2 O Preço Spot de Energia Elétrica do Brasil

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1 2 O Preço Spot de Energia Elétrica do Brasil Inicialente, vai se expor de ua fora uita sucinta coo é criado o preço spot de energia elétrica do Brasil, ais especificaente, o CMO (Custo Marginal de Operação). O CEPEL (Centro de Pesquisa e Energia Elétrica) e a Eletrobrás vê desenvolvendo odelos coputacionais de otiização, desde 1977, co o intuito de definir a utilização de recursos hidráulicos e téricos na operação do sistea elétrico brasileiro a cada ês, isto é, visando definir a estratégia de operação. Para tanto, a abordage é iniizar o valor esperado do custo total de operação ao longo do período de planejaento, be coo proceder a ua análise probabilística do coportaento das afluências. O odelo que se baseia nessa filosofia e que é atualente utilizado para o planejaento da operação de subsisteas hidrotéricos interligados é chaado DECOMP (CEPEL, 2000). Vale dizer que a série e estudo dessa dissertação foi gerada, principalente, por 2 softwares. U deles é o NEWAVE e o outro é o DECOMP citado acia. O NEWAVE ganhou uita iportância no setor já e 1999 quando coeçou a ser largaente utilizado pelas epresas de energia e, principalente a partir de setebro de 2000 co a criação do MAE (Mercado Atacadista de Energia), pois o prograa gera o Custo Marginal de Operação (CMO), atualente o valor base para o preço no ercado spot. Já o DECOMP coeçou a ser utilizado a partir de julho de Este prograa gera valores para o preço seanalente. A etodologia do cálculo do preço conta ainda co o prograa NEWDESP (integrado ao NEWAVE), que utiliza a função do custo futuro gerada pelo ódulo de otiização do NEWAVE para gerar os valores d água e o despacho ótio das usinas para o ês. Coo resultado desse processo são obtidos os custos arginais de operação para o período e estudo, para cada pataar de carga e para cada subsistea. Daí que entra, atualente, a utilização do NEWAVE, pois esta função de custo futuro te periodicidade ensal e é utilizada coo variável de entrada no DECOMP para que este faça ua desagregação para dados seanais e gerando, assi, o preço seanal.

2 16 Fica evidente, então, ua análise ais rigorosa do que seja o prograa NEWAVE. Poré, não faz parte do escopo dessa pesquisa aprofundar deais neste assunto. O próxio tópico apresenta, portanto, u dos prograas que gerara a série estudada nesta tese O odelo NEWAVE O NEWAVE é utilizado para o planejaento da operação e longo prazo de subsisteas hidrotéricos interligados, ou seja, o objetivo é deterinar etas de geração para cada usina, a cada ês, que atenda a deanda e iniize o valor esperado do custo total de operação ao longo do período de planejaento. Essa política de operação depende dos cenários de operação futuros. Para a construção desses cenários alguas variáveis são iportantes: condições hidrológicas; deanda; preços de cobustível; custos de déficit; entrada de novos projetos; disponibilidade de equipaentos de geração e transissão, etc. A figura 1 ilustra os principais dados de entrada e saída para o NEWAVE. Topologia e configuração térica e hidráulica Deanda e capacidades de transferências de energia Seqüências de afluências ensais históricas/sintéticas (GEVAZP) NEWAVE Função de custo futuro (FCF) Arazenaento final ensal, geração, etc. para cada sistea e seqüência de afluência Índice de confiabilidade: probabilidades de déficit de energia; energias não supridas; valores da água e distribuições de custos arginais Figura 1 Entradas e saídas do NEWAVE Pela visualização da figura pode-se perceber a quantidade de variáveis a sere tratadas pelo prograa.

3 17 Segue-se agora co ua descrição dos quatro ódulos existentes no prograa. Vale dizer ais ua vez que o objetivo não é descrever exaustivaente o NEWAVE e si fornecer ua idéia da coplexidade e iportância do prograa para o problea da odelage do CMO. 1 - Módulo de cálculo do sistea equivalente: Construção dos reservatórios equivalentes agregando-se os reservatórios, para cada subsistea (sul, sudeste, norte e nordeste), e u único; 2 - Módulo de energias afluentes: Geração de séries sintéticas de energias, cuja unidade de referência é a ENA (Energia Natural Afluente), utilizando-se o ódulo GEVAZP já incorporado pelo NEWAVE; 3 - Módulo de cálculo da política de operação hidrotérica: Calcula a política de operação ais econôica representando-se as incertezas das afluências futuras; 4 - Módulo da siulação da operação do sistea: calcula os índices probabilísticos de desepenho do sistea. As próxias seções ostra co u pouco ais de detalhes, cada ódulo descrito acia Modelage das coponentes do sistea As usinas hidrelétricas se divide e usinas co capacidade de regulação e usinas a fio d água. No odelo agregado, o parque gerador hidrelétrico de cada região é representado por u reservatório equivalente de energia, co as seguintes características: a capacidade de arazenaento do reservatório equivalente é estiada pela energia produzida pelo esvaziaento copleto dos reservatórios do sistea de acordo co ua política de operação estabelecida; a energia total afluente ao reservatório equivalente se divide e duas partes que são: energia controlável, associada às usinas co reservatório, e que pode ser arazenada no reservatório equivalente e energia de fio d água, associada às usinas se reservatório. Os coponentes do odelo equivalente são: energia arazenável áxia; energia controlável e energia a fio d água. Agora, fala-se u pouco de coo são incluídas as usinas téricas. Estas são representadas por grupos de téricas co custos seelhantes (classes téricas). Os parâetros básicos do prograa para as classes téricas são:

4 18 geração áxia; geração ínia; custo increental de operação ($/MWh); fator de disponibilidade édio devido a saídas forçadas e prograa de anutenção. A deanda é representada coo blocos (potência; duração) ao longo do estágio. Prevê-se até três pataares de deanda por estágio nos odelos de cálculo de política de operação e siulação da operação. A interrupção no forneciento de energia (déficit de forneciento) é representada coo ua unidade térica de capacidade igual à deanda, co custo de operação igual ao custo atribuído à interrupção de forneciento de energia. Este custo pode ser variável de acordo co a profundidade do déficit, prevendo-se u áxio de três segentos lineares. Por últio, enciona-se o intercâbio entre sisteas vizinhos que é representado através de: liites de intercâbio (MW); coeficientes de perdas; fator de disponibilidade devido a saídas forçadas. Este prieiro ódulo do prograa pode ser resuido pelo esquea da figura Modelo de energias afluentes A questão a ser levantada aqui diz respeito à decisão de utilizar os estoques de energia que pode ser representados pela água arazenada nos reservatórios. E que, conseqüenteente, está ligado intrinsecaente à incerteza das afluências futuras. Sendo assi, o odelo apresenta duas características iportantes: ua delas é de que o prograa te a capacidade de produzir secas tão severas quanto àquelas observadas no registro histórico e sua forulação perite expressá-lo e função das variáveis de estado a cada estágio, o que viabiliza a sua utilização co a etrologia de Prograação Dinâica Dual Estocástica (PDDE) (CEPEL, 2000). A partir dos registros históricos de vazões naturais afluentes a cada usina hidroelétrica é possível construir ua série histórica de energia afluentes ao reservatório equivalente. Devido ao copriento liitado desta série histórica, ajusta-se u odelo estocástico para produzir séries sintéticas de energia afluentes que serão epregadas para o cálculo da política ótia e siulação da operação, utilizando o odelo auto-regressivo periódico de orde variável PAR(p). (Macieira, M.E.P. et al., 1999).

5 19 Modelage dos Coponentes do Sistea Deandas Energia Arazenável Máxia Energia Controlável Sistea de Geração Hidroelétrico Energia a fio d'água Geração Máxia Geração Mínia Custo increental de operação ($/MWh) Sistea de Geração Térico Fator de disponibilidade édio devido a saídas forçadas e prograas de anutenção Liites de intercâbio (MW) coeficiente de perdas Intercâbio entre vizinhos fator de disponibilidade devido a saídas forçadas Interrupção de forneciento Figura 2 Resuo do prieiro ódulo do NEWAVE Fundaentalente, o odelo PAR(p) pode ser expresso ateaticaente coo:

6 20 Z t µ Z t 1 µ = φ σ 1 σ 1 Ou ainda: onde Φ B) 1 Z φ p µ = ε Z ( t t σ, t p σ µ p p (2.1) + ε t Z t é ua série sazonal de período s; s é o núero de períodos (s = 12 para séries ensais); t é o tepo t = 1,..., sn, função do ano T (T = 1,..., N) e do período ( = 1,..., s); N é o núero de anos; µ é a édia sazonal de período s; σ é o desvio-padrão sazonal de período s; Φ (B) é o operador auto-regressivo de orde p ; p é a orde do operador auto-regressivo do período ; ε t é a série de ruídos independentes co édia zero e variância σ 2() ε. De acordo co MEDEIROS (2001), a utilização de u odelo coo este é baseado na constatação de que séries hidrológicas ensais tê coo características o coportaento periódico das suas propriedades probabilísticas, coo, por exeplo, a édia, a variância, a assietria e a estrutura de auto-correlação. Este ódulo pode ser resuido pelo esquea da figura Cálculo da política de operação Nesta fase, te-se o objetivo de deterinar, para cada estágio do período de planejaento, os intercâbios ou trocas entre os subsisteas e as etas de geração para os subsisteas equivalentes e usinas téricas do sistea que reduza ao ínio o valor esperado dos custos de operação. É uito iportante e u sistea hidrotérico à decisão toada hoje e u estágio qualquer da operação energética, pois existe relação direta co a conseqüência futura. Estas conseqüências de u sistea hidrotérico pode ser ais be visualizadas pela figura de núero 4.

7 21 Série de energias afluentes históricas por subsistea Para cada subsistea: Núero de séries sintéticas desejadas Horizonte de estudo MÓDULO DE ENERGIAS AFLUENTES (Geração de séries sintéticas de energia) Arquivo co as séries de energia afluentes (ENA) Parâetros do odelo auto-regressivo ajustado a cada estágio Orde áxia do odelo Figura 3 Resuo do ódulo de energias afluentes Sistea Elétrico Decisão Afluências futuras Conseqüências operativas Esvaziar os reservatórios, para iniizar o custo de cobustível Altas Operação econôica Expande Baixas Déficit Manter os reservatórios cheios e usar geração teroeléctrica Altas Vertiento PROCESSO DE Baixas Operação econôica DECISÃO PARA SISTEMAS HIDROTÉRMICOS Não expande Esvaziar Altas Baixas Déficit Déficit Arazenar Altas OK Baixas Déficit Figura 4 Conseqüências operativas de ua decisão e sisteas hidrotéricos

8 22 Resuidaente, deve-se coparar o benefício do uso da água hoje e benefício futuro de arazená-la. É usual representar o benefício do uso iediato da água pela Função de Custo Iediato (FCI) e o benefício do arazená-la hoje para seu uso no futuro pela Função de Custo Futuro (FCF). A FCI, que é calculada por prograação linear, representa de aneira indireta a geração térica e os intercâbios. A função indica o custo de geração térico necessário para copleentar o atendiento da deanda na etapa t. Onde este copleento é a diferença entre a deanda e a energia hidrelétrica produzida. Já a FCF, que é be ais difícil de se obter do que a FCI, está associada ao valor que se espera gastar co geração térica no futuro, para o atendiento da deanda. A função de custo futuro perite coparar o custo de utilizar os reservatórios na etapa t, através da energia turbinada, ou guardar a água para a utilização futura. Logo, é fácil concluir que o uso ótio da água é aquele que iniiza a soa do custo de geração térica no presente e o valor esperado do custo de geração até o fi do período de estudo, traduzido pelo ponto de ínio da curva representada na figura 5. ($/MWh) FCI + FCF Função Custo Iediato ( FCI ) Função Custo Futuro ( FCF ) Decisão ótia Volue final Figura 5- FCI e FCF co a decisão ótia do consuo da água Para o cálculo da política de operação, o NEWAVE possui as seguintes restrições operativas. O balanço de energia, liites de arazenaento e turbinaento. Os dados de entrada para o cálculo da política de operação são ostrados na figura 6. São diversos os dados gerais que são incluídos, dentre algu deles, pode-se citar, horizonte do estudo e núero de subsisteas. Alé destes dados, existe alguns dados específicos para cada subsistea (Norte, Nordeste, Sudeste, Sul) e cita-se, por exeplo, usinas hidrelétricas e téricas que copõe o subsistea e função de custo do déficit.

9 23 Dados gerais Dados dos Subsisteas Dados das usinas hidrelétricas Dados das usinas téricas Dados de intercâbios entre subsisteas Cálculo da política de operação Prograa de anutenção Dados de deanda Dados de vazões Figura 6 Resuo do cálculo da política de operação Já para os dados das usinas hidroelétricas são incluídos os dados de subsistea a que pertence, índice da usina a jusante, índice do posto de vazões, potência instalada, dentre outros. Para cada unidade térica te-se, classe térica a que pertence, potência instalada, geração áxia, geração ínia, etc. Para cada etapa, são disponibilizados os índices das unidades e anutenção que define a porcentage de disponibilidade, de cada usina, e função do prograa de anutenção sob análise. Co relação à deanda, te-se o núero de pataares da curva de carga, duração de cada pataar e deanda e cada pataar. E, concluindo, te-se u arquivo contendo as vazões históricas naturais afluentes para ser utilizado pelo odelo estocástico de energia.

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