Produção de Energia Elétrica em Sistemas Hidrotérmicos

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1 Produção de Energia Elétrica em Sistemas Hidrotérmicos Simpósio Brasileiro para Gestão de Estratégias de Comercialização de Energia e Eficiência Energética Mario Daher Gerente Executivo - ONS PUC- Rio, 29/11/2012 1

2 Sumário da apresentação Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro Visão Geral do Sistema Interligado Nacional SIN Operador Nacional do Sistema Elétrico - ONS Planejamento e Programação da Operação do SIN Condicionantes Ambientais e de Usos Múltiplos da Água Vantagens dos Reservatórios X Desvantagens da falta de novos Reservatórios de acumulação O Futuro - Desafios 2

3 1. Modelo Institucional do Setor Elétrico Brasileiro 3

4 O Modelo Institucional do Setor Elétrico Leis n o /2004 e n o /2004 MME Ministério de Minas e Energia CMSE Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico Dec. n O 5175/2004 Monitora o suprimento EPE Empresa de Pesquisa Energética Dec. n O 5184/2004 CNPE CMSE MME EPE ONS ANEEL CCEE CNPE Conselho Nacional de Política Energética Dec. nº 3520 / 2000 Política Energética/Matriz ANEEL Agencia Nacional de Energia Elétrica Lei n O 9427 / 1996 ANA ANP Regulação e Fiscalização Planejamento energético Operação ONS Operador Nacional do Sistema Elétrico Dec. n O 5081/2004 G T Agentes D C CL IM/EX Comercialização CCEE Câmara de Comercialização de Energia Elétrica Dec. n O 5177/

5 2. Visão Geral do Sistema Interligado Nacional - SIN 5

6 +3.400km Características Gerais do SIN Sistemas Isolados Sistema Interligado Nacional km O SIN cobre dois terços do território nacional: 5 milhões de km², estendendo-se do Pará ao Rio Grande do Sul. O SIN atende cerca de 98% do consumo de energia elétrica do país. Geração hidroelétrica é predominante: cerca de 74,6% da capacidade instalada. Geração térmica complementar com diversas fontes: nuclear, carvão, gás natural, óleo combustível, diesel = cerca de 20%. Pequena participação (~4%) de outras fontes renováveis: eólicas e biomassa. Rede Básica de Transmissão ( a 230 kv) com grande extensão. 6

7 Características da Produção Hidráulica Integração de Bacias Madeira Xingu Paraguai Tocantins Parnaíba São Francisco Cemig Furnas AES-Tiete CESP CDSA Consorcios Rio Grande Rio Paranaiba Rio Tietê Paranaíba Grande Paraná/Tietê Paraíba do Sul Copel Tractebel ITAIPU BINACIONAL Rio Paranapanema Paranapanema Iguaçu Rio Iguaçu Uruguai Jacui Múltiplos proprietários: 35 empresas públicas e privadas têm 141 usinas hidro (>30MW) em 14 bacias hidrográficas MW. Há atualmente 69 usinas com reservatório (regulação mensal ou acima), 68 a fio d água e 4 usinas de bombeamento. Com as novas usinas em construção, as hidroelétricas totalizarão 103 GW em Interdependência entre usinas e bacias para produção requer a coordenação centralizada da operação do SIN. 7

8 A Importância Estratégica da Transmissão Rede Básica tem múltiplos proprietários: 72 Além da função transporte de energia das usinas aos centros de carga, permite: a otimização econômica do uso dos recursos energéticos do SIN melhoria da segurança elétrica Extensão de linhas de transmissão 230 kv (km) ano km (*) (*) Fonte EPE 8

9 Longas linhas e carga esparsa Cuidados no controle de tensão e estabilidade dinâmica 9

10 Variabilidade e Sazonalidade Hidrológica ENA Norte MWmed ENA Nordeste jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez ENA Sul ENA Sudeste/C.Oeste jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez 0 jan fev mar abr mai jun jul ago set out nov dez 10

11 Energia Natural Afluente Média Complementariedade dos SUBSISTEMAS Carga SE= MWmed 11

12 Diversidade do Armazenamento N: ,0% NE: % SE: ,1% Total do SIN MWmês S: ,8% Legenda: Cap.armazenamento xxx.xxx MWmês xx,x % do SIN 12

13 3.O Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS 13

14 O que Faz o ONS* Atribuições Coordenação da Operação do SIN Supervisão e Controle do Sistema Interligado e Interligações Internacionais Administração dos Serviços de Transmissão e Ancilares Funções Planej. e Programação da Operação Elétrica e Energética Despacho da Geração Operação da Rede Básica de Transmissão Administração da Conexão à Rede Básica Proposição à ANEEL de ampliações e reforços da Rede Básica Gestão dos Encargos de Transmissão Objetivos Operação Otimizada Qualidade e Continuidade do Atendimento Livre Acesso à Rede Básica de Transmissão Equidade no Tratamento dos Agentes Energia ao menor Custo * Empresa privada sem fins lucrativo 14

15 Recursos e Instalações do ONS Norte Isolado Brasilia CNOS COSR-NCO Florianópolis Núcleo Sul COSR-S Recife Núcleo N/NE COSR-NE Rio de Janeiro Escritório Central COSR-SE Os recursos financeiros do ONS provêm de uma parte dos encargos pelo uso do sistema de transmissão (90%), mais contribuições dos agentes associados (10%). Num. de empregados: 728 (45 trainees e 40 estagiários) 577 com grau universitário 442 engenheiros 15

16 Área de Atuação do ONS Sistema Hidrotérmico 141 usinas 30 MW > unidades geradoras 124 Agentes Rede Básica de Transmissão km de LTs de 230kV e acima 92 Agentes Distribuição + Consumidores Livres MWmed Carga de energia em MWh/h Demanda máxima em Agentes Geração Transmissão Consumo Operação sistêmica pelo ONS Operação das instalações pelas empresas de G & T Abastecimento no atacado Mais de pontos de conexão entre a Rede Básica e a Distribuição Operação pelas empresas de D Abastecimento no varejo ONS A energia que liga o país Fiscalização pela ANEEL 16 16

17 O Relacionamento ONS-Agentes 25 módulos ONS Elaboração Procedimentos de Rede Participação Agentes Homologação ANEEL Os Procedimentos de Rede do ONS estabelecem a base legal para metodologias, critérios, requisitos técnicos e responsabilidades do ONS e dos agentes para a execução dos processos associados ao cumprimento de suas atribuições. 17

18 4. Planejamento e Programação da Operação do SIN 18

19 As Macro-Funções do ONS Suporte aos Macroprocessos da Operação do SIN Médio Prazo Curto Prazo Tempo Real Planejamento (até 5 anos) Programação (até D-1) Operação Pós-Operação + Incertezas e - detalhes - Icertezas e + detalhes ONS, a energia que liga o País 19

20 O problema Repartir adequadamente a geração entre usinas termoelétricas, e hidroelétricas a fim de minimizar o custo da operação, respeitando-se as restrições operativas Condições hidrológicas (m3/s) Abatidas da carga Custo de operação CVU ($/MWh) Outras Fontes 20

21 Equação Básica da Operação do Sistema Custo do suprimento Segurança do suprimento Evitar racionamentos e minimizar os custos de operação Despacho térmico por questões de segurança da rede Evitar a ocorrência e minimizar os efeitos de blecautes Operação do sistema de reservatórios e despacho hidrotérmico Operação dos equipamentos de geração e transmissão Operação segura a mínimo custo 21

22 Dilema na Operação Hidrotérmica Decisão Futuro Afluências Consequências Usar Água Geração Térmica Minimizada Úmidas Secas OK Ações do ONS para evitar déficit Guardar Água Geração Térmica Maximizada Úmidas Secas Vertimento = Desperdício OK 22

23 Operação Otimizada dos Sistemas Elétricos OBJETIVO: Minimizar custo total, do presente ao futuro, através de decisões de: Sujeito a Restrições Geração Térmica Geração Hidráulica Restrições operativas Restrições hidráulicas Intercâmbio entre regiões Corte de carga (déficit) 23

24 Horizontes e passos na cadeia de modelos de otimização Atualização das condições operativas Mais incerteza e menos detalhes Medio prazo horizonte: 5 anos passo: mês NEWAVE Curto prazo horizonte: 1 a 6 meses passo: semana DECOMP Programa diário Menos incerteza e mais detalhes horizonte: 1 semana passo: patamar de carga DESSEM (em desenvolvimento) A 24 energia que liga o País 24

25 Fronteira de Atuação ONS(CMO) - CCEE (PLD) NEWAVE PMO Função de Custo Futuro DECOMP Sem Restrições Intra-subsistemas NEWAVE Função de Custo Futuro P ó s CMO Despacho Econômico Política de Operação Semanal DECOMP PLD ex-ante P M PDE O Operação Despacho Verificado X Despacho Comercial PDO 25

26 p.u. (MWmês/MWano) Oportunidades das Fontes Alternativas SIN - Complementaridade entre as fontes Complementaridade Média Anual Ano 2015 (Base PEN 2011) 1,80 1,60 Safra da cana-de-açucar 1,40 1,20 1,00 0,80 Eólicas 0,60 0,40 0,20 - Período seco do SIN JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ Bio PCT EOL UHEs Fonte : ONS Ref. Maio/2011 A 26 energia que liga o País 26

27 % em relação ao máximo Oportunidades das Fontes Alternativas Complementaridade Verificada 1 Perfil de Geração Realizada em ,8 0,6 0,4 0,2 0 jan Fev Mar Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez Hidráulica Térmica Biomassa Eólica 27 27

28 Acompanhamento Geração Eólica Região Sul 04/09/ /09/

29 Questões Relevantes Avaliação dos impactos decorrentes das intermitências relacionadas à operação em regime normal de grandes montantes de geração eólica regionalizada. Necessidade de reserva adicional de potência nas usinas hidrelétricas (ideal ter reservatórios). Necessidade de recursos extras de controle rápido de tensão nas grandes interligações. Necessidades de novas soluções estruturais robustas o suficiente para possibilitar troca de grandes montantes de geração com mínimo impacto na frequência e tensões da rede. Avaliação dos impactos decorrentes de contingências na rede, especialmente nas interligações, buscando evitar sua propagação. 29

30 Restrições Hidráulicas na Operação do SIN Reservatório Nível d água Mínimo Vertedouro Subestação Nível d água Máximo Taxa de Variação Máxima de Nível Casa de Força Vazão Vertida e taxa de variação máxima Barragem Vazão Defluente Vazão Turbinada e taxa de variação máxima NA Jusante e taxa de variação máxima e taxa de variação máxima 30

31 Restrições Hidráulicas na Operação do SIN restrição de volume (hm3) ~ 35 restrições restrição elétrica (MW) ~ 99 restrições AFLUÊNCIA N.A.min CASA DE FORÇA GERADOR restrição de defluência (m 3 /s) ~ 117 restrições Situação atual TURBINA DEFLUÊNCIA CANAL DE FUGA 31

32 Natureza das Restrições Hidráulicas USOS MÚLTIPLOS DA ÁGUA CONDICIONANTES AMBIENTAIS CONTROLE DE CHEIAS saneamento hidrovias controle de cheias 32

33 33 5. O Futuro - Desafios

34 Modelo de Expansão da Oferta A totalidade do mercado deve estar 100% contratada. Preços dos Contratos resultados de leilões Preços dos Contratos Livremente negociados LEN A - 5 LEN A - 3 Leilões específicos de fontes alternativas: Eólicas e Biomassa Definem as características da Oferta 34

35 Modelo de Expansão da Oferta A totalidade do mercado deve estar 100% contratada. Preços dos Contratos resultados de leilões O sinal do Modelo do Setor é pela contratação de longo prazo, com energia segura e confiável a todos os segmentos, regulados e livres. Preços dos Contratos Livremente negociados O mercado de curto prazo deve liquidar diferenças. LEN A - 5 LEN A - 3 Leilões específicos de fontes alternativas: Eólicas e Biomassa Definem as características da Oferta 35

36 A Matriz de Energia Elétrica 2012 a 2016 (*) Crescimento MW (%) MW (%) MW (%) Hidráulica , , Nuclear , , Gás/GNL , , Carvão , , Biomassa , , Outras (1) 749 0, ,5 0 0 Óleo , , Eólica A hidroeletricidade continuará como a principal fonte de geração de energia, embora sua participação no total da potência instalada do SIN será reduzida de 79 % em dezembro de 2011 para 73 % em dezembro de , , Total

37 Perda da Capacidade de Regularização Evolução do Volume Útil Acumulado e da Potência Instalada (Geração Hidráulica) no SIN Potência Instalada Volume Útil Capivara - 5, hm 3 Sobradinho - 28, hm 3 Emborcação - 13, hm 3 Tucuruí - 39, hm 3 Nova Ponte - 10, hm 3 Serra da Mesa - 43, hm Potência Instalada - Hidro (MW) Três Marias -15, hm 3 Furnas - 17, hm 3 São Simão - 5, hm 3 Á. Vermelha - 5, hm 3 Itumbiara - 12, hm 3 Ilha Solteira e Três Irmãos - 16, hm 3 Marimbondo - 5, hm 3 Crescimento no Período Potência Instalada -> 47,2% Volume Útil -> 10,8% Volume Útil (1000 hm 3 ) Os 13 maiores reservatórios identificados na figura possuem volume útil maior que 5 x 10 3 hm 3 e, juntos, correspondem a 74% do Volume Útil total acumulado no 37

38 EARMAX (MWmês) EARMAX/CARGA (meses de estoque)* Evolução do Grau de Regularização SIN ENERGIA ARMAZENADA MÁXIMA X GRAU DE REGULARIZAÇÃO , ,6 5,5 5,4 Meses de estoque 5, Capacidade de estoque 5,1 5,0 5, , , , *Estão abatidas a inflexibilidade térmica e a geração das usinas não simuladas. 3,0 Plano Decenal

39 MWmed Características das Usinas da Amazônia Perfil de Geração UHE Jirau Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro máximo 3283,5 3283,5 3283,5 3283,5 3283,5 3283,5 3089,1 2705,5 2479,5 2433,4 2793,4 3262,7 média 3084,2 3013,5 2799,4 2847,1 3083,9 2709,5 1900,2 1223,9 925,3 1108,1 1700,0 2506,1 mínimo 2189,8 2323,5 2256,1 2195,7 2210,7 1202,0 651,1 397,2 232,6 622,5 935,1 1533,8 Mínima Jirau Máxima Média Ger. Máxima 3.283,5 39

40 MWmed Características das Usinas da Amazônia Perfil de Geração UHE Santo Antônio Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro máximo 3134,7 3134,7 3134,7 3134,7 3134,7 3108,2 2850,5 2573,3 2405,3 2370,8 2638,7 3088,0 média 2892,0 2798,9 2557,4 2611,9 2881,1 2577,7 1931,0 1338,6 1049,0 1230,8 1765,0 2416,4 mínimo 2182,3 2015,6 1949,8 1896,1 2198,7 1333,9 776,7 491,2 296,2 747,3 1074,3 1637,2 Mínima Santo Antônio Ger. Máxima 3.134,7 Média Máxima 40

41 Características das usinas da Amazônia Perfil de Geração UHE Belo Monte MWmed Ger. Máxima Máxima Média Mínima - Janeiro Fevereiro Março Abril Maio Junho Julho Agosto Setembro Outubro Novembro Dezembro Máxima Média Mínima Geração Máxima

42 Características da Expansão da Oferta Usinas hidrelétricas de grande capacidade, sem reservatório de acumulação, com grande produção no período chuvoso e baixa produção no período seco, causando uma acentuada sazonalidade da oferta. Projetos hidrelétricos distantes dos grandes centros de carga, exigindo sistemas de transmissão extensos para o transporte de grandes blocos de energia no período chuvoso e pequenos montantes nos períodos secos. Amazônia - Novas fronteiras da Hidroeletricidade 42

43 Grandes usinas e Interligações internacionais Madeira ~ Teles Pires Belo Monte ~ km ~ Necessidade de expansão das interligações inter-regionais e dos grandes troncos de transmissão receptores regionais NE ~ Eólicas (*) Itaipu ~ 800 km SE Integração de usinas a fio d água distantes dos centros de carga variando de a 600 MW (Madeira) e de a MW (Belo Monte), requerendo intercâmbio mínimo no período seco Argentina SUL ~ Eólicas (*) Uruguai (*) conectadas à Rede Básica 43

44 Constatações Os principais reservatórios têm enchimento e esvaziamento com periodicidade anual. O SIN perde capacidade de regularização devido a restrições ambientais. Expectativa de crescimento da carga a taxas de 4 a 5% a.a. Necessidade de complementação térmica e/ou fontes alternativas para a garantia do suprimento 44

45 Constatações Adicionais Deve haver equilíbrio entre a construção de hidrelétricas a fio d água com restrições ambientais X necessidade de expansão termelétrica para garantir o atendimento energético e à ponta Qual o ponto ótimo de equilíbrio, considerando: modicidade tarifária mínimo custo global expansão & operação redução da emissão de CO 2 45

46 Perspectiva de Geração Hidroelétrica 4 IMPACTOS DO USO DO POTENCIAL HIDRELÉTRICO POR REGIÃO Riscos de inundação de grandes áreas de florestas tropicais Conflito de usos: navegação, agricultura, terras indígenas e biodiversidade 113GW 43% 26GW 11% Escassez e poucos rios perenes Conflitos de uso: agricultura (irrigação), Rios fronteiriços e com forte grau de assoreamento Conflitos de uso: agricultura, saneamento, navegação e turismo 36GW 14% 43GW 16% Rios com alto grau de poluição e problemas pontuais de escassez Conflitos de uso: abastecimento, saneamento, navegação e trurismo POTENCIAL HIDRELÉTRICO TOTAL 260GW OPERAÇÃO/CONSTRUÇÃO 24% ESTUDADO 38% ESTIMADO 38% 42GW 16% Enchentes e poluição agruindustrial, rios fronteiriços Conflitos de uso: agricultura e turismo Fonte: M. Freitas,

47 Perspectiva de Geração Eólica no Brasil 47

48 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 48

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

50 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 50

51 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/

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