Lma, Allocaton of Transmsson Fxed Charges: An Overvew, IEEE Trans. on Power Systems, Vol. 11, No. 3, Agosto 1996, pp

3 66 Capítulo 7: Introdução ao Estudo de Mercados de Energa Elétrca P j,t : carregamento do crcuto j devdo à transação ; P j : capacdade do crcuto j; C j : Custodocrcutoj, dadopor C j = L j f j onde L j : comprmento do crcuto j; f j : pedágocobradopormlhaparaaclassedecrcutoàqualocrcutoj pertence. Como em geral os fluxos de potênca estão abaxo da capacdade dos respectvos crcutos, o método MWM não recupera adequadamente os custos envolvdos. Em outras palavras, nada se cobra pela reserva de transmssão, dada pela dferença entre capacdade do crcuto e fluxo de potênca efetvamente produzdo. Método do Módulo (MM) Uma varante que supre a defcênca acma apontada é o chamado Método do Módulo (MM), segundo o qual o rateo dos encargos de transmssão por transação é calculado através da fórmula CT M = X C j P j,t P (7.2) P j;t j onde o índce j refere-se aos crcutos e o índce refere-se às transações. Este método consdera que todos os agentes devem pagar pela capacdade efetvamente utlzada, bem como pela reserva de transmssão. Contudo, não oferece ncentvo a agentes que alvam o carregamento de crcutos de forma a melhorar as condções de operação e postergar nvestmentos de transmssão. Método do Contrafluxo Zero (MCZ) A varante chamada de Método do Contrafluxo Zero (MCZ) busca corrgr a falta de ncentvo do MM ao contrafluxo através da senção de cobrança para os agentes cujo fluxo de potênca tem sentdo oposto ao do fluxo líqudo. Neste caso, o sentdo postvo para o fluxoemumdadocrcutok édefndo como o sentdo do fluxo líqudo (resultante) naquele crcuto, e o encargo de transmssão para a transação T écalculado como CT Z = X C j P j,t CT Z ;j, e CT Z P j;t, para P j;t > 0 ;j = Ω j+ (7.3) j 0, para P j;t 0 onde Ω j+ é o conjunto de transações para as quas os fluxos no crcuto k é postvo, de acordo com a convenção defnda acma. O MCZ parte do pressuposto que reduções do fluxo líqudo são benéfcas, mesmo se já há excesso de capacdade nstalada. Além dsso, será mostrado na seqüênca que há uma descontnudade no valor do encargo quando o fluxo domnante muda de sentdo, o que pode ocorrer sem controle nem conhecmento dos agentes responsáves pela transação.

4 EEL-UFSC 67 Método do Fluxo Domnante (MFD) Esta varante é uma combnação do MM com o MCZ vsando corrgr as defcêncas menconadas em conexão com ambos. Neste caso, o encargo de transmssão é decomposto em duas parcelas, que chamaremos CT Db e CT Da, assm dscrmnadas: A parcela CT Db está relaconada à capacdade do crcuto efetvamente usada, denomnada capacdade-base. Esta corresponde ao fluxo líqudo resultante em cada crcuto de transmssão, sendo seu custo assocado alocado somente àqueles agentes com fluxo postvo, sto é, cujo sentdo é o mesmo do fluxo líqudo resultante no crcuto. Portanto, o crtéro de alocação desta parcela é bascamente o mesmo do MCZ, porém com a dferença de que o custo total do crcuto j, C j,é substtuído pelo custodacapacdade-basec j b, dado por C Db T = X j C Db T ;j, e C Db T ;j = C b j = C j P j P j (7.4) onde P k denota o fluxo líqudo resultante no crcuto k. Utlzando as Eqs. (7.3) e (7.4), podemos defnr a parcela de capacdade-base como Cj b P j,t P j;t, Ω j+ para P j;t > 0 0, para P j;t 0 (7.5) AparcelaCT Da relacona-se à dferença P j P j, chamada capacdade adconal, quecorrespondeàcapacdadedereservadocrcuto. Comotodosospartcpantes se benefcam da segurança e confabldade proporconada por esta reserva, esta fração do custo total é alocada a todos. A expressão dos encargos correspondentes é obtda da Eq. (7.2) substtundo-se C j por Cj A,onde C a j = C j P j P j P j (7.6) Resulta portanto que CT Da = X Ca j P j,t P (7.7) P j;t j Fnalmente, o encargo de transmssão pago por uma transação T segundo o MFD é dado por CT D = CT Db + CT Da (7.8) Exemplo 7.4 Suponha que a capacdade nomnal de um dado crcuto k éde1, 0 pu, e que seu custo C k é também gual a 1, 0. Suponha anda que há apenas duas transações sendo efetuadas sobre a rede, denomnadas A e B, e que a transação B já utlza plenamente a capacdade do crcuto k, demodoquep k,b =1, 0. A transação A, por outro lado, causa um fluxo em sentdo contráro ao provocado por B, sendo sua magntude gual a x, 0 x 2, 0 pu. A fgura 7.4 lustra esta stuação.

5 68 Capítulo 7: Introdução ao Estudo de Mercados de Energa Elétrca Fgura 7.4: Dferentes transações utlzando o crcuto k. Calcule os encargos de transmssão relatvos ao uso do crcuto k pela transação A utlzando as quatro varantes da metodologa MW-mlha, a saber,mwm, MM, MCZ e MFD. Represente grafcamente a evolução dos respectvos encargos em função de x, 0 x 2, em um mesmo par de exos e comente sobre a evolução dos encargos a serem pagos por A pelos dversos métodos quando x vara no ntervalo consderado. Solução: A solução do problema para cada uma das varantes do método MW-mlha é examnada nos tens abaxo. 1. MWM UsandoaEq.(7.1)comP j,a = x, éfáclconclurque C A = x 2. MM Consderando que P j,a = x e P j,b =1, temos da Eq. (7.2) que CA M = x 1+x 3. MCZ Neste caso, há somente um agente que paga o custo ntegral do uso do crcuto, já que os fluxos de A e B estão em sentdos opostos. No caso da transação A, temos: ½ 0, para 0 <x<1 CA Z = 1, para 1 <x<2 4. MFD Através desta metodologa, é necessáro se calcular os dos componentes CT Db e, cujos valores dependerão do carregamento líqudo do crcuto, f k. Quando C Da T a transação A está em sentdo oposto ao fluxodomnante,stoé,0 <x<1, temos que f k =1 x eportanto eportanto C a k = 1 (1 x) 1 = x CA Db = 0 CA Da = x x = x2 1+x 1+x

6 EEL-UFSC 69 Conseqüentemente C D A = C Db A + C Da A = x2 1+x Já no caso em que os fluxos das duas transações estão no mesmo sentdo, teremos que f k =(x 1); logo e Portanto C b k = 1 (x 1) 1 =2 x CA Db = x 1 CA Da = (2 x) x 1+x C D A = C Db A + C Da A = 2x 1 1+x AFg. 7.5comparagrafcamente a evolução dos custos calculados pelas dversas metodologas. Verfca-se que o MWM apresenta um custo untáro constante, não mportandooqueestejaocorrendocomocrcuto. Portanto,estametodologanão oferece nenhum ncentvo para agentes que provocam contrafluxos. No MM o encargo médo decresce à medda que a quantdade transaconada aumenta. Isto parece correto dopontodevstadoagente,masnãodopontodevstadaoperaçãoeexpansãodo sstema de transmssão. O MFZ fornece ncentvo ao agente A enquanto seu fluxo tem sentdo contráro ao fluxo líqudo. Porém, quando o fluxo de A torna-se domnante, o agente A arca com todos os encargos. Nota-se portanto uma grande descontnudade quando x se guala à capacdade do crcuto, o que pode levar a uma grande varação do valor do encargo para uma pequena varação de x. Fnalmente,noMFDoagente A tem ncentvo apenas quando x é de pequena magntude, sto é, quando A de fato alva o carregamento do crcuto. Quando x se aproxma de 1 e torna-se próxmo ao fluxo da transação B, o ncentvo decresce Custos Margnas de Barra A precfcação dos servços de transmssão baseada na teora margnalsta é uma extensão da teora dos preços nstantâneos ( spot prces ). Sejam: λ v : custo margnal no nstante consderado na barra do vendedor de energa; λ c : custo margnal no nstante consderado na barra do comprador de energa; Então o preço margnal de transmssão é defndo como preço margnal de transmssão =λ c λ v (7.9) Consderando a ausênca de congestonamento no sstema de transmssão, o preço margnal de transmssão é nterpretado como o custo ncremental que o sstema que hospeda a transação, operando economcamente, ncorrera em seus própros geradores para recuperar a perda ncremental de transmssão que um ncremento untáro de potênca devdo à transação dara orgem. Além de compensar as perdas de transmssão, o método baseado em custos margnas permte se levar em conta os custos adconas que advém quando um lmte (de

7 70 Capítulo 7: Introdução ao Estudo de Mercados de Energa Elétrca Fgura 7.5: Varação de custos dos encargos de transmssão para as dversas varantes do método MW-mlha. fluxo, de transmssão, de geração) é atngdo e força um redespacho de geração que obrga o despacho de geradores fora do mérto. O desenvolvmento que segue tem por objetvo justfcar a expressão dos Custos Margnas de Curto Prazo de Transmssão (pedágo) em termos dos custos margnas das barras envolvdas na transação dada pela Eq. (7.9). Consdere a Fgura 7.6, que mostra os sstemas A, B e C, onde A vende P w MW a C através do sstema B, ao qual deverá ser pago pedágo. Suponha que nenhum lmte de transmssão é atngdo. Os operadores de B podem determnar os CMB s das barras 1 e 2 usando um FPO. Se estes operadores fossem comprar o bloco de potênca P w nabarra1aumpreço gual a (CMB) 1 e vendê-lo a C a um preço gual a (CMB) 2, eles recuperaram o seu custo de transmssão (no caso, bascamente devdo às perdas). Assm, o custo margnal da transação é: F = F µ F P w = P L 1 P w P L1 P w como: P L1 = P w e P L2 = P w tem-se a segunte expressão: µ F F = P L2 + F P L 2 P w P L2 P w F P w =(λ 2 λ 1 ) P w P L1 onde F é a função-custo dos geradores do sstema B.

8 EEL-UFSC 71 Fgura 7.6: Suponha agora que há uma restrção de transmssão em B tal que, antes que P w seja njetada no sstema, não é possível mas transmtr potênca desde a vznhança da barra 1 até a vznhança da barra 2. Para transmtr P w, o despacho em B tem que ser alterado de forma a absorver a potênca entregue próxma à barra 1, e gerar P w nos geradores próxmos à barra 2. A dferença entre os CMB 0 s agora aumentará, de modo a refletr o custo margnal da restrção que se tornou atva. Portanto, este esquema de precfcação compensa os efetos econômcos dos congestonamentos de transmssão. Sem volações de restrções de transmssão, os custos margnas de transmssão aumentam gradualmente com o aumento do montante da transação em MW,refletndo o aumento resultante nas perdas de transmssão. Quando restrções de transmssão são atngdas, os custos margnas tendem a varar mas rapdamente e com maor ntensdade. Este método se aplca para estabelecer preços de curto-prazo que não consderam o ressarcmento dos custos de nvestmento na rede elétrca. Para sto, sera necessáro se consderar custos margnas de longo prazo. Exemplo 7.5 Consdere o sstema de potênca apresentado na Fg 7.7.Uma transação blateral ocorre entre um gerador localzado na barra V e um grande consumdor nstalado próxmo à barra C. A tabela abaxo apresenta a evolução dos custos margnas das barras V e C para dferentes valores de magntude da transação, em MW. Calculeo valor do pedágo a ser pago à empresa de transmssão nos dversos casos.

9 72 Capítulo 7: Introdução ao Estudo de Mercados de Energa Elétrca Transação (MW) CMB C ($/MWh) 24,1 24,7 25,5 27,2 CMB V ($/MWh) 21,8 21,3 21,1 20,3 Solução: Utlzando a Eq. (7.9), podemos calcular os encargos de transmssão para cada valor da transação, os quas são dados na tabela abaxo. Transação (MW) Pedágo ($/MWh) 2,30 3,40 4,40 6,90 Verfque que os preços aumentam com o aumento do valor da transação, devdo à natureza quadrátca entre fluxos nas lnhas e perdas. Contudo, o aumento agudo na últma coluna é devdo a outras causas. Algumas barras atngram lmtes de tensão e o programa de FPO fo obrgado a reprogramar a geração de modo a despachar geradores fora da ordem de mérto, mas que por sua localzação permter a obtenção de um perfl de tensão admssível. Fgura 7.7: Rede elétrca para Exemplo Transações Envolvendo Produtores Independentes Dstnguremos dos tpos de transações: quando uma empresa de energa elétrca adqure energa de um produtor ndependente, dremos que que este tpo de transação éumatransaçãodemercado Atacadsta. Por outro lado, quando as vendas são fetas dretamente deprodutoresndependentes aos consumdores teremos uma transação de Mercado Varejsta. Os problemas técncos envolvdos na mplementação deste tpo de transação envolvem coordenação e despacho.o despacho de um gerador ndependente que realza transações blateras utlzando a rede de uma empresa de transmssão pode ser feto das seguntes formas:

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