Avanços em Produção Distribuída. A Experiência Europeia

Transcrição

1 Avanços em Produção Distribuída A Experiência Europeia J. A. Peças Lopes (jpl@fe.up.pt)

2 Introdução - Grandes Objectivos da Política Energética Europeia Redução das emissões de gases de efeito de estufa Garantia da segurança de abastecimento Aumento da eficiência energética Aumento da componente renovável Aumento da competitividade europeia EU Candidate countries: Bulgaria Cyprus Estonia Hungary Latvia Lithuania Malta Poland Czech Republic Romania Slovenia Slovakia Turkey Em 2010, 22% da energia produzida na Europa deverá ser de origem renovável

3 Introdução Como reduzir as emissões de CO2? Como aumentar a componente renovável? Energia hidro-eléctrica: Grandes aproveitamentos - locais praticamente esgotados; Mini-hídricas; Energia eólica: Grandes parques eólicas; Pequena produção distribuída. Energia solar fotovoltaica (produção distribuída e microprodução); Biomassa; Energia geotérmica; Energia das ondas. Cogeração;

4 Introdução Novos paradigmas de funcionamento do sistema de energia: Aumento da componente de energias renováveis no mix de produção; Aumento da produção descentralizada (produção distribuída e microgeração); Utilização de conceitos de mercado no relacionamento técnico e comercial Breaking the Rules Central power station Yesterday Tomorrow: distributed/ on-site generation with fully integrated network management Transmission Network Photovoltaics power plant Storage Storage Flow Control House Distribution Network Storage Power Local CHP plant quality device Storage Power quality device Wind power plant House with domestic CHP Factory Commercial building

5 Potência em Mini-hídrica na Europa Potência de mini-hídricas instaladas Potencial mini-hídrico por explorar: 6000 MW Objectivo Europeu em 2010: MW

6 Produção Eólica na Europa

7 Produção em Cogeração Alguns dados sobre cogeração

8 Recomendações da Directiva Europeia das ER A produção proveniente da produção distribuída e energias renováveis (eólica) tem prioridade sobre as restantes fontes de energia: Não aplicação de penalizações por desvios de produção: Filosofia seguida na Alemanha, Dinamarca, Holanda e países do Sul da Europa; Aplicação de penalizações por desvio de produção: UK, Países Nórdicos (Noruega, Suécia, Finlândia)

9 Estrutura da Potência Instalada Portugal - Espanha GW Espanha 0 Gr Térm Coger Gr Hídrica Peq Hídrica Portugal Eólica Out Renov % Renovável GW Gr Térm Coger Gr Hídrica Peq Hídrica Eólica Out Renov 29 % Renovável

10 A operação da rede Ibérica O cenário de funcionamento: O Mercado: 100% de elegibilidade dos consumidores; Transacções bilaterais e ajuste diário da produção nos mercados diários; Transacções através das interligações; A Produção em Regime Especial (PD e PE) Elevados níveis de integração de PD e PE: Portugal: 6500 MW (2010), Ponta: 9 GW» 4000 MW de potência eólica; Espanha: MW (2010), Ponta: 41 GW» MW de potência eólica Importantes desenvolvimentos das tecnologias de conversão de energia: Aumento da controlabilidade da produção eólica Acréscimo da necessidade de serviços de sistema e de actividade do mercado de ajustes Desenvolvimento de novos conceitos de gestão técnica

11 Problemas Técnicos Problemas técnicos resultantes da ligação da PD e PE às redes: Quedas de tensão (regime permanente e transitório) Eventuais congestionamentos de ramos da rede; Eventual deterioração da qualidade da onda: Distorção harmónica; Solução: definir condições técnicas de ligação às redes Flicker; Problemas de comportamento dinâmico associados ao tipo de sistemas de conversão de energia e suas protecções (envolvendo também a operação dos geradores); Dificuldades de gestão técnico-comercial do sistema Maior recurso à utilização de serviços de sistema (balanço e controlo de tensão); Funcionamento dos mercados; Validação das condições de exploração de curto prazo pelos Operadores de Sistema; Planeamento da expansão do Sistema Electroprodutor Contribuições da PE para a capacidade Novas abordagens para desenvolver e explorar o sistema de energia

12 O mercado no estado de 100 % de elegibilidade O modelo de funcionamento (atendendo à forma de operação da PD e PE) PD e PE GENCO 1 GENCO 2 GENCO i (Via AAPRE) Comercializador Comercializador Consumidores Consumidores Consumidores Agente agregador de produção Comercializador detentor de activos de PD Definir o modelo de operação e margens de desvios toleráveis

13 Funcionamento do mercado diário com PRE prioritária Necessário fazer previsões da PD e PE não controlável (por posto horário) para horizontes correspondentes às 24 horas do mercado diário organizado Elasticidade da carga devido à PD Seguindo as recomendações da comissão Ofertas das Genco Σ dos consumos Previsões de PD e PE Ofertas Comerc. MW

14 Participação da PE no mercado Participação em mercados organizados de energia: Através de agentes de agregação; Previsão de produções; Necessidade de utilização combinada da previsão de produção de PE e restante PRE explorando também armazenamento energético Fornecimento de serviços de sistema Controlo hierarquizado da PD e PE, explorando os clusters de produção e a sua estrutura de ligação física às redes (transporte e / ou distribuição).

15 Mercados de Serviços de Sistema A PD e PE controlável deve participar no fornecimento de serviços de sistema: Controlo de tensão e potência reactiva; Reserva primária e secundária (a descer); Reposição de serviço. A PD e PE pouco controlável pode participar no fornecimento de alguns serviços de sistema: Controlo de tensão e potência reactiva. Necessidade de estudar as formas de remunerar o fornecimento de serviços de sistema pela PD e PE.

16 Linhas de Inovação Tecnológica a Desenvolver Desenvolvimento de novos conceitos e estratégias: Sistemas tarifários e remuneratórios para remuneração de energia e serviços de sistema (incorporando sinais de mercado); Produção com tecnologias de produção híbridas; Possibilidade de exploração da produção distribuída funcionando em rede isolada. Desenvolvimento de novas soluções e sistemas de gestão: Novas funcionalidades e aplicações para EMS e DMS ; Sistemas de treino de operadores para redes com PD e PE. Desenvolvimento de novos equipamentos: Sistemas de conversão de energia mais eficientes (solar foto-voltaico, energia das ondas); Aumento da robustez dos sistemas de conversão de energia (aerogeradores com ride through default capabilities ); Utilização das tecnologias da informação e telecomunicações (web, PLC, wireless) para a gestão dos geradores, cargas e outros elementos de rede;

17 Desenvolvimento de novos conceitos e estratégias Hierarquização da operação do sistema Participação nos mercados

18 Desenvolvimento de novos conceitos e estratégias Definir o conceito de agente agregador da produção renovável (com carácter de intermitência) combinando-a com a outra produção distribuída, envolvendo a previsão de produção (nomeadamente eólica):

19 Novas soluções e sistemas de gestão Formas de Previsão da Produção Eólica

20 Novas soluções e sistemas de gestão Arquitectura de sistemas de gestão de PE

21 Desenvolvimento de novos conceitos e estratégias Representação de um sistema híbrido com armazenamento Reservatório superior Parque eólico ou cluster de produção eólica Bombagem Reservatório inferior Minihídrica

22 Novas soluções e sistemas de gestão Maximização dos proveitos de exploração fornecendo energia; Redução de desvios de operação, permitindo a participação em mercados organizados; Fornecimento de reserva secundária rápida Aumento das contribuições da produção eólica para a capacidade Reservatório superior Parque eólico Bombagem Mini- Reservatório inferior hídrica

23 Novas soluções e sistemas de gestão Trata-se sempre de energia eólica Restrição de rede Reservatório superior Previsão da produção eólica Parque eólico Bombagem Reservatório inferior Minihídrica Explorar o coeficiente de modulação tarifária diário

24 Novas soluções e sistemas de gestão Definição de condições técnicas de exploração Exemplo de uma rede de AT (distribuição) em Portugal Activação do controlo de potência reactiva nos PI.

25 Novas soluções de controlo de tensão A produção distribuída pode ser utilizada para optimizar a exploração das redes: Optimização de exploração - Min (perdas activas na rede) Sujeito a: Vmax < V i < Vmin S ij max < S ij Qgmax i < Qg i < Qgmin i considerando o tipo de gerador Fornecimento de reserva primária e até secundária; Reposição de serviço

26 Alguns resultados da part. da PRE no controlo tensão e reactiva Resultados da tgφ para cada gerador Geradores assíncronos funcionando com produção inferior ao nominal (Controlo através de baterias de Cenário de ponta condensadores) Initial Scenario Final Scenario Absorção de reactiva indutiva

27 Alguns resultados da part. da PRE no controlo tensão e reactiva Variações nas perdas activas Cenário de ponta Significativa redução de perdas 2500 Initial Losses Final Losses Difference 1641 Losses (kw) A aplicação do PNAC requer que as perdas nas redes eléctricas passem para 8,6 %!

28 Alguns resultados da part. da PRE no controlo tensão e reactiva Perfis de tensão na rede 1.14 Initial Scenario Final Scenario Voltage (p.u.)

29 Alguns resultados da part. da PRE no controlo tensão e reactiva Principais conclusões Redução significativa das perdas; Desaparecem violações nos limites das tensões ; Verifica-se em geral um descongestionamento dos ramos da rede; Alguns investimentos suplementares em comunicações; Necessidade de ajustar ferramentas tipo OPF para gestão da rede Remunerar o fornecimento destes serviços

30 Fornecimento de Reserva Primária Avaliação do impacto de perturbações na rede com e sem fornecimento de reserva primária pela PRE: Curto-circuito num barramento de 220 kv da rede de transporte seguido da desligação de 500 MW de PRE na sequência de actuação das protecções dos PRE Area B Carga total As tensões residuais de defeito propagam-se para os nós vizinhos Provocando a saída de serviço da PRE 4000 MW de PRE Area A 9 GW 41 GW 180 GW da rede simulada

31 Limites das Interligações (2000) IRL UK N S FI B NL L DK D F CH A 500 SI P E I GR

32 Resultados de simulação dinâmica no sistema Ibérico Comparação do comportamento da potência trocada nas interligações com e sem a PD participando do fornecimento de reserva primária. Potência importada da área B para A: Ptie = MW 10 MW diferença Carga = 86 MW Sem reg. PRE Com reg. PRE

33 Desenvolvimento de novos equipamentos Estratégias Ride through default A necessidade de proceder à implementação de novas estratégias de coordenação das protecções entre as redes e a produção renovável; A utilização de sistemas de conversão de energia eólica do tipo DFIM pode limitar a perda de produção na sequência de c.c. na rede

34 Redefinição dos Requisitos dos Códigos de Rede Produção eólica: Actualmente alguns aerogeradores podem assegurar Não desligar para: V > 0,5 p.u. if t<0,5 s. Requisitos de «ride through default capability» Voltage (pu) Beginning of the disturbance 1 0,8 0,95 pu 0,2 Clearance of the fault Duration of the fault 0 0, Time (sec.)

35 Novas soluções e sistemas de gestão Sistemas de treino de operadores DMS com PD Definição da sessão de Treino: Definição de uma configuração; Sequências de eventos; Tutor; Activação de triggers Alarmes COXIPO 138 RONDON RVERDE FICT COXIPO-T CMAGAL 230 RVERDE 230 COXIPO 13 COXIPO 230 RONDON ~ SVC BPEIXE 230 SLACK Articulação entre a simulação de comportamento dinâmico e a de regime estacionário Caniços Perturbação 4 Pe Caniços (MW) Pmec Caniços (MW) sec Simulador Dinâmico Módulo interno Possibilidade de avaliar o comportamento dinâmico do sistema Perfil de tensão nó 3 (p.u.) Simulador em regime estacionário sec

36 AC DC Desenvolvimento de novos conceitos e estratégias - Microgeração Conceito e arquitectura de micro-rede PV MC Flywheel DC AC LC MC LC MC AC DC Storage LC MC ~ CHP DMS MV MGCC LV MC AC DC Fuel Cell MC AC DC LC ~ Micro Turbine Gestão e controlo; Protecções; Comunicações.

37 Microgeração - Rede de estudo de BT da NTUA Diesel unit

38 Plataforma de Simulação

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40 Como as ameaças se transformam em oportunidades Novas soluções conceptuais necessitam de ser desenvolvidas para a operação da rede; Novos produtos na área da gestão e do controlo da rede; Necessidade de desenvolver ferramentas de apoio à gestão das redes DMS e EMS que disponibilizem estas novas funcionalidades; Treino de operadores. Sistemas de controlo para optimização da produção e robustez de operação; Desenvolvimento de estudos: Análise de comportamento em regime estacionário; Análise de comportamento dinâmico; Avaliação da segurança de abastecimento (LOLE, LOLP, NDE); Planeamento de expansão do sistema.