UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE ECONOMIA, ADMINISTRAÇÃO E CONTABILIDADE DE RIBEIRÃO PRETO DEPARTAMENTO DE ECONOMIA JOSIANE MAYARA GIL PALOMINO

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO FACULDADE DE ECONOMIA, ADMINISTRAÇÃO E CONTABILIDADE DE RIBEIRÃO PRETO DEPARTAMENTO DE ECONOMIA JOSIANE MAYARA GIL PALOMINO Formação de preço de energia elérica gerada por biomassa no Ambiene de Conraação Livre brasileiro: uma abordagem compuacional baseada em agenes Orienador: Prof. Dr. Jaylson Jair da Silveira RIBEIRÃO PRETO 2009

2 Profª. Drª. Suely Vilela Sampaio Reiora da Universidade de São Paulo Prof. Dr. Rudinei Toneo Junior Direor da Faculdade de Economia, Adminisração e Conabilidade de Ribeirão Preo Prof. Dr. Waler Belluzzo Junior Chefe do Deparameno de Economia

3 JOSIANE MAYARA GIL PALOMINO Formação de preço de energia elérica gerada por biomassa no Ambiene de Conraação Livre brasileiro: uma abordagem compuacional baseada em agenes Disseração apresenada ao Programa de Pós- Graduação em Economia Aplicada da Faculdade de Economia, Adminisração e Conabilidade de Ribeirão Preo da Universidade de São Paulo como requisio para obenção do íulo de Mesre em Economia. Orienador: Prof. Dr. Jaylson Jair da Silveira RIBEIRÃO PRETO 2009

4 AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE. Palomino, Josiane Mayara Gil. Formação de preço de energia elérica gerada por biomassa no Ambiene de Conraação livre brasileiro: uma abordagem compuacional baseada em agenes. Ribeirão Preo, p. : il. ; 30 cm Disseração de Mesrado, apresenada à Faculdade de Economia, Adminisração e Conabilidade de Ribeirão Preo da Universidade de São Paulo. Orienador: Silveira, Jaylson Jair da 1. Co-geração. 2. Preço de Liquidação das Diferenças 3. ACL 4. ACR

5 ERRATA PALOMINO, J.M.G. Formação de preço de energia elérica gerada por biomassa no Ambiene de Conraação Livre brasileiro: uma abordagem compuacional baseada em agenes pp. Disseração (Mesrado em Economia Aplicada) - Faculdade de Economia, Adminisração e Conabilidade de Ribeirão Preo, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preo, página equação onde se lê leia-se m i= 1 PLC n e = e i, j 1 R RMe = 1 GDC MV i, e i, PLC e i, I i= 1 J e = j 1 T CMe = 1 GDC MV i, e i, página linha onde se lê leia-se m n e = i= 1 j 1 PLC j, dado por um enre zero 88 8 ransacionada no MV 89 1 valor pago pela mesma energia obido pela quociene é o lei de poência da práica I i= 1 PLC i, J e = j 1 dado por zero ransacionada no conrao c no MV Valor pago de fao pela mesma energia Obido pelo quociene é a lei de poência da práica

6 FOLHA DE APROVAÇÃO Josiane Mayara Gil Palomino Formação de preço de energia elérica gerada por biomassa no Ambiene de Conraação Livre brasileiro: uma abordagem compuacional baseada em agenes. Disseração apresenada ao Programa de Pós- Graduação em Economia Aplicada da Faculdade de Economia, Adminisração e Conabilidade de Ribeirão Preo da Universidade de São Paulo como requisio para obenção do íulo de Mesre em Economia. Aprovado em: / / Banca Examinadora Prof. Dr. Insiuição: Assinaura: Prof. Dr. Insiuição: Assinaura: Prof. Dr. Insiuição: Assinaura:

7 DEDICATÓRIA Dedico ese rabalho aos meus avós (in memorian) pelo exemplo de vida, coragem e perseverança que me deram; aos meus pais, pelo supore consane em odas as fases da minha vida.

8 AGRADECIMENTOS Ao longo dos 7 anos em que esive na FEA-RP, muias foram as pessoas que direa ou indireamene conribuíram para o desenvolvimeno dessa disseração e por isso é muio difícil nomeá-los aqui, um a um. Por esse moivo, deixo regisrados os meus agradecimenos a odos os funcionários, em especial aos funcionários da Seção de Pós-Graduação, amigos e professores que fizeram e fazem pare da faculdade, consruindo sua hisória dia após dia. Ao Prof. Dr. Jaylson Jair da Silveira, que durane odo o desenvolvimeno do rabalho se dedicou, deu apoio e aenção e conribuiu sobremaneira para a sua conclusão. Agradeço ambém o ineresse dispensado à disseração em odas as suas fases e as valiosas conribuições que por ele foram feias. Ao Prof. Dr. Rudinei Toneo Jr, que ao longo dos anos de convivência e de dedicação durane a faculdade e o mesrado sempre confiou em meu poencial e muio me ensinou e conribuiu para o meu desenvolvimeno inelecual, cienífico e profissional. Aos professores do Programa de Pós-Graduação em Economia Aplicada da FEA-RP/USP e aos amigos de urma pela aenção e dedicação durane o desenvolvimeno dos crédios, pelas horas de esudo em conjuno e pela convivência. À Crysalsev Comércio e Represenação Lda., empresa em que rabalho, em nome dos companheiros de deparameno Celso, Juliana e Boa pelo apoio, pelos conhecimenos adquiridos que muio conribuíram para o desenvolvimeno da disseração e pelos momenos em que pude me dedicar ao mesrado. À minha família, meus melhores amigos, em especial aos meus pais, Maria e Nelson e à minha irmã, Janaina, pela pessoa que sou hoje e pelos ensinamenos que me permiiram chegar aé aqui, pelos momenos de paciência e apoio que me foram dados durane o mesrado e ao longo da minha vida. Ao meu noivo, Alex, amigo e companheiro, pessoa sem a qual udo seria mais difícil. Agradeço o carinho, a paciência, a aenção e a dedicação durane odo o empo, principalmene pelos esforços e incansáveis horas despendidos durane o desenvolvimeno do modelo apresenado nessa disseração. A odos os meus amigos e amigas, esejam próximos ou não, pelos momenos de desconração e pelas palavras de ânimo quando o cansaço se fazia presene. A Deus, pelo dom da vida, pelas oporunidades conquisadas e pela perseverança e força que afloraram nos momenos mais difíceis.

9 RESUMO A produção de energia elérica em usinas de açúcar e álcool em sisema de co-geração endo como combusível o bagaço da cana-de-açúcar é uma práica radicional. No Brasil, desde os anos 1980, as usinas evoluíram para uma posição de quase auo-suficiência na produção de elericidade, indicando um fore poencial de produção de elericidade excedene que pode ser incorporado à mariz energéica nacional como complemeno. O ineresse pela geração de energia por fones renováveis ganhou desaque devido ao risco de desabasecimeno e à necessidade de adequações ecnológicas por pare das usinas. Enreano, embora o poencial exisa, há faores que influenciam e colocam em risco a decisão de uma usina invesir na geração de excedenes que devem ser analisados, denre eles a volailidade dos preços da energia. O objeivo dese rabalho é analisar o processo de formação de preço da energia elérica gerada a parir de biomassa negociada no Ambiene de Conraação Livre (ACL). Nese ambiene, a energia gerada por biomassa pode ser negociada bilaeralmene por agenes privados (geradores e consumidores livres). Mais precisamene, preende-se mosrar como o risco hidrológico incorporado no processo de formação de preço e no despacho físico da geração do sisema hidroérmico brasileiro afea o preço da energia elérica gerada a parir de biomassa negociada no ACL, dadas suas auais caracerísicas insiucionais. Para isso, desenvolve-se um mercado arificial de energia elérica gerada por biomassa que busca capar as principais caracerísicas insiucionais do ACL. Várias simulações são geradas pelo modelo compuacional, as quais mosram o impaco negaivo da volailidade do preço de curo prazo sobre os preços da energia elérica gerada por biomassa negociada no ACL. Palavras-chave: 1. Co-geração 2. Preço de Liquidação das Diferenças 3. ACL 4. ACR

10 ABSTRACT Elecriciy generaion in ehanol and sugar mills using bagasse as a fuel in cogeneraion process is a radiional pracice. In Brazil, since he 1980 s mills have evolved o a posiion of almos self-sufficiency in elecriciy producion, which indicaes a srong poenial of elecriciy surplus ha can be used as a complemen in he elecriciy naional marix. Such ineres for elecriciy generaion from renewable sources go ousanding due o he lack of supply risk and also he mills necessiy of echnological adapaions. However, even hough he poenial exiss, here are some facors ha influence and pu in risk a mill s decision o inves in elecriciy surplus generaion which mus be evaluaed, such as energy prices volailiy. The objecive of his work is o analyze he elecriciy price seing process generaed by sugarcane biomass and negoiaed in he Free Agreemen Environmen (ACL). In his environmen, biomass generaed elecriciy can be negoiaed among privae agens (free consumers and generaors). More precisely, he aim is o show how he hydrological risk ha is par of he price seing process and of he sysem physical dispach affecs he price of he biomass elecriciy in he ACL, given is acual insiuional feaures. To enable ha, an elecriciy biomass arificial marke is developed wih he aim o capure he main insiuional feaures of ACL. Several simulaions are generaed by his compuaional model, which show he negaive impac of spo price volailiy over he biomass elecriciy prices in ACL. Keywords: 1. Cogeneraion 2. Spo price. 3. ACL 4. ACR

11 Figura I.1 Figura I.2 Figura 1.1 Figura 1.2 Figura 1.3 Figura 1.4 Figura 1.5 Figura 1.6 Figura 1.7 Figura 1.8 Figura 1.9 Figura 1.10 Figura 1.11 LISTA DE FIGURAS Processos de conversão energéica da biomassa Cadeia produiva da cana-de-açúcar Ofera inerna de energia elérica por fone de geração Mercado caivo vs mercado livre Exemplo de despacho econômico em sisema puramene érmico e cálculo do CMO Processo decisório no despacho econômico hidroérmico Funções de Cuso Imediao e Fuuro Funções de Cuso Imediao e Fuuro e o mínimo cuso oal Os quaro submercados brasileiros PLD e nível de armazenameno no submercado Sudese/Cenro-Oese Definição dos esados para um reservaório Cálculo para a decisão óima de despacho por cenário de vazões úlima eapa Cálculo do segmeno 1 da FCF Figura 1.12 FCF linear por pares: eapa T-1 Figura 3.1 Figura 3.2 Figura 3.3 Figura 3.4 Figura 3.5 Figura 3.6 Figura 3.7 Figura 3.8 Figura 3.9 Figura 3.10 Figura 3.11 Figura 3.12 Figura 3.13 Figura 3.14 Figura 3.15 Figura 3.16 Figura 3.17 Figura 3.18 Figura 3.19 Esquema de funcionameno do MarkeSim Resulados da simulação: PLD real, r=0, e=0,02 Resulados da simulação: PLD real, r=0, e=0,30 Resulados da simulação: PLD real, r=0,10, e=0,02 Resulados da simulação: PLD real, r=0,10, e=0,30 Resulados da simulação: PLD real, r=0,20, e=0,02 Resulados da simulação: PLD real, r=0,20, e=0,30 Resulados da simulação: PLD sazonal, r=0, e=0,02 Resulados da simulação: PLD sazonal, r=0, e=0,30 Resulados da simulação: PLD sazonal, r=0,10, e=0,02 Resulados da simulação: PLD sazonal, r=0,10, e=0,30 Resulados da simulação: PLD sazonal, r=0,20, e=0,02 Resulados da simulação: PLD sazonal, r=0,20, e=0,30 Resulados da simulação: PLD consane, r=0, e=0,02 Resulados da simulação: PLD consane, r=0, e=0,30 Resulados da simulação: PLD consane, r=0,10, e=0,02 Resulados da simulação: PLD consane, r=0,10, e=0,30 Resulados da simulação: PLD consane, r=0,20, e=0,02 Resulados da simulação: PLD consane, r=0,20, e=0,30

12 LISTA DE ABREVIATURAS ACL ACR Amforp ANEEL BNDE CAR CCEAR CCEE CL CMO CMSE CNPE CUSD DNAEE EPE FCF FCI GEE kv kw MAE MarkeSim MME MT MV MW MWh NETA NGC ONS PCH PCI PDDE Ambiene de Conraação Livre Ambiene de Conraação Regulado American & Foreign Power Company Agência Nacional de Energia Elérica Banco Nacional de Desenvolvimeno Econômico Curva de Aversão ao Risco Conrao de Comercialização de Energia Elérica no Ambiene Regulado Câmara de Comercialização de Energia Elérica Consumidor Livre de Energia Elérica Cuso Marginal de Operação Comiê de Moniorameno do Seor Elérico Conselho Nacional de Políica Energéica Conrao de Uso dos Sisemas de Disribuição Deparameno Nacional de Águas e Energia Elérica Empresa de Pesquisa Energéica Função de Cuso Fuuro Função de Cuso Imediao Gases de Efeio Esufa Kilovol Kilowa Mercado Aacadisa de Energia Elérica Marke Simulaor Minisério de Minas e Energia Mercado a ermo Mercado à visa Megawa Megawa hora New Elecriciy Trade Agreemen Naional Grid Company Operador Nacional do Sisema Pequena Cenral Hidrelérica Poder Calorífico Inferior Programação Dinâmica Dual Esocásica

13 PDE PIE PLD PROINFA SEB SIN TE TUSD TUST TWh VR Programação Dinâmica Esocásica Produor Independene de Energia Elérica Preço de Liquidação das Diferenças Programa de Incenivo às Fones Alernaivas de Energia Elérica Seor Elérico Brasileiro Sisema Inerligado Nacional Tarifa de Energia Elérica Tarifa de Uso do Sisema de Disribuição Tarifa de Uso do Sisema de Transmissão Terawa hora Valor de Referência

14 SUMÁRIO INTRODUÇÃO 12 CAPÍTULO 1 - O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO 19 CAPÍTULO 2 - CAPÍTULO Um breve hisórico do Seor Elérico Brasileiro As fones de geração de elericidade no Brasil Hidrelérica Pequena Cenral Hidrelérica Eólica Termelérica Termelérica a biomassa O mercado de energia elérica no Brasil Ambiene de Conraação Regulado Ambiene de Conraação Livre e a conabilização na CCEE A inserção das usinas do seor sucroalcooleiro no mercado de energia elérica Despacho econômico de geração e formação do preço spo em sisemas eléricos Deerminação do despacho econômico e a formação do preço spo em sisemas ermeléricos e hidroérmicos O planejameno de operação e o preço spo em sisemas ermeléricos O planejameno de operação e o preço spo em sisemas hidroérmicos O despacho econômico e a formação do preço spo no Brasil 58 SISTEMAS COMPLEXOS E A APLICAÇÃO DA MODELAGEM COMPUTACIONAL BASEADA EM AGENTES NO SETOR ELÉTRICO_ Sisemas complexos Design de mercado e a modelagem compuacional baseada em agenes Modelagem compuacional baseada em agenes em mercados de energia elérica 72 UM MODELO COMPUTACIONAL BASEADO EM AGENTES DO MERCADO BRASILEIRO DE ENERGIA ELÉTRICA GERADA POR BIOMASSA Visão geral A comercialização de energia no mercado a ermo A comercialização de energia no mercado à visa 85

15 3.4 Reinforcemen learning e o algorimo de Roh-Erev modificado Resulados das simulações 96 CONCLUSÕES 111 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 113 APÊNDICE 118

16 12 INTRODUÇÃO Especialmene após as crises do peróleo, nos anos 1970, a busca por fones alernaivas de energia omou cona do cenário mundial. No Brasil, o principal movimeno foi a implanação do Proálcool, o programa do álcool combusível que, embora fosse iniciaiva do governo, acabou por se realizar graças à iniciaiva privada e foi responsável pelo surgimeno de grande pare das usinas do seor sucroalcooleiro hoje exisenes no país. Pelo fao de o Brasil apresenar baixos cusos de produção de energia dado o seu poencial hidrelérico, o programa se resringiu à produção de álcool para a subsiuição dos derivados de peróleo. Dessa forma, a geração de energia elérica endo a biomassa como maéria-prima ficou limiada às próprias usinas, que o faziam para consumo inerno; hoje, a discussão se vola para a produção de excedenes de bioelericidade. O ineresse na bioelericidade se dá por dois moivos principais. O primeiro esá associado ao fim da vida úil dessas usinas implanadas em função do Proálcool, que devem, enão, decidir enre conservar a ecnologia de que dispõem aualmene ou invesir em sisemas mais eficienes que viabilizam a geração de excedenes, possibiliando a enrada em um novo seor. Já o segundo esá associado aos riscos de desabasecimeno, especialmene após o racionameno que surgiu com a crise da ofera de energia elérica de 2000/2001. O seor sucroalcooleiro é considerado uma valiosa e poencial fone de produção de energia elérica. Cona com diversos subproduos de processo, denre os quais se desaca o bagaço da cana-de-açúcar que, além de ser o principal dejeo desse seor, apresena uma gama de possibilidades de aproveiameno que vão desde ração animal e ferilizane aé a produção de energias érmica e elérica, processo conhecido como co-geração (SOUZA; AZEVEDO, 2006). De acordo com Coelho (1999), co-geração é o nome que se dá ao processo capaz de produzir simulaneamene energias mecânica e érmica a parir de um mesmo combusível. A energia mecânica pode ser uilizada sob a forma de rabalho ou ransformada em energia elérica por meio de gerador, enquano a energia érmica aua como fone de calor em processos indusriais como, por exemplo, a produção de eanol. A Figura I.1 mosra os principais processos de conversão energéica da biomassa, denre eles a co-geração (combusão direa do bagaço).

17 13 Figura I.1. Processos de conversão energéica da biomassa Fone: Plano Nacional de Energia 2030 (EPE, 2007, p. 124) Como no Brasil a geração de energia é predominanemene hidrelérica e devido a suas caracerísicas sazonais, a bioelericidade pode ser considerada uma solução para a escassez de recursos hídricos no período seco, sendo esa uma de suas principais vanagens. Ouras vanagens esão relacionadas a (i) caracerísicas ambienais, já que a geração de energia a parir de biomassa apresena emissão quase nula de carbono na amosfera e inclui o aproveiameno de poneiros e palhas além do bagaço (mosrando a possibilidade de redução/eliminação de queimadas); (ii) manuenção de um modelo compeiivo no mercado de negociação de energia elérica e (iii) maior proximidade usina-demanda, reduzindo cusos de disribuição e ransmissão. De fao, o que se observa é o seor sucroalcooleiro como principal empregador do processo de co-geração. De acordo com dados da EPE (2007), cerca de 50% da biomassa oal de cana-de-açúcar já esá disponível nas insalações indusriais e em 2005 alcançou-se o oal de 118 milhões de oneladas em base seca (enre bagaço e palha), sendo ese monane

18 14 associado a 900 mil barris equivalenes de peróleo por dia. Ademais, a expecaiva de crescimeno na demanda mundial de eanol e de açúcar deve elevar a produção de cana-deaçúcar, quadro ese que deve funcionar como caalisador da produção de biomassa a parir de cana. Na Figura I.2 enconra-se um esquema da cadeia produiva da cana-de-açúcar. Figura I.2. Cadeia produiva da cana-de-açúcar Fone: Plano Nacional de Energia 2030 (EPE, 2007, p. 128) Apesar do poencial de que dispõe esse seor e das vanagens associadas à bioelericidade, o bagaço produzido hoje é uilizado na produção de energia elérica e calor de processo em unidades érmicas de baixa eficiência e em sua maioria volados para o aendimeno das necessidades da própria usina. Já a palha é oda deixada no solo como adubo orgânico para a culura de cana. Dessa forma, dada a quase auo-suficiência em elericidade presene nas unidades produivas do seor (CORRÊA NETO, 2001), o surgimeno de medidas que colaborem com o aumeno da produção de energia elérica pelas usinas proporcionaria a geração de excedenes que poderiam ser comercializados no seor elérico. Embora a bioelericidade conribua para a possível exisência de excedene de energia elérica, exisem riscos e enraves que afeam a decisão de invesimeno da usina nesse ipo de ecnologia. Denre os riscos esão, especialmene, os ecnológicos invesimeno elevado em uma aividade que não é seu foco de auação e os de mercado o mercado de energia esá

19 15 em início de operação, com regras em processo de implanação e os preços são exremamene voláeis no Ambiene de Conraação Livre (ACL). Já os enraves podem esar ligados ao projeo de invesimeno propriamene dio, às caracerísicas específicas do bem elericidade e, ainda, à incereza dos cenários nos quais o invesimeno se insere. Muias vezes, um projeo de co-geração é inviabilizado pelo fao de o elevado cuso associado à conexão da unidade produiva à rede de disribuição e à insalação de subesações de disribuição de energia ser a ela delegado (sem mencionar, ainda, a fala de know how, por pare da usina, nesse ipo de empreendimeno). Isso ocorre principalmene devido à ineficiene regulamenação do seor elérico no que ange à produção de energia pelo seor sucroalcooleiro. Além disso, por se raar de um bem não esocável, de produção e de consumo sazonais, que apresena limies de ransmissão e sensível à incereza sobre a disponibilidade de insumos, ende a apresenar grande volailidade de preços, sendo ese o foco do presene esudo. As vanagens e riscos no uso da biomassa da cana para a geração de elericidade foram esudados por pesquisadores como Coelho (1992, 1996, 1999) e Corrêa Neo (2001). No rabalho de 1992, Coelho concenrou-se na análise das ecnologias de co-geração com biomassa já comercializadas e ainda em desenvolvimeno. Analisando a eficiência de cada processo, levando em consideração os cusos, quesões ambienais e sociais, o rabalho apresenou como principal conclusão a presença de vanagens esraégicas no processo de cogeração com bagaço de cana, enfaizando a necessidade e a imporância de políicas que viabilizem e incenivem a implanação desse procedimeno em larga escala. Enreano, já no esudo de 1996, verificou-se a presença de barreiras ecnológicas, políicas, insiucionais e econômicas consideráveis na implanação de um programa desse pore sendo realizado, enão, o rabalho de 1999, que se propôs a esudar ais barreiras no seor sucroalcooleiro para que pudessem ser colocadas proposas que viabilizassem a implanação do processo. Nesse úlimo rabalho, verificaram-se as dificuldades relaivas à legislação vigene, ao financiameno dos invesimenos necessários e, em grande pare dos casos, à comercialização dos excedenes de elericidade. Os resulados ambém indicaram que a implanação da co-geração a parir da biomassa em larga escala é possível, desde que sejam usados os mecanismos adequados. O rabalho de Corrêa Neo (2001) ambém se preocupou em avaliar a viabilidade écnica e econômica de projeos de geração de energia elérica com biomassa de cana-deaçúcar como forma de expansão complemenar do sisema elérico brasileiro. As conclusões do rabalho são análogas às conclusões de Coelho (1999), ressalando que as perspecivas para o seor sucroalcooleiro são promissoras no que ange à geração de excedenes de bioelericidade, especialmene devido às vanagens ambienais. Enreano, o elevado cuso de

20 16 implanação e operação de alguns ipos de ecnologia, quando comparadas às ecnologias radicionais que uilizam combusíveis fósseis, coloca sua viabilidade arelada à capacidade de inernalizar os ganhos ambienais gerados e à exisência de mecanismos de incenivo. Já com relação à volailidade e ao processo de formação dos preços de energia, podem ser ciados esudos como os de Oliveira (2003), David (2004), Aguiar (2004, 2008) e Porrua (2005). O rabalho de Oliveira (2003) eve como objeivo principal esudar a possibilidade de definição de uma esraégia óima de ofera de preços de curo prazo em sisemas hidroérmicos, caso brasileiro. O poder de mercado foi esudado por modelos de compeição oligopolisa baseados na eoria dos jogos e por inermédio de coeficienes de concenração. Já o comporameno de ofera dos compeidores foi modelado por disribuições de probabilidade riangulares em virude da inexisência de séries hisóricas. Como conclusão o rabalho apresena a incapacidade das ermeléricas brasileiras em exercer poder de mercado e, porano, definir uma esraégia óima de preços, enquano um esquema geral de oferas possibilia um relevane poder de mercado das hidreléricas, podendo levar o abasecimeno a níveis críicos se não forem empregados mecanismos de miigação desse poder. O esudo de Aguiar (2004) segue quase a mesma linha do rabalho de Oliveira (2003). Seu objeivo principal ambém foi o desenvolvimeno de uma meodologia de esraégia de ofera de geradores, mas em leilões de energia elérica e que enha como foco a deerminação da quanidade óima que deve ser oferada em cada conrao para cada nível de preço do leilão, considerando os perfis de risco dos agenes e os riscos da conraação. Com relação aos riscos de conraação, dá aenção especial à incereza sobre a quanidade de energia que deve ser gerada e ao preço do mercado spo. O desenvolvimeno da meodologia se deu por inermédio de um problema de oimização esocásica, cuja função-objeivo é o valor esperado da uilidade da renda do agene e rouxe como resulado a consrução de uma curva de ofera que associa a cada preço a quanidade óima de conraação de acordo com o perfil de risco do agene. Já em seu rabalho de 2008, os objeivos são propor uma abordagem alernaiva para o uso de funções uilidade na comercialização de energia elérica muli-período e mosrar sua possível modelagem maemáica associando, ainda, a eoria da função uilidade e problemas de maximização da renda esperada. O rabalho de David (2004) foi dedicado ao esudo conceiual de um mercado fuuro de energia elérica, comparando-o ao de ouras commodiies e invesigando em dealhes o aual modelo de despacho e formação de preços no Brasil esudo que o levou a concluir pela ineficiência e miopia do modelo que acabam por levar à fala de aração de invesimenos e a

21 17 não garania de expansão auo-susenada da ofera. Sua conribuição principal foi a apresenação de um modelo de ofera e demanda por conraos fuuros de energia elérica. A conribuição de Porrua (2005) concenrou-se na problemáica da formação de preço de energia e nos riscos de comercialização enre submercados. Em seu rabalho, propôs uma meodologia de precificação de energia e análise dos riscos de submercado para um gerador que opera no ACL, baseado na eoria da uilidade esperada. Nas conclusões, foi evidenciado que a abordagem da eoria da uilidade esperada abrange de forma mais fiel o perfil de risco do gerador. Tomando como base essa série de esudos volados para o problema de preços de energia elérica e a inserção do seor sucroalcooleiro nesse mercado, ese rabalho em como objeivo principal analisar o processo de formação de preço da energia elérica gerada a parir de biomassa negociada no ACL. Mais precisamene, preende-se mosrar como o risco hidrológico incorporado no processo de formação de preço e no despacho físico da geração do sisema hidroérmico brasileiro afea o preço da energia elérica gerada a parir de biomassa negociada no ACL, dadas suas auais caracerísicas insiucionais. Com o inuio de alcançar o objeivo proposo, será feia uma breve análise do seor elérico e do mercado de energia elérica como um odo, bem como do processo de formação de preços de curo prazo hoje vigene. Em seguida, com base na eoria da complexidade e na modelagem compuacional baseada em agenes aplicada ao seor elérico, será desenvolvido um modelo compuacional uilizado para a realização de simulações de negociações no ACL enre geradores de bioelericidade e consumidores que servirão como base para análise dos resulados. A jusificaiva do rabalho reside especialmene nas incerezas (volailidade) exisenes no ambiene no qual a decisão é omada, que dificulam a ação dos agenes. De acordo com Dixi e Pindyck (1993), esa incereza é um faor exremamene relevane que deve ser levado em consideração quando da decisão de ambos. Conforme já mencionado, no caso específico da bioelericidade, a incereza esá siuada especialmene no cenário ecnológico e no âmbio do mercado de energia e sua esruura insiucional, desacando-se a formação de preço, foco dese rabalho. Enão, para que a bioelericidade seja, de fao, um araivo para as usinas do seor sucroalcooleiro é necessário esudar um cenário com aspecos insiucionais, operacionais, ecnológicos, mercadológicos e financeiros que façam com que o invesimeno na aividade enha perspecivas de reorno propiciando, assim, o aumeno na geração de excedenes. Nesse senido, o papel do preço de negociação da energia elérica é primordial por refleir direamene a relação invesimeno-reorno.

22 18 O presene rabalho divide-se em rês capíulos, exceo inrodução e conclusões. No primeiro capíulo será feia uma breve revisão da esruura insiucional do seor elérico, seguido pelo funcionameno do mercado de energia elérica e por um esudo do modelo de despacho econômico em sisemas ermeléricos e hidroérmicos e a formação do preço spo a eles associado. No segundo capíulo é formalizada a base eórica do rabalho e, por fim, no erceiro capíulo é descrio o desenvolvimeno do modelo compuacional, bem como são colocadas as análises dos resulados das simulações.

23 19 CAPÍTULO 1 O SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Aé a década de 1980, o Seor Elérico Brasileiro (SEB) era caracerizado pela fore presença do Esado. Enreano, com a crise esaal que se observou nese período, veio ambém o esgoameno do modelo vigene no SEB em virude da fala dos recursos necessários para invesimenos que visassem à expansão da esruura exisene proporcionando, assim, o surgimeno de bases para um novo modelo a parir da década de De acordo com Silva (2001), assim como no Brasil, a década de 1990 foi um período de realizações e, logo, um marco da reesruuração do seor elérico ao redor do mundo. Esa reesruuração foi guiada, principalmene, pela vonade de consolidar uma esruura compeiiva no mercado de energia elérica. Nas úlimas duas décadas, os seores eléricos em odo o mundo vêm evoluindo com o inuio de implemenar uma esruura de mercado que possibilie a consolidação do conceio indúsria de energia elérica, com direrizes fundamenadas na compeição de mercado e na desvericalização das aividades, ou seja, na separação de geração, ransmissão e disribuição surgindo, assim, o ramo da comercialização de energia elérica. Embora não exisa uma única versão que explique o porquê desa reesruuração ao redor do mundo, sabe-se que ela exise e aconeceu de forma rápida. Sabe-se, ambém, que o objeivo principal é incenivar a compeição e, por conseqüência, diminuir o preço da energia elérica decorrene do livre acesso aos sisemas de ransmissão e disribuição por odos aqueles agenes envolvidos no mercado, gerando maiores ganhos de eficiência na geração e, logo, araindo o capial privado para invesimenos. Ressale-se, porém, que al esruura não visa à privaização, apenas ao esímulo da concorrência. A exemplo disso, segundo Tolmasquim e al. (2002), a União Européia colocou em sua reesruuração o foco na organização dos Mercados Aacadisas de Energia, proporcionando a vanagem da negociação direa de compra e venda de energia elérica em resposa às pressões de grandes consumidores indusriais e da inegração políica e econômica que caraceriza o bloco. Enreano, a diversidade dos países rouxe diferenças nos rimos de implanação das novas direrizes organizacionais do seor elérico razendo, ambém, complexidade na definição de políicas regulaórias. Em países exporadores de energia, como a França, por exemplo, a esruura de monopólio se fazia muio mais vanajosa. Enreano, para países sem

24 20 geração de energia elérica, como Luxemburgo, uma esruura que permia negociação ilimiada raz maiores vanagens. Embora exisissem dificuldades, os pioneiros na reorganização do seor elérico na Europa foram o Reino Unido e a Noruega (1990). Na América Laina, a reesruuração foi liderada pelo Chile, em No caso do Reino Unido, que apresena um avançado eságio de implemenação, sua reesruuração se deu com o surgimeno do The Pool, um mercado compeiivo criado após a descobera de manipulação de preços, medido pelo número de vezes em que o preço supera uma referência esabelecida pelo regulador (OFFER, 1999). Exinguir ese ipo de práica foi um desafio ao seor regulaório, que organizou a reesruuração do mercado pela criação da insiuição New Elecriciy Trade Agreemen (NETA), desobrigando a aquisição de energia via Pool. Com esa nova insiuição, a compra e venda de energia elérica é feia livre e direamene, respaldada pelo acordo formalizado em conraos bilaerais. Já Suécia, Finlândia e Dinamarca seguiram as influências da Noruega, criando um mercado regional de energia elérica (TOLMASQUIM e al., 2002). Vê-se que criar um mercado de compra e venda de energia elérica livre e direo deixa evidene a complexidade gerada pela busca da compeição, assim como a decorrene necessidade de regulação da concorrência para eviar a concenração e aé mesmo a reinegração do mercado, principalmene em virude da assimeria de informações e da possibilidade de manipulação dos preços. No caso do Reino Unido, a padronização das regras de liberalização surgiu com a criação do regulador único. Com base nisso, é possível raçar um perfil das reformas no seor elérico em países desenvolvidos. A principal endência é a modificação da ênfase das políicas regulaórias do seor, que anes se volavam à regulação de monopólios naurais 1, guiadas por duas direrizes principais: 1) A ênfase na redução dos cusos de produção da energia, esimulada pela livre concorrência, incenivando novos invesimenos; 2) A regulação da concorrência, para esimular o funcionameno compeiivo do seor, que se deu pela garania de livre acesso de erceiros à rede de ransmissão/disribuição, fundamenal para que se orne viável o desenvolvimeno de um ambiene compeiivo na geração e na comercialização de energia elérica; pelo conrole da concenração do 1 Monopólio naural é caracerizado pela presença de economias de escala, que ornam o cuso de produção por uma única empresa inferior ao de duas ou mais empresas auando separadamene no mesmo mercado. Ese ipo de comporameno inviabiliza a compeição enre os produores e, logo, impede a livre escolha dos usuários.

25 21 mercado e pela desvericalização 2 do seor, para prevenir o abuso de poder e ambém aumenar o número de agenes paricipanes da geração e da comercialização. Uma forma enconrada para se permiir isso foi a criação de um operador neuro das linhas de ransmissão, fornecendo maior segurança e confiabilidade à rede (TOLMASQUIM e al., 2002). Ouras medidas aplicadas, ainda segundo Tolmasquim e al. (2002), foram o esímulo à redução de barreiras à enrada nas áreas de geração e de comercialização com a criação dos Mercados Aacadisas de Energia, a viabilização da compeição pela práica de arifas de acesso não discriminaórias e a regulação da ransmissão e da disribuição. Todas esas mudanças, em conjuno, objeivam a regulação do mercado via preço, esimulando a eficiência de geração. Em seu rabalho, Silva (2001) ainda enumera que os principais requisios para que se enha o funcionameno adequado do mercado são a eficiência econômica da indúsria em geral, sua auo-susenação (de forma a garanir a expansão do sisema), a operação do sisema com alo grau de qualidade e confiabilidade e, por fim, a busca pela universalização dos serviços, sem discriminação. Enreano, ese conjuno de políicas, somadas às observadas na práica nos países europeus, requer a presença das figuras de um agene regulador e operador de mercado e de um operador e um planejador do sisema, ornando-as apas a arbirar conflios e ambém a promover as políicas aneriormene ciadas. Enreano, esas figuras podem se arranjar de diferenes maneiras, a depender do modelo de organização do seor elérico e das caracerísicas do mercado. Exisem casos em que o mesmo agene desempenha as funções de operação do mercado, de planejameno e operação do sisema e, ainda, de ransmissão. No caso do Reino Unido, essas funções eram desempenhadas pelo Naional Grid Company (NGC). Simulaneamene, na Califórnia cada uma das funções é responsabilidade de empresas específicas (SILVA, 2001). Diane do exposo, conclui-se que os mercados de energia elérica podem seguir basicamene duas correnes no que ange ao modelo da esruura insiucional e de conrole das aividades comerciais enre os agenes. Enquano uma das correnes refere-se ao modelo pool, que insere a necessidade de um conrole cenralizado dos recursos do sisema, a oura correne refere-se ao modelo bilaeral, que coloca pouca ou nenhuma inervenção cenralizada e se dá via ransações bilaerais promovendo, assim, o livre arranjo de ransações enre 2 A desvericalização ornou as aividades de ransmissão/disribuição (com fores caracerísicas de monopólio naural e de difícil aplicação de compeição), de geração e de comercialização (segmenos em que se aplica a livre compeição) auônomas e independenes. Enreano, as aividades de disribuição e ransmissão requerem a presença de regulação écnica e econômica.

26 22 geradores e cargas (consumidores). Na maior pare dos países em que houve ou vem ocorrendo a reesruuração do seor elérico, a energia era, ou ainda, é comercializada no modelo pool. De acordo com Silva (2001), nese modelo o principal objeivo é ober o mínimo cuso de operação. Sendo assim, o operador do sisema despacha os geradores disponíveis com base em seus cusos operacionais aé que oda a carga (consumo) seja aendida, de acordo com os preços a que eses geradores oferam. As unidades hidreléricas que apresenam menores cusos e valores de água e as unidades ermeléricas que apresenam menores valores de combusível êm preferência no despacho. Já no modelo bilaeral, vendedores e compradores de energia elérica firmam conraos direos. Os próprios agenes deerminam seus despachos de forma a balancear geração e carga sem a necessidade da figura cenral do operador do pool. A grande vanagem e principal direriz dese modelo é a liberdade de escolha que os agenes do mercado êm, possibiliando firmar posições e conraar energia de acordo com as suas necessidades específicas. Ese ipo de comporameno ende à eficiência econômica em virude da busca de fornecedores pelos consumidores com os menores preços (SILVA, 2001). No Brasil, raçou-se um longo caminho aé começar a omar forma um mercado de energia com as premissas do modelo bilaeral. Na próxima seção será feio um breve panorama do seor elérico desde as suas origens. 1.1 Um breve hisórico do Seor Elérico Brasileiro Segundo Souza (2002), a hisória do seor elérico brasileiro remona à época imperial, quando surgiram as primeiras aplicações da energia elérica, simulaneamene às aplicações na Europa e nos Esados Unidos. A primeira delas no serviço público ocorreu em 1883, em Campos, Rio de Janeiro, com o primeiro serviço de iluminação pública municipal do Brasil e da América do Sul. As cidades com desenvolvimeno econômico mais acelerado araíram concessionárias esrangeiras, com desaque para a Ligh & Power, do Canadá, que assumiu o eixo mais aivo economicamene (Rio de Janeiro São Paulo). Na década de 1920, chega ao Brasil a noreamericana American & Foreign Power Company (Amforp), com fore presença no inerior de São Paulo e ouras cidades mais relevanes devido à aquisição de áreas de concessionárias menores. O Esado acompanhava a expansão do seor elérico, sem realizar inervenções. O aumeno da demanda por energia elérica e o processo de concenração originado com a vinda de concessionárias esrangeiras para o Brasil, em especial a Amforp no final da década de 1920, fizeram com que o perfil insiucional do seor passasse a seguir os

27 23 parâmeros nore-americanos. Logo, pode-se dizer que aé 1930 o papel do Esado no desenvolvimeno da indúsria de energia elérica no Brasil foi limiado em virude do seu posicionameno não-inervencionisa, esimulado pelo perfil liberal que enão dominava Europa e Esados Unidos por causa da escassez de recursos demandados para criação e financiameno das condições de infra-esruura necessárias. Em processo de expansão, o monopólio do seor ficou nas mãos de concessionárias esrangeiras. Enreano, as mudanças inroduzidas pela Revolução de 1930 preconizaram as mudanças na indúsria de energia elérica que, por sua vez, passou por uma ampla reforma insiucional, incorporando o perfil inervencionisa e nacionalisa presenes na Alemanha e na Iália. Sendo assim, o Esado passou a elaborar condições de criação de infra-esruura que, no caso do seor elérico, inerrompeu o processo de concenração indusrial que vinha aconecendo. Embora a iniciaiva exisisse, a fala de experiência e conhecimeno na regulação e no conrole dos serviços de elericidade prejudicou a expansão e o desenvolvimeno dos serviços presados, afeando sobremaneira as concessionárias esrangeiras aqui presenes. Vê-se que ese período de ransição não apresenava nenhuma esabilidade insiucional, quadro ese que se alerou com o Esado Novo (1937), quando eve início uma auação esaal organizada com iniciaivas regionais, ou seja, auações ponuais do Esado, corrigindo gargalos que exisiam no fornecimeno de energia elérica, embora a presença de vericalização e monopólio das áreas de concessão coninuasse. Na década de 1950 volaram as discussões acerca do papel do Esado. Esa segunda fase de ransição foi marcada pela alernância de correnes de pensameno liberal e inervencionisa, refleido na indúsria de energia elérica pela proposa de esaização almejando eviar a dependência do mercado, simulaneamene à criação de condições de invesimenos privados esrangeiros no seor. A necessidade de energia elérica impôs a inervenção esaal na definição e na execução da políica de elericidade brasileira, apoiandose o surgimeno de empresas esaais que seriam, enão, responsáveis pela execução do programa de invesimenos em geração e ransmissão, formulado pelo governo. Nese período foi criada a concessionária FURNAS. Em 1957 surgiu o Decreo n , que veio regulamenar os serviços de energia elérica. A parir de enão, ficou clara a divisão dos serviços do seor elérico: às empresas públicas foi delegada a expansão da capacidade insalada no Brasil, ano em geração como em ransmissão, enquano às concessionárias pariculares, esrangeiras ou não, foram delegados os serviços de disribuição. Foram criados, enão, o Minisério de Minas e Energia

28 24 (MME), pela Lei n , de 1960, objeivando a adminisração políica do seor, e a Elerobrás, pela Lei n A, de 1961, para adminisrar e financiar invesimenos públicos do seor, anes papel aribuído ao Banco Nacional de Desenvolvimeno Econômico (BNDE). Resumidamene, o período de para o seor elérico foi marcado pelos invesimenos direos do Esado com a criação de insiuições vislumbrando, assim, uma auação mais eficiene para esimular o desenvolvimeno econômico. A endência da inervenção esaal era clara e acelerada ao final desse período, quando se noava a composição da indúsria de energia elérica por inúmeras concessionárias vericalizadas, em sua grande maioria esaais, enquano grandes empresas esrangeiras privadas auavam nos principais cenros de carga e empresas federais auavam na geração e no suprimeno dessas empresas esaais e privadas, já prevendo a ligação de sisemas eléricos no Sudese em ensão mais elevada. Ainda de acordo com Souza (2002), a geração de elericidade brasileira concenrou-se na ecnologia hidráulica, com pequena complemenação érmica que, em geral, era consiuída por empresas esrangeiras. A solução hidrelérica, enreano, baseou-se no fao de ser uma ecnologia mais simples, além de exisirem abundanes aproveiamenos e, ambém, na conseqüene independência de combusíveis fósseis, que eram imporados. É possível perceber que a esruura do seor foi evoluindo conforme suas necessidades foram surgindo. Enreano, essa organização foi vioriosa aé o início da década de 1980, quando o Esado viu sua capacidade de invesimenos enfraquecer consideravelmene. A parir de 1964, a auação do governo foi pauada em esimular os invesimenos necessários para a expansão econômica e para criar as bases insiucionais adequadas para al. No seor elérico, a consolidação da esruura eve início em 1965, quando ocorreu a reorganização do MME e da Elerobrás, formuladores e execuores de políicas para o seor. Seguindo esa linha de pensameno, a crise do peróleo de 1973 fez com que o governo opasse por realizar grandes invesimenos no seor energéico, cujos esforços financeiros somaram-se aos compromissos da dívida exerna e ao aumeno das axas de juros inernacionais, levando ao esgoameno do seor e da capacidade de invesimeno do país. Em suma, o período de 1965 a 1980 é caracerizado pela ampla inervenção esaal na indúsria de energia elérica, marcada pela fore insiucionalização do seor. Ao final do período, problemas de financiameno da expansão frearam a auação esaal e, enão, o quadro insiucional que vinha se manendo esável ao longo do empo sofreu fores abalos. Esses aconecimenos, em conjuno, conribuíram para a idéia de privaização do seor elérico, que objeivava conornar, denre ouros problemas, a incapacidade governamenal de prover os recursos necessários à expansão.

29 25 Assim, no governo Collor, a desariculação insiucional se ornou mais inensa. A Lei n , de 1993, deu início ao processo de desesruuração esaal, exinguindo a remuneração garanida e a equalização arifária. De acordo com a lei, regulamenada pelo Decreo n. 774, do mesmo ano, os concessionários passam a propor as arifas de serviços de energia elérica a serem pagas pelos consumidores, esando sujeias à homologação do poder concedene. Os valores da arifas devem ser baseados na coberura dos cusos do concessionário, de acordo com suas caracerísicas específicas, de modo a garanir a adequada presação de serviços e fornecimeno de energia. Enreano, suas medidas não alcançaram a expansão esperada. Em resumo, a indúsria de energia elérica no Brasil evoluiu, basicamene, por meio de rês eapas. Na primeira delas, que durou aé 1930, o Esado não inervinha no seor e os agenes privados eram os supridores das necessidades do mercado. O principal resulado foi o suprimeno escasso e irregular. Já na segunda fase, que foi de 1930 aé 1965, a paricipação do Esado no seor elérico começa a ficar gradualmene mais evidene, com o inuio de promover a infra-esruura necessária para o desenvolvimeno nacional. Embora a iniciaiva fosse posiiva, a incipiene insiucionalização dos agenes esaais do seor fez com que esa auação fosse lena, apresenando baixa eficácia. Finalmene, na erceira fase (1965 a 1995), observa-se a fore esruura esaal presene no seor elérico. A eficácia a que se assisiu nesse período não resisiu às crises inernacionais, esgoando o papel do Esado e razendo à ona uma quara fase que ainda passa por ransformações insiucionais e organização do marco regulaório (SOUZA, 2002). Esa quara fase eve início ao ser dado um novo passo em direção ao modelo bilaeral, com as Leis n e 9.074, de A primeira delas dispõe sobre o regime de concessão e permissão de presação de serviços públicos, enquano a segunda esabelece as normas para ouorga e prorrogações de concessões e permissões dos serviços públicos. Esas duas leis formaram as bases para o surgimeno do Novo Modelo Insiucional do Seor Elérico Brasileiro. Em especial, a Lei n insiui, em seu arigo 11, o Produor Independene de Energia Elérica (PIE) 3, permiindo a aberura do seor a empresas ou consórcio delas para auorização ou concessão de geração de energia elérica com visas ao comércio, de pare ou odo, sujeio às regras de comercialização, sendo possível a venda a consumidores específicos, definidos no arigo 12 da referida lei. 3 A auação dos PIE foi regulamenada pelo Decreo n , de 1996, em que novamene é garanido o livre acesso aos sisemas de ransmissão e disribuição.

30 26 Já em seu arigo 16, a Lei n ambém esabelece a figura do Consumidor Livre de Energia Elérica (CL). Decorridos cinco anos de sua publicação, consumidores com carga igual ou superior a kw, aendidos em ensão maior ou igual a 69 kv, puderam escolher qual o seu fornecedor de energia elérica conecado ao sisema. Em conraparida, ao exercer sua opção de escolha de fornecedor, é obrigação do CL er oda a sua carga conraada, sob risco de incorrer em penalidades. Essa exigência surgiu com a implanação do Novo Modelo. Enreano, o pono fundamenal colocado por essa lei, inclusive para que fosse possível implemenar o que ela própria dispõe, é o esabelecimeno do livre acesso aos sisemas de ransmissão e disribuição por pare dos fornecedores e os consumidores livres, mediane o ressarcimeno dos cusos de ranspore de energia envolvidos, hoje dados pelas Tarifa de Uso do Sisema de Transmissão (TUST) e Tarifa de Uso do Sisema de Disribuição (TUSD) 4. Ese novo quadro insiucional, calcado em experiências inernacionais, firmou-se a parir de 1995 e favoreceu, em especial, novos projeos de usinas érmicas (DIAS LEITE JR, 1997). Dando seqüência à sua formação, a Lei n , de 1996, criou a Agência Nacional de Energia Elérica (ANEEL), órgão responsável por regular e fiscalizar a produção, a ransmissão, a disribuição e a comercialização de energia elérica, além de garanir a concorrência e cuidar do cumprimeno da legislação perinene. Foi consiuída pelo Decreo n , de Um pouco mais arde foram criados o Mercado Aacadisa de Energia Elérica (MAE) e o Operador Nacional do Sisema (ONS), pela Lei n , de 1998 e regulamenados pelo Decreo n , de O MAE consiuiria o ambiene onde as ransações de compra e venda de energia elérica seriam realizadas, enquano o ONS seria o órgão responsável pela gesão écnica do sisema. Ainda em 1998, foi criado o Conselho Nacional de Políica Energéica (CNPE), órgão de assessorameno do Presidene da República no que ange à formulação de políicas e direrizes de energia. Porano, noa-se que na segunda meade da década de 1990 foi consruído um arcabouço regulaório para que se susenasse um novo padrão de concorrência no seor. Mas, embora as mudanças na organização insiucional do SEB enham se iniciado em meados de 1996, a crise de racionameno energéico de 2000/2001 rouxe à ona a fragilidade e ineficiência das mudanças aé enão implemenadas no seor, colocando uma série de quesionamenos que moivaram o surgimeno do Comiê de Revialização do Modelo do 4 Aualmene, o cálculo das arifas é regulamenado pela Resolução Normaiva ANEEL n. 166, de Além de esabelecer o MAE e o ONS, a Lei n , de 1998, previu a segmenação seorial e definiu a aberura progressiva à compeição dos mercados, a parir de 2003.

31 27 Seor Elérico. O surgimeno dese comiê visava à adequação do modelo enão em implanação em ermos de planejameno de longo prazo e no que ange ao formao do modelo comercial. Dessa forma, o novo marco regulaório e, conseqüenemene, o Novo Modelo do Seor Elérico Brasileiro foi dado pelas Leis n e , de A primeira lei eve como objeivo criar a Empresa de Pesquisa Energéica (EPE), responsável por presar serviços na área de pesquisas e esudos desinados ao planejameno do seor energéico, seja elericidade, seja peróleo e seus derivados ou fones renováveis de energia. Já a Lei n foi a que esabeleceu e formou o arcabouço das regras de comercialização de energia elérica, esipulando dois ambienes de conraação: o Ambiene de Conraação Regulado (ACR) e o ACL, que serão abordados no próximo capíulo. Além disso, auoriza a criação da Câmara de Comercialização de Energia Elérica (CCEE), subsiuindo o MAE, sob regulação e fiscalização da ANEEL. Sendo assim, a CCEE passa ser o ambiene denro do qual se dá a comercialização de elericidade 6. Ademais, criou o Comiê de Moniorameno do Seor Elérico (CMSE), responsável por acompanhar e avaliar permanenemene a coninuidade e a segurança do suprimeno elero-energéico em odo o erriório nacional. Some-se, ainda, às leis aneriormene ciadas, o Decreo n , ambém de 2004, que regulamena a comercialização de energia elérica e o processo de ouorga de concessões e auorizações de geração. Todo o arcabouço insiucional do novo modelo foi regulamenado pelo Decreo n , de A migração do modelo esaal, anerior ao governo do presidene Fernando Henrique Cardoso, para o novo modelo, implemenado pelo governo de Luís Inácio Lula da Silva, foi uma evolução imporane para o seor elérico, embora o mercado de energia elérica ainda não enha alcançado um nível de mauridade adequado, endo sido enconradas dificuldades inclusive na absorção de um poencial de geração exisene oriundo de fones alernaivas. Boa pare dos enraves que ais fones de geração enconram é conseqüência de ineresses políicos divergenes, especialmene devido à presença de um conrolador dominane, que de cera forma freia a evolução do mercado de energia elérica. Nas seções seguines, para que se enha uma visão geral do sisema elérico como um odo, serão abordadas as principais fones de geração no Brasil, inclusive de fones alernaivas, com desaque para a biomassa de canade-açúcar. 1.2 As fones de geração de elericidade no Brasil 7 6 O Decreo n , de 2004, dispõe sobre as aribuições da CCEE e seu funcionameno. 7 Esa seção foi escria com base em Tolmasquim (2005).

32 28 A geração elérica em uma usina consise, basicamene, de um gerador e uma urbina, esa úlima responsável pela produção de energia cinéica, que será ransformada em energia elérica pelo gerador. Esses dois disposiivos exisem ano em usinas érmicas quano hidreléricas, sendo a diferença básica enre elas o fluido que irá movimenar a urbina e como ele será obido de forma a viabilizar a geração de energia elérica conínua e confiável para que seja possível aender aos consumidores conecados ao sisema elérico. A geração de energia hidrelérica esá enre as mais radicionais no mundo, sendo no Brasil um fao arelado especialmene à ecnologia simples e à abundância de poenciais hidráulicos no país. Enreano, embora o parque gerador brasileiro eseja concenrado em usinas hidreléricas de médio e grande pores (74% da geração de elericidade brasileira), conforme se vê na Figura 1.1, exisem ouras fones de geração de elericidade no Brasil: Pequena Cenral Hidrelérica (PCH), ermeléricas a gás naural, a carvão mineral e a biomassa e usinas nuclear e eólica. Figura 1.1. Ofera inerna de energia elérica por fone de geração Fone: Balanço Energéico Nacional 2007 (EPE, 2007) biomassa. Discuiremos cada uma delas na seqüência, dando maior ênfase às ermeléricas a Hidrelérica Sobre hidrelericidade, escreve Tolmasquim (2005, p. 09) A energia hidrelérica é produzida a parir do aproveiameno do poencial hidráulico de um curso d água, combinando a uilização da vazão do rio, da quanidade de água disponível em um deerminado período de empo, com os seus desníveis, sejam os

33 29 nauralmene formados, como as quedas d água, sejam os criados com a consrução de barragens. Ainda de acordo com o auor, uma usina hidrelérica é composa por barragens, sisemas de capação e adução de água, casa de força e comporas, cada um deles responsável por uma pare do processo de geração devendo, porano, serem projeados de forma a funcionarem conjunamene. As barragens são responsáveis por inerromper o curso do rio para a formação de um reservaório, armazenando água nos períodos de cheia para ser uilizada nos períodos de esiagem e possibiliando a formação de uma queda d água, quando necessário. Por meio de úneis, a água armazenada no reservaório é levada à casa de força, onde esão localizadas as urbinas, capazes de converer energia cinéica em energia mecânica, e os geradores, conversores de energia mecânica em energia elérica. Levada aé a urbina, a água a faz rabalhar em conjuno com o gerador a ela acoplado, produzindo elericidade. Em seguida, a água é devolvida ao leio do rio pelo canal de fuga. Por apresenarem a possibilidade de aleração na geração rapidamene, ao conrário das érmicas, a geração hidrelérica é muio uilizada quando exise um aumeno repenino na demanda de elericidade. Ademais, apresenam baixos cusos de operação e manuenção (cusos de O&M) e ambém de produção, pois não dependem dos preços de combusíveis. Em compensação, demandam elevados invesimenos iniciais e dependem de faores naurais inceros, como o volume de chuvas, por exemplo. Ao mesmo empo em que a geração hidrelérica é pouco poluene, pode provocar impacos ambienais de grande mona quando da fase de implanação, além de impacos sociais e econômicos. Denre os impacos sociais, vale mencionar a mudança no uso do solo na área de implanação do projeo e o deslocameno da população, ano da que reside na área próxima ao fuuro reservaório de água como os fluxos de mão-de-obra causados pelas obras e pelo érmico delas. No Brasil, a primeira hidrelérica desinada ao serviço público foi a Usina de Marmelos, em Juiz de Fora, esado de Minas Gerais (1889). A grande maioria das usinas hidreléricas foi insalada primeiramene na região Sudese, espalhando-se às regiões Sul e Nordese após a Segunda Guerra Mundial aé a década de Nesse período surgiram as hidreléricas de Paulo Afonso, com poência de 180 MW, Três Marias, com 396 MW, no rio São Francisco e Furnas, no rio Grande, com MW. Enreano, a maior hidrelérica em operação no mundo é a usina Iaipu Binacional, localizada no rio Paraná e envolvendo Brasil e Paraguai, com MW de poência insalada.

34 Pequena Cenral Hidrelérica Ainda no âmbio da hidrelericidade, exisem as PCH que, de acordo com Paulon e Marins Neo (2000), surgiram com a necessidade de fornecimeno de energia para serviços de iluminação pública e para aividades econômicas ligadas à mineração, ecelagem e produos agrícolas e hoje apresenam um oal insalado de kw, disribuídos em 295 empreendimenos já em operação 8. Apesar de seu surgimeno remonar ao século XIX, sua definição foi mencionada em legislação do seor elérico no ano de 1982, na Poraria DNAEE 109, de 24 de novembro daquele ano. Com base na Poraria, o conceio de PCH passou a ser definido como as cenrais hidreléricas que possuíssem poência insalada oal de, no máximo, 10 MW e aendessem a algumas caracerísicas específicas. Aualmene, por inermédio da Resolução n. 652 da ANEEL, de dezembro de 2003, esabeleceu-se como PCH o aproveiameno hidrelérico com poência superior a 1 MW e igual ou inferior a 30 MW desinado a auo-produção ou produção independene, com área de reservaório inferior a 3 Km². Caso o aproveiameno não aenda o requisio de área de reservaório esabelecido, mas respeie os níveis de poência e a modalidade de exploração, será considerado com caracerísicas de PCH o aendimeno de uma das seguines condições: 1) 14,3 P A, em que A é a área do reservaório em Km², P é a poência insalada em H b MW e H b é a queda brua, em meros. Nesse caso, a área do reservaório não pode ser superior a 13 Km²; 2) Reservaório cujo dimensionameno foi baseado em objeivos ouros que não a geração de elericidade. Um dos incenivos dados às PCH veio pela Lei n , de 2002, que insiuiu o Programa de Incenivo às Fones Alernaivas de Energia Elérica, o PROINFA. Nesse programa, a Elerobrás garaniu a compra de energia elérica de geradores conecados ao Sisema Inerligado Nacional (SIN) e que uilizassem fones alernaivas de geração, ou seja, eólica, biomassa ou PCH. 8 Dados da ANEEL, Banco de Informações de Geração (09/04/2008).

35 Eólica A geração eólica de elericidade consise na ransformação da energia cinéica dos venos em energia mecânica por inermédio de urbinas. Ao eixo desas urbinas esão acoplados geradores que, por sua vez, ransformam a energia mecânica produzida em energia elérica (CAMPOS, 2004). Iniciada na Europa, a energia eólica esá cada vez mais difundida no mundo e hoje esá presene em diversos ouros países, inclusive na América Laina. Esá enre as fones de energia renovável mais baraas e, no Brasil, a região Nordese é uma das pioneiras na insalação desse ipo de geração, sobreudo devido ao seu poencial de venos favoráveis e ambém devido ao fao de complemenar o abasecimeno hidráulico nessa região, dado que o período de chuvas é inverso ao período de venos. De acordo com dados da ANEEL 9, exisem aualmene 16 empreendimenos de geração eólica em operação no Brasil, oalizando uma poência insalada de kw. No Nordese esão insalados 8 empreendimenos, com poência oal de kw, quase 33% do oal insalado no país. Apesar de pioneira, a maior concenração esá na região Sul, com kw insalados, correspondendo a aproximadamene 67% do oal. Embora seja considerada uma fone de geração limpa por não exisir emissão de gases e ouros ipos de poluenes, as dias fazendas eólicas apresenam alguns impacos como ruído, poluição visual e reflexos da luz do sol sobre as pás. Em alguns países, a legislação prevê a conservação de disância mínima enre as fazendas eólicas e áreas residenciais (CAMPOS, 2004) Termelérica No caso da geração ermelérica, o processo se baseia na conversão de energia érmica em energia mecânica que, por sua vez, é ransformada em energia elérica. Tem início com a queima de um combusível (gás naural, carvão mineral, diesel, óleo combusível), cujo vapor se expande e realiza rabalho, em associação com as urbinas. Na seqüência, um gerador elérico é acionado mecanicamene e, por esar arelado ao eixo da urbina, produz energia elérica. 9 Dados da ANEEL, Banco de Informações de Geração (09/04/2008).

36 32 Segundo Tolmasquim (2005), a geração de energia érmica pode ser originada pela ransformação de combusíveis fósseis ou por meio de fissão nuclear (usinas nucleares). No caso das ermeléricas não nucleares, há dois ipos de combusão: 1) Combusão exerna: é o processo em que o combusível não enra em conao direo com o fluido que realiza o rabalho. É geralmene uilizado em ermeléricas a vapor, nas quais o combusível aquece o fluido de rabalho (em geral água desmineralizada) denro de uma caldeira, gerando vapor que se expande denro da urbina, fazendo com que ela produza energia mecânica. 2) Combusão inerna: o processo de combusão inerna se dá sobre uma misura de ar e combusível. Os gases provenienes desa combusão serão o fluido de rabalho que, ao se expandirem, movimenarão a urbina. O Brasil cona hoje com empreendimenos ermeléricos 10, oalizando uma poência de aproximadamene MW. As usinas ermeléricas a vapor, ambém conhecidas como érmicas convencionais, são as mais comuns e fazem uso da combusão exerna para a geração de elericidade. Sendo assim, podem usar combusíveis como óleo diesel, gás naural, carvão ec. A geração ermelérica nas convencionais uiliza o Ciclo de Rankine 11 em sua maioria. Enreano, ese ciclo apresena baixa eficiência quando comparado aos padrões exisenes e elevado nível de emissões de poluenes e pariculados de carbono, no caso da geração com combusíveis fósseis. Para que isso seja solucionado é necessário raar os gases que o processo de geração produz, encarecendo ainda mais os cusos de geração. Já as ermeléricas a gás operam por inermédio da combusão inerna, sendo uilizadas para ano urbinas a gás, mais eficienes do que urbinas a vapor por apresenarem um pico de emperaura superior. O ciclo ermodinâmico uilizado é o Ciclo de Brayon 12, caracerizado por ser um ciclo de regime abero. 10 Dados da ANEEL, Banco de Informações de Geração (13/04/2008). 11 O Ciclo de Rankine é um ciclo ermodinâmico que consise em quaro eapas: na primeira, há o bombeameno do fluido de rabalho, por inermédio de uma bomba, de baixa para ala pressão. Em seguida, o fluido pressurizado enra em uma caldeira para ser aquecido a uma pressão consane, ornando-se superaquecido. Ese vapor superaquecido se expande denro de uma urbina, gerando energia mecânica e reduzindo ano sua emperaura quano sua pressão. Por fim, o vapor enra em um condensador, onde será resfriado e ese líquido é redirecionado para a bomba, recomeçando o processo. Por ese moivo, diz-se que o Ciclo de Rankine é um ciclo fechado. 12 Na primeira eapa do Ciclo de Brayon, o ar amosférico é succionado coninuamene pelo compressor, onde adquire ala pressão. Na seqüência, ese ar comprimido enra em uma câmara, onde é misurado ao combusível e ocorre a combusão. Os gases gerados na combusão apresenam ala emperaura, se expandem na urbina e são

37 33 Além das ermeléricas a vapor e a gás, exisem as ermeléricas a ciclo combinado, que consise na associação dos dois sisemas de geração. Dessa forma, no mesmo ciclo funcionam urbinas a vapor e a gás, possibiliando o maior aproveiameno pelo fao de os gases a ala emperaura liberados na urbina a gás serem uilizados na geração de vapor. O princípio do ciclo combinado é a associação dos ciclos de Rankine e de Brayon e a dinâmica da geração pode ser resumida da seguine maneira: 1) O ar é comprimido e direcionado ao combusor; 2) No combusor, enra em conao com o combusível; 3) Os gases oriundos da combusão se expandem na urbina a gás, gerando energia mecânica; 4) A energia mecânica aciona o gerador elérico e pare da energia elérica é gerada; 5) Os gases da combusão seguem para uma caldeira de recuperação, de ala emperaura (550 C), onde são converidos em vapor; 6) O vapor movimena uma urbina que, por sua vez, aciona o gerador elérico; 7) O vapor da urbina é condensado e reorna à caldeira de recuperação. O modelo mais uilizado das érmicas a ciclo combinado adoa uma configuração em que são colocadas duas urbinas a gás e uma a vapor, sendo cada uma das urbinas a gás acoplada a uma caldeira de recuperação diferene, possibiliando, assim, o uso de rês geradores eléricos. Ainda no quesio das ermeléricas exisem as nucleares. Segundo Tolmasquim (2005), as primeiras encomendas para fins comerciais ocorreram na década de 1950, no Reino Unido e nos Esados Unidos. As primeiras vendas aconeceram nos EUA em meados de A parir de 1975, o baixo crescimeno na demanda de elericidade, os cusos elevados da geração nuclear e a oposição da população a esa fone de geração fez com que a quanidade de pedidos diminuísse. A ecnologia de geração nuclear consise no uso de reaores, que podem ser classificados de acordo com rês quesios: combusível, refrigerane e moderador. O combusível é o elemeno físsil (divisível esponaneamene) que emie parículas subaômicas e energia, usada na produção de elericidade. O refrigerane é o fluido responsável pela ransmissão do calor do reaor aé a urbina, seja direa ou indireamene, onde é gerada a descarregados na amosfera. Do rabalho gerado na urbina, pare é uilizado para acionar o compressor e a oura pare vai para o gerador de energia elérica.

38 34 elericidade. Por fim, o moderador enconra-se no núcleo do reaor e em como função conrolar o fluxo das parículas ali geradas de forma a ornar maior o aproveiameno da energia. A eficiência do moderador irá deerminar qual combusível deve ser usado. O combusível mais uilizado é o urânio que, na forma como é enconrado na naureza, apresena apenas 0,7% do isóopo físsil do urânio. Os reaores mais comuns, perencenes ao grupo dos reaores érmicos, fazem uso da água como refrigerane e moderador. Embora sejam mais baraos, são ambém mais ineficienes. Os reaores rápidos, que não fazem uso do moderador, permiem o uso de quase odo o urânio, mas endem a elevar os cusos na geração. Os principais problemas associados às usinas nucleares concenram-se na grande necessidade de segurança, nos elevados cusos de consrução da usina e na difícil pulverização, fazendo com que a geração seja concenrada. Há ambém os aspecos ambienais, mas não com relação à emissão de Gases de Efeio Esufa (GEE) já que as usinas nucleares, quando em operação normal, não produzem GEE ou ouros pariculados. A quesão ambienal reside na prevenção de acidenes, com resulados de grande mona, e nos dejeos radiaivos criados, ou seja, como descará-los Termelérica a biomassa Dado o exposo, um seor que vem ganhando desaque no período recene é o seor sucroalcooleiro, que esá enre as mais anigas e radicionais indúsrias de processameno de biomassa. O aendimeno das necessidades de energia para vapor de processo, energia mecânica e energia elérica é feio com o uso da biomassa, resíduo da produção de açúcar e eanol. Tamanho radicionalismo e quase auo-suficiência êm origem, em especial, na necessidade de eliminar o bagaço e no surgimeno anerior às grandes redes de abasecimeno de energia. Apesar de usar um subproduo da cana-de-açúcar, o processo de geração de elericidade nas usinas de açúcar e eanol nunca foi eficiene do pono de visa energéico pelo fao de o poencial sempre ser superior à demanda do processo. Ademais, a esruura dos projeos de co-geração foi elaborada com fins à eliminação do bagaço da cana. A discussão hoje exisene, ao conrário, considera ambém o aproveiameno do poencial energéico de folhas, ponas e palha da cana, em sua maioria desperdiçadas pelas queimadas e deixadas no campo como forma de proeção do solo.

39 35 Um dos ponos cruciais para o aproveiameno do poencial de geração de elericidade excedene para exporação na rede pelo seor sucroalcooleiro é deerminado pela eficiência da ecnologia de geração adoada (o ciclo ermelérico). Ouros ponos são a redução do consumo de vapor e energias mecânica e elérica no processo de produção de açúcar e eanol e o méodo de colheia de cana uilizado, já que a colheia mecanizada permiiria o aproveiameno de uma quanidade muio maior de biomassa, principalmene a palha que, inclusive, apresena Poder Calorífico Inferior (PCI) 13 superior ao do bagaço. Denre as ecnologias de geração disponíveis em usinas produoras de açúcar e eanol o mais radicional é o ciclo de co-geração opping a vapor em conrapressão, que raz como energias finais a mecânica e a érmica. Esse ciclo consise na queima direa do bagaço da cana em caldeiras e a energia érmica obida nesa eapa produz vapor, que é uilizado ano para o processo como para o acionameno de urbinas de geração de energia elérica. Enreano, a produção de energia elérica pela queima direa do combusível uilizando ciclos a vapor em como fore caracerísica o baixo desempenho energéico e, para que exisa maior geração, muias unidades produoras esão alerando suas caldeiras para ouras de maior pressão. Embora ineficiene, o poencial de geração da biomassa de cana no Brasil é significaivo. Segundo dados da EPE divulgados no Plano Nacional de Energia 2030 (2007), a biomassa para fins energéicos é uma das fones renováveis com maiores possibilidades de crescimeno. Especificamene no caso da cana-de-açúcar, é colocada como poência insalada para produção de elericidade no Brasil o oal de MW, aproximadamene 14% da capacidade ermelérica do país. Uilizando como base a uilização do ciclo de conrapressão na geração, esima-se que para o volume de cana produzido na safra 2004/2005 de aproximadamene 400 milhões de oneladas de cana, pode-se chegar à produção de 8,1 TWh/ano. Se o ciclo ivesse sua eficiência aumenada, seria possível alcançar o valor de aé 24,3 TWh/ano. Oura alernaiva de crescimeno na geração é a recuperação da palha. Se isso aconecesse, nas mesmas condições de safra e nas duas ecnologias de geração uilizadas (baixa e ala eficiência), a produção de energia elérica aumenaria 40%, ou seja, poderia aingir o valor de 11,6 e 34,9 TWh/ano, respecivamene. Ainda de acordo com o mesmo esudo, exisem rês ciclos principais que se consiuem inovação que permiirão a melhor uilização dos recursos energéicos da biomassa no seor sucroalcooleiro, a saber: 13 O PCI é uma medida para a quanidade de calor liberada pela queima do combusível, sem haver condensação dos vapores (gases) oriundos da queima. O PCI do bagaço da cana-de-açúcar é em orno de 7,2 MJ/Kg, enquano o da palha esá em orno de 12 MJ/Kg.

40 36 1) Ciclo a vapor com urbinas de conrapressão, inegrado ao processo produivo por meio da co-geração; 2) Ciclo a vapor com urbinas de condensação e exração, que pode operar via cogeração (inegrado ao processo produivo) ou de forma isolada; 3) Ciclo combinado inegrado à gaseificação da biomassa. Na abela 1.1, seguem alguns parâmeros de geração para cada um dos ciclos ciados. Tabela 1.1. Geração de energia elérica a parir de biomassa excedene exporável segundo ecnologia de geração Em co-geração Geração isolada Tecnologia Ciclo a vapor com urbinas de conrapressão (baixa eficiência) sisema aual uilizado Ciclo a vapor com urbinas de conrapressão (ala eficiência) Ciclo a vapor com urbinas de condensação e exração Ciclo combinado inegrado à gaseificação da biomassa Fone: Plano Nacional de Energia 2030 (EPE, 2007, p. 173). kwh/on biomassa kwh/on biomassa Denre as alernaivas colocadas, a que apresena maior perspeciva de operação no processo de expansão do seor é o ciclo a vapor com urbinas de conrapressão de ala eficiência em virude da necessidade de produção de vapor para o processo (auação em sisema de co-geração). A diferença enre ese ciclo e o aualmene empregado reside nas especificações écnicas dos equipamenos uilizados. No ciclo a vapor de conrapressão o próprio processo produivo efeua o papel de condensador limiando, porano, o empo de exporação de elericidade ao período de safra da cana-de-açúcar. No ciclo de condensação e exração, a presença do condensador permie a geração fora do período de safra, aumenando ainda mais a eficiência. Enreano, envolvem quesões como a maior necessidade de invesimenos, a disponibilidade de combusível fora do período de safra e a necessidade de capação de maior volume de água (EPE, 2007). Já o ciclo combinado de gaseificação da biomassa, embora a eficiência seja muio superior, ainda não esá comercialmene disponível nas escalas de produção aqui abordadas. Embora as possibilidades de expansão da geração de elericidade pelo seor sucroalcooleiro sejam evidenes, o poencial mercado para a comercialização desse excedene

41 37 de elericidade depende da esruura e da regulação do seor elérico, dos agenes do seor sucroalcooleiro quano à decisão de invesimeno na geração e do ineresse das concessionárias em agregar essa fone de geração à rede, remunerando adequadamene a energia elérica conraada. Exise, porano, uma série de enraves na comercialização dos excedenes produzidos pelas usinas pelo fao de o sisema elérico como um odo não esar preparado fisicamene para absorver oda essa energia. Anes de abordarmos a inserção da geração de energia via biomassa de cana e seus problemas, iremos explicar brevemene como se organiza o ambiene de comercialização de energia no Brasil. 1.3 O mercado de energia elérica no Brasil Conforme observado no primeiro capíulo, a implanação do novo modelo do SEB em 2004 culminou em alerações na esruura insiucional. Assim, alguns agenes do seor elérico foram criados, ouros manidos e ouros subsiuídos. Aualmene, exisem see ipos principais de agenes no seor elérico: o CNPE, vinculado à Presidência da República e presidido pelo Minisro de Minas e Energia; o MME, órgão responsável pela formulação e pela implemenação da políica energéica; a ANEEL, para fiscalizar e regular geração, ransmissão, disribuição e comercialização de energia elérica no Brasil; o ONS, uma associação civil e privada que é responsável por coordenar e conrolar a operação das insalações de geração de energia elérica do SIN 14 sob fiscalização e regulação da ANEEL; a EPE, responsável por projear a expansão dos sisemas de geração e ransmissão; a CCEE, insiuição que subsiuiu o MAE e é responsável pela adminisração, comercialização, liquidação e conraação de energia elérica e o CMSE, cuja função é moniorar as condições de aendimeno e recomendar ações prevenivas para resaurar a segurança do suprimeno. Todos eses agenes paricipam, de alguma forma, do processo de comercialização de energia, seja fiscalizando, regulando, efeivando a conabilização, denre ouras aividades. As mudanças de 2004 aingiram, ambém, a comercialização de energia em si por inermédio da definição do papel de cada um dos paricipanes do mercado. Separaram-se, enão, as aividades de geração, disribuição/ransmissão e comercialização. A comercialização de energia elérica pode ocorrer em dois ambienes, a saber, no ACR e no ACL. Os geradores podem escolher em qual dos dois ambienes exisenes querem 14 O Sisema Inerligado Nacional é um sisema de coordenação e conrole que reúne as fones de produção, ransmissão e disribuição de energia elérica no Brasil. Formado pelas empresas das regiões Sul, Sudese, Cenro-Oese, Nordese e pare do Nore, concenra 96,6% da capacidade de produção de elericidade do país.

42 38 comercializar energia, podendo comercializar em ambos. Já disribuidores/ransmissores são responsáveis pelo ranspore da energia elérica gerada não podendo, porano, gerar energia e são aividades foremene caracerizadas pelo monopólio em virude da delimiação geográfica das áreas de concessão para cada um deles. Sendo assim, aqueles que necessiarem de conexão direamene com a disribuidora (os casos residenciais, por exemplo) deverão, necessariamene, sujeiar-se às arifas e procedimenos da concessionária responsável pela área geográfica em que se enconram. E, por sua vez, os comercializadores são os agenes que podem comprar e revender energia. Adiane segue uma exposição sobre cada ambiene de conraação Ambiene de Conraação Regulado O ACR é o ambiene no qual se dá a compra de energia pelo conjuno de disribuidoras por inermédio de leilões promovidos pelo governo. Assim, odos os geradores podem vender energia elérica para as disribuidoras que, por sua vez, são responsáveis por esimar sua demanda e por aender aos dios consumidores caivos, ou seja, aqueles que não êm a opção de escolher seu próprio fornecedor (por exemplo, consumidores residenciais) e que esão vinculados à concessionária responsável pelo endereço em que se localiza. A legislação não permie que as disribuidoras auem como geradores de energia e, porano, são obrigadas a comprar energia nos leilões promovidos pelo governo, firmando conraos de longo prazo. Nos leilões de energia nova, ou seja, leilões realizados para a compra de energia elérica oriunda de novos empreendimenos de geração, geradores hidreléricos e ermeléricos são raados separadamene. No caso dos empreendimenos hidreléricos, a compra se dá em regime de concessão, por 30 anos, enquano os empreendimenos ermeléricos efeuam a venda de energia em regime de auorização, com conraos de 15 anos. Os preços de venda e a quanidade de energia são negociados em eapas diferenes, sendo as quanidades negociadas em loes de 1 MWmédio 15 cada, correspondendo a MWh no ano (COSTA;PIEROBON, 2008). Uma caracerísica dos leilões de energia elérica é sua sisemáica reversa, ou seja, o leilão em início com um preço-eo, esabelecido pela ANEEL, e se reduz aé aingir um pono em que a demanda supere a ofera, sendo o mínimo igual a um preço de referência calculado pela EPE. 15 A unidade MW médio é muio uilizada na comercialização de energia elérica. Corresponde à razão enre a quanidade de MWh, unidade de energia, e o número de horas do período em quesão.

43 39 O leilão começa com a primeira fase, resria aos empreendimenos hidreléricos, que se subdivide em duas eapas. Nesa primeira fase, os empreendimenos fazem seus lances endo como referência o preço de lance. Se o menor lance for inferior em mais de 5% com relação a qualquer ouro lance, a primeira eapa é concluída. Caso conrário, os empreendimenos que não iveram lance superior a 5% do que o mínimo coninuam dispuando. Na segunda eapa dos empreendimenos hidreléricos os lances são feios em loes de energia nas rodadas uniformes, ligados a um preço definido pelo sisema. Quando é enconrado o pono de equilíbrio enre ofera e demanda, em início a rodada discriminaória do leilão. Nessa rodada, exise apenas um lance de preço associado àquela quanidade de loes classificada. Já a segunda fase é composa pela eapa hidro e pela eapa ermo e, para cada eapa, exisem rodadas uniformes, para negociar quanidades de loes, e rodadas discriminaórias, com lances únicos de preço. Com relação ao Conrao de Comercialização de Energia Elérica no Ambiene Regulado (CCEAR), há dois ipos: (i) os conraos por quanidade, aplicados à geração hidrelérica, que devem considerar os cusos de ransmissão de energia elérica aé o pono da enrega e os cusos associados ao risco hidrológico ficam por cona do gerador 16 e (ii) os conraos por disponibilidade, aplicados à geração ermelérica, que garane uma receia fixa ao gerador paga pelas disribuidoras. Nesa siuação a disribuidoras responsabilizam-se pelo risco hidrológico por ambém pagarem os cusos variáveis de operação das érmicas conraadas. Embora as disribuidoras sejam obrigadas a conraar sua energia por inermédio dos leilões do governo, há consumidores que podem exercer a opção de escolher quem será seu fornecedor. Nese caso, a conraação se dá via ACL, abordado na seção seguine Ambiene de Conraação Livre e a conabilização na CCEE No ACL, os geradores de energia negociam bilaeralmene preços e quanidades com os consumidores livres. Conforme já dio aneriormene, a lei esabelece que odos os consumidores com carga (consumo) superior ou igual a 3 MW que sejam aendidos em uma ensão maior ou igual a 69 kv podem escolher como conraar seu fornecimeno de energia. Caso o consumidor enha se conecado após julho de 1995 e enha carga igual ou superior a 3 16 Com esa consideração, o gerador se compromee a enregar a energia esabelecida no conrao ao preço nele deerminado, não imporando se a energia foi produzida pelo próprio gerador ou se houve a necessidade de compra no ACL.

44 40 MW, em qualquer ensão, sua escolha é livre. Enreano, ambém podem paricipar do mercado livre os consumidores com carga superior ou igual a 500 kw e inferior a kw, desde que a energia comprada seja oriunda de fones alernaivas de geração, por exemplo, biomassa, eólica e PCH. Quando o consumidor é caivo, exisem duas arifas básicas que são pagas ao concessionário de disribuição: a Tarifa de Energia Elérica (TE), paga pelo consumo de energia, e a TUSD, ambas diadas pela ANEEL via divulgação de Resolução Normaiva e calculadas com base em uma planilha de cusos fornecida pela concessionária, sendo ais arifas revisas, para a maior pare das disribuidoras, a cada quaro anos e reajusadas ano a ano. Já quando o consumidor é livre, a TUSD coninua sendo paga à concessionária pelo uso de seu aivo (fio), mas o valor do conrao referene ao consumo de energia passa, agora, a ser pago direamene ao gerador. A Figura 1.2 ilusra a relação aqui descria. Concessionária de Disribuição TUSD Energia Concessionária de Disribuição TUSD TUSD TE Energia Gerador TUSD Gerador Consumidor Consumidor Preço do conrao Mercado caivo Mercado livre Energia Figura 1.2. Mercado caivo vs mercado livre Fone: elaboração da auora Dessa forma, com o inuio de negociar energia no mercado livre, o consumidor deve firmar no mínimo dois conraos: (i) um pelo uso do sisema de disribuição, o Conrao de Uso dos Sisemas de Disribuição (CUSD), pago direamene à concessionária e cuja arifa é a TUSD vigene e (ii) ouro para a compra de energia, que pode ser de longo ou de curo prazo, ambos pagos direamene ao gerador, com monanes, preço, prazo e demais condições previamene definidos. O conrao de curo prazo é comumene uilizado para cobrir evenuais problemas de lasro quando o consumo observado for superior ao conrao de longo prazo exisene para aquele período.

45 41 Para enender melhor como isso aconece, falemos sobre a conabilização que ocorre odos os meses na CCEE. O Brasil é dividido em quaro submercados, a saber: Nore, Nordese, Sudese/Cenro-Oese e Sul. Todo gerador e consumidor que queira paricipar do mercado livre, independenemene do submercado no qual eseja inserido, deve, em primeiro lugar, associar-se à CCEE e ornar-se um agene. Em linhas gerais, ao ornar-se um agene o gerador deve informar o monane de energia gerado e o consumidor o monane de energia consumido odos os meses aé uma daa máxima esabelecida pelas Regras de Comercialização. Pelo fao de exisirem perdas na ransmissão de energia elérica, foi esipulado um cenro de gravidade virual no qual é realizada oda a compensação de energia. Nese cenro de gravidade a esimaiva é de que exisa cerca de 3% de perdas que são raeadas igualmene enre consumidores e geradores. Simulaneamene, geradores e consumidores negociam enre si preços e quanidades para que sejam firmados os dios conraos bilaerais. Uma vez negociados, os geradores deverão regisrar em um ambiene elerônico conrolado pela CCEE um conrao, sujeio à aprovação do consumidor, que irá coner basicamene os monanes de energia negociados hora a hora para o período em quesão, vendedor e comprador e o submercado em que ambos se localizam. Dessa forma, ao final do período, a CCEE irá comparar o monane informado de geração/consumo e os conraos exisenes para cada agene. Caso exisa sobra de energia no caso do gerador, ele em a opção de negociar conraos de curo prazo ou simplesmene deixar aquela quanidade de energia livre para ser liquidada ao Preço de Liquidação das Diferenças (PLD) 17. Se opar pela liquidação, aproximadamene dois meses após a conabilização receberá o PLD médio do mês do seu submercado muliplicado pela sobra de energia. Da mesma forma, caso seus conraos (seus compromissos) enham sido superiores à geração observada, pode firmar conraos de compra de energia para honrar a enrega da energia vendida ou liquidar ao PLD de forma negaiva. Essa segunda opção é como se ele comprasse energia de algum ouro gerador que paricipa do mercado livre e que eve sobras de energia no mesmo período, ao valor do PLD. Nese caso, dois meses depois da conabilização, será debiado o valor falane muliplicado pelo PLD médio do mês de apuração no seu submercado. Com o consumidor a liquidação é análoga. Caso exisa sobra de energia, ou seja, caso enha conraado um monane superior ao seu consumo, o consumidor irá pagar o valor do 17 O PLD é o preço spo (de curo prazo) no mercado de energia elérica brasileiro. Seu processo de formação é abordado de forma mais aprofundada na seção 1.4.

46 42 conrao ao gerador, conforme acordado 18, mas ambém erá uma liquidação posiiva ao PLD da diferença enre os monanes consumido e conraado. Por er perfil de consumidor, nesse caso não é possível vender essa sobra bilaeralmene. Caso conrário, ou seja, caso enha consumido um monane acima do conraado, pode firmar conraos de curo prazo para ornar-se 100% conraado ou, simplesmene, liquidar negaivo ao PLD. Enreano, casos de desconraação são alvo de penalidades esipuladas pelas Regras de Comercialização se gerador/consumidor não possuírem lasro 19 que os cubra. Para que seja possível er uma idéia do amanho desse mercado, em ouubro de 2007 pariciparam da conabilização 921 agenes, denre os quais 691 eram consumidores livres. Em novembro de 2007, foram conabilizados conraos, represenando uma comercialização de MWmédios, ou seja, aproximadamene MWh. Denre odos os conraos, aproximadamene 55% corresponderam a conraos bilaerais. Para o mesmo mês, as vendas e compras no mercado de curo prazo aingiram os monanes, respecivamene, de R$ ,70 e R$ ,15. Essa diferença de valores ocorre em virude das diferenças de preço enre os submercados e os paamares de carga. Percebe-se, porano, que o mercado livre apresena inensa movimenação financeira. A migração do consumidor para esse mercado em como principais vanagens a negociação direa do preço com o gerador, que acaba razendo um benefício econômico comparaivamene às arifas praicadas pela disribuidora e a previsão de gasos com energia devido aos conraos de longo prazo firmados em condições claras para ambos os lados, ao conrário da imprevisibilidade das arifas que a disribuidora irá praicar para cada ano. Enreano, essa segunda caracerísica vem sendo abalada pelo modelo uilizado no cálculo do preço que vigora nas compensações financeiras vigenes nese mercado, o PLD. Pela possível exposição ao PLD, ou seja, exposição à volailidade do preço spo gerada pela incereza hidrológica incorporada ao seu processo de formação, é um risco para consumidores e geradores oparem pela comercialização de energia elérica no mercado livre. Isso ocorre pelo fao de o PLD er como base o perfil hidrológico da geração elérica brasileira. Anes de raarmos especificamene da meodologia de cálculo do PLD, vejamos como se insere a geração de elericidade via biomassa nesse mercado. 18 Pode ser que em conrao enha sido esabelecida uma faixa para flexibilidade, ou seja, olerância a variações no consumo para cima e para baixo. Nesse caso, pode ser que o consumidor pague exaamene o consumido, desde que eseja denro de sua faixa de flexibilidade. 19 No caso do consumidor, lasro é ido como o monane esabelecido em seus conraos. No caso do gerador, a composição de lasro se dá com geração e conraos de compra de energia elérica.

47 A inserção das usinas do seor sucroalcooleiro no mercado de energia elérica Já foi abordado no início da disseração o grande poencial de que dispõe o seor sucroalcooleiro na geração de excedenes de energia elérica e a exisência de enraves que dificulam a inserção desse ipo de geração na mariz energéica brasileira. Denre os enraves, podem-se desacar rês. O primeiro deles é o volume de invesimenos necessários na operação de uma plana de geração de elericidade e na conexão da usina à rede de disribuição. Ouro enrave é a possibilidade do desenvolvimeno da ecnologia de produção de eanol a parir do bagaço da cana. Caso venha a se desenvolver para aplicações em larga escala, a hidrólise ornará ainda mais evidene o cuso de oporunidade associado ao uso do bagaço (hoje ele exise quando da decisão enre geração de elericidade ou venda aplicação na produção de ração animal e indúsria madeireira, por exemplo). O erceiro deles é a volailidade do preço de curo prazo no mercado de energia elérica, o PLD. No caso do volume de invesimenos, o que gera maior dificuldade é o cuso da conexão. Apenas para relembrar, os responsáveis pelo ranspore da energia produzida pelo gerador aé os cenros de consumo são as concessionárias de ransmissão/disribuição que monopolizam a área geográfica sobre a qual se esende a concessão. Ao conrário das grandes hidreléricas e ermeléricas, as usinas de açúcar e eanol êm a vanagem de esarem localizadas próximas aos cenros de carga e, porano, no âmbio da disribuição. A esse ipo de geração dá-se o nome de geração disribuída 20. Sendo assim, para que seja possível a usina escoar a energia excedene produzida para a rede, é necessário que ela eseja conecada à disribuidora responsável pela área em que esá insalada. Aé pouco empo não exisia regulamenação sobre a responsabilidade dos cusos associados a essa conexão; odavia, na práica, os cusos eram delegados à própria usina, ou seja, ela deveria ser a responsável pela consrução da sua linha aé a subesação da disribuidora e pela insalação dos equipamenos necessários para a execução de reforços ou ouras adequações associadas à sua conexão. Enão, foi confirmado pela Resolução Normaiva ANEEL n. 312, de 06 de Maio de 2008, que alerou disposiivos da Resolução Normaiva ANEEL n. 068, de 08 de Junho de 2004, a associação dos principais cusos de conexão à cenral geradora que deseja acessar a rede, ficando alguns poucos cusos por cona da disribuidora. 20 A definição do ermo geração disribuída consa no arigo 14 do Decreo nº 5.163, de 30 de Julho de 2004.

48 44 Ainda assim, com exceção da linha de uso exclusivo da cenral geradora, o acessane em a obrigação de ransferir os aivos por ele insalados, sem direio a indenização, à concessionária acessada. Também é obrigado a conceder acesso a um segundo agene que, segundo parecer emiido pela disribuidora, deva se conecar na linha de uso exclusivo. Nesse caso, conudo, a cenral geradora proprieária da linha recebe remuneração equivalene ao monane de energia conraado pelo segundo acessane sobre o valor depreciado do aivo. Em conraparida, por er sido a linha ransferida à concessionária de disribuição, à usina não são aribuídos os cusos associados à operação e manuenção daquela linha passando a serem, porano, responsabilidade da disribuidora que, por sua vez, erá o ressarcimeno devido via repasse à arifa de disribuição. Com essa esruura organizacional, vê-se que a conexão é um dos principais problemas que as usinas do seor sucroalcooleiro enfrenam quando decidem gerar excedenes de energia elérica. Essas insalações pelas quais são responsáveis envolvem invesimenos elevados que, dependendo da esruura da usina, inviabilizam o projeo de co-geração. O problema fica ainda mais grave pelo fao de o gerador, depois de conecado, er que pagar pelo uso do fio (TUSD). Para aqueles que possuam menos de 30 MW de poência injeada na rede, é possível a aplicação de desconos na arifa fio, que podem ser de 50% ou 100%. O possível aumeno do cuso de oporunidade do bagaço caso a hidrólise se orne aplicável esá inrinsecamene ligado aos elevados cusos na consiuição da plana de cogeração. Imagine uma siuação em que o proprieário da usina, hoje, invese um deerminado monane na implanação de um sisema de co-geração que possibilie a geração de excedenes. Esse invesimeno, claro, levará algum empo para ser amorizado. Imagine, agora, um cenário fuuro em que a hidrólise orne-se aplicável em larga escala para a produção de eanol que, por sua vez, apresena um preço mais araivo do que o preço da energia. Surge aqui a quesão da decisão que o proprieário da usina deve omar: coninuar queimando bagaço para gerar energia e amorizar o seu invesimeno ou desinar o bagaço à produção de eanol. Surge, enão, um cuso de oporunidade do bagaço que pode prejudicar o desenvolvimeno da geração de elericidade pelo seor. Finalmene, o problema que é o foco de esudo dese rabalho: a volailidade dos preços de energia no mercado de curo prazo. Essa é uma grande preocupação para os agenes do seor em virude dos cusos de produção de energia elérica, novamene associados aos elevados invesimenos necessários. O ciclo a vapor de conrapressão comumene uilizado nas unidades de geração é desenvolvido apenas em forma de co-geração, ou seja, só é aivo quando o processo principal funciona. No caso específico do seor sucroalcooleiro é o mesmo

49 45 que dizer que a geração de energia elérica coincide com o período de safra da cana, quando são produzidos o eanol e o açúcar. Sabe-se, ambém, que a safra da cana ocorre no período seco, ou seja, como a mariz elérica nacional é predominanemene hídrica, a geração pelas usinas sucroalcooleiras acaba por complemenar a geração hidrelérica. Ademais, como veremos mais adiane, o PLD é exremamene sensível às vazões, iso é, ende a subir no período seco e cair no período úmido. Esse comporameno sazonal do preço da energia a princípio não seria um problema, pois seria possível esimar o paamar de preço da energia por período (seco ou úmido). Conudo, exisem comporameno aípicos. Em janeiro de 2001 o PLD médio foi de R$ 56,92/MWh nos submercados Sul e Sudese/Cenro-Oese e de R$ 33,87/MWh nos submercados Nore e Nordese. Em junho do mesmo ano, o preço chegou a R$ 684,00/MWh nos submercados Sudese/Cenro-Oese e Nordese, enquano no Sul o preço esava R$ 67,63/MWh (no mês anerior esava R$ 430,34/MWh). O valor de R$ 684,00/MWh se maneve ambém em julho e agoso, acrescenando o submercado Nore. Em junho de 2002 os preços esavam em R$ 13,39/MWh, R$ 11,83/MWh, R$ 7,73/MWh e R$ 7,01/MWh no Sudese/Cenro-Oese, Sul, Nordese e Nore, respecivamene. Em janeiro de 2008, em pleno período úmido, o PLD aingiu o eo de R$ 569,59/MWh, ocasionado pelo despacho de ermeléricas pelo araso nas chuvas (CCEE, 2008). Com base nisso, fica claro o risco a que se expõem consumidores e geradores quando decidem comercializar energia elérica no ambiene livre. Exisem, sim, conraos de longo prazo acordados livremene enre as pares que podem miigar as oscilações e imprevisibilidades no preço. Enreano, a formação de preço dos conraos incorpora as expecaivas dos agenes para os preços spo que serão praicados no fuuro. Do lado do gerador, isso ocorre porque ele pode deixar de vender energia em uma condição de preço maior para aender um consumidor com quem firmou conrao e que paga um preço menor. Ao mesmo empo, do lado do consumidor, pode ser que ele compre energia do gerador via conrao a um preço superior ao PLD vigene, o que acaba sendo um mau negócio para ambos. Ao mesmo empo, amanha volailidade gera incereza ao redor dos preços de curo prazo e impede o desenvolvimeno do mercado. Picos acenuados no hisórico de preços e o desconhecimeno a respeio do que pode vir a aconecer no fuuro desmoivam a saída dos consumidores do mercado caivo (disribuidoras) para a enrada no mercado livre. Ao mesmo empo, a possibilidade de ocorrência de preços que não remunerem o invesimeno do gerador, especificamene as usinas do seor sucroalcooleiro (dado que o mínimo valor do PLD

50 46 em 2008 eseve em R$ 15,47, revisado para R$ 15,99 em 2009) desesimulam a comercialização de energia elérica por esses agenes. Assim, preços muio baixos e muio alos de energia no curo prazo não viabilizam a comercialização e acabam por induzir ao subdesenvolvimeno do mercado. O mercado brasileiro em grande poencial para crescer, especialmene com oda a capacidade de energia elérica que ainda irá surgir. É necessário, enão, pensar em algum insrumeno que viabilize e esimule a alavancagem do mercado. Tendo isso em mene, veio a proposa de desenvolvimeno dese rabalho com foco nos geradores de elericidade a biomassa do seor sucroalcooleiro que, além de apresenarem a vanagem de esarem localizados próximos aos cenros de carga (reduzindo, assim, as perdas de energia no ranspore), são uma fone ermelérica renovável e limpa. Enreano, anes de abordarmos a idéia principal, será feia uma explanação a respeio do cálculo do PLD nos sisemas ermeléricos e hidroérmicos. 1.4 Despacho econômico de geração e formação do preço spo em sisemas eléricos Com base no que foi exposo aé aqui pode-se er uma idéia de como aconece a negociação de energia elérica no ACL brasileiro, aplicada a odos os agenes associados à CCEE. Dessa forma, é possível resumir a decisão de compradores e vendedores paricipanes do mercado livre como a definição do monane de energia que será conraado e o quano será deixado para ser liquidado ao PLD odos os meses. Esse ipo de decisão varia de acordo com a esraégia de cada um, ou seja, ende-se a pensar que aqueles agenes com maior pare do seu volume de geração/consumo conraado apresenam um perfil de aversão ao risco e aqueles que deixam um monane razoável de energia sem conraação apresenam um perfil de amor pelo risco. Essa separação em perfis é passível de ser feia jusamene pela volailidade do PLD. Essa volailidade é que insere o risco do preço no negócio e esá inrinsecamene ligada à hidrologia do país. Para que seja mais fácil de visualizar a exposição e o risco a ela associado, considere o exemplo de um gerador que enha uma produção de energia de MWh/mês e que firme um conrao com um consumidor que apresena uma faixa mensal de consumo de MWh. Logo, supondo que esses números valham para odos os meses, o gerador sempre erá uma sobra de MWh por mês que pode ser uilizada de duas maneiras: liquidada ao PLD ou negociada no mercado de curo prazo fechando conraos com ouros consumidores, ou aé mesmo geradores, que enham fala de lasro.

51 47 Nessa operação, o risco incide jusamene sobre os MWh que sobram odos os meses. Isso ocorre porque o gerador, com o inuio de maximizar o lucro, pode opar pela liquidação desse monane de energia, conseqüenemene abrindo mão de um conrao de curo prazo, com a expecaiva de que o preço spo será superior ao preço oferecido pelo conrao e na realidade aconecer exaamene o conrário: o preço spo sofrer uma baixa por er aconecido um período de chuvas inesperado e com isso o preço do conrao er sido superior. A siuação inversa ambém pode aconecer, ou seja, o gerador decidir fechar o conrao com a expecaiva de um preço spo baixo e um período de seca inesperado razer um pico no preço de curo prazo. A relação enre preço e período úmido ou seco ficará mais clara nas próximas seções, que abordam o processo de despacho de geração e da formação do preço spo em diferenes sisemas eléricos. No caso do Brasil, cujo sisema pode ser classificado como hidroérmico com predominância hidráulica, os processos de despacho e formação de preço spo esão foremene arelados à hidrologia. No caso da geração de energia por biomassa, o risco incide de maneira ainda mais agressiva pela quesão da disponibilidade do combusível (bagaço de cana-de-açúcar), que aconece durane o período de safra (período seco), caracerizando a geração como sazonal. As usinas de açúcar e eanol geram energia no período em que o preço de curo prazo, eoricamene, se enconra em paamares mais elevados pelo fao de a safra da cana-de-açúcar coincidir com o período seco e a enressafra, período durane o qual a usina dispõe de pouco combusível para a geração, coincidir com o período úmido. Porano, na enressafra em-se expecaivas de preço spo baixo. Aé aqui é plausível pensar que as usinas do seor sucroalcooleiro esão em uma condição favorável, pois geram quando o preço é alo e, caso enham conraos, para honrá-los em períodos de geração menor compram energia a um preço mais baixo. Enreano, pela incereza com relação à hidrologia que induz à volailidade do PLD, podem ocorrer siuações não previsas em que o preço suba jusamene na enressafra induzindo a usina que paricipa do mercado livre a comprar energia a preços alos, muias vezes mais elevados do que o próprio preço do conrao de venda, quando a expecaiva era de preços baixos. Some-se a isso, ainda, o fao de que a mesma incereza afea as usinas por inermédio dos leilões, já que o cálculo do preço eo do leilão incorpora projeções/esimaivas de preços spo para o fuuro. Com base nesse problema de decisão, as próximas seções dedicam-se exclusivamene à explicação do processo de despacho de geração e de formação de preços, com ênfase para o Brasil, para que seja possível cumprir os objeivos proposos de idenificar os canais pelos

52 48 quais a volailidade do preço no sisema hidroérmico brasileiro afea o preço da energia elérica gerada a parir de biomassa negociada no ACL Deerminação do despacho econômico e a formação do preço spo em sisemas ermeléricos e hidroérmicos Esa seção desina-se à abordagem dos principais conceios que envolvem o despacho econômico de geração em sisemas ermeléricos e hidroérmicos organizados conforme um modelo pool, bem como dos conceios que fazem pare da formação do preço spo no mercado compeiivo de energia elérica. Conforme já viso, no modelo pool exise a presença de um agene cenral do sisema que deermina seu planejameno e sua operação. Exisem, enão, dois ipos de geradores: os despachados e os não despachados cenralizadamene. No Brasil esse planejameno é efeuado pelo ONS. O principal objeivo do planejameno da operação consise na definição dos geradores e seus respecivos monanes que serão efeivamene despachados para aender à carga do sisema ao menor cuso oal possível, ou seja, consise na definição do despacho econômico. Para cada período de conabilização da geração é deerminado um preço spo que reflee o cuso da úlima fone de geração despachada, conhecido como Cuso Marginal de Operação (CMO), iso é, o cuso adicional em que o sisema incorre para gerar 1 MWh a mais O planejameno de operação e o preço spo em sisemas ermeléricos O planejameno da geração em um sisema ermelérico pode ser modelado com base em um problema de oimização condicionada (OLIVEIRA, 2003). Nesa seção serão abordados sisemas puramene érmicos. Considere um sisema que apresene T geradores ermeléricos e que a geração de energia de cada um deles seja dada por superiores de geração são dados por g e i g i, com i = 1,2,3... T e cujos limies inferiores e g i, respecivamene. Como o objeivo principal do planejameno do despacho é aender à carga ao menor cuso oal possível de operação, para que o operador cenral do sisema calcule o cuso oal de operação e ome sua decisão, faz-se necessário que odas as unidades geradoras informem os preços de sua energia, ou seja, os seus cusos variáveis de operação, c i. Ademais, o risco de não aendimeno da carga e o

53 49 monane de energia que deixou de ser aendido, respecivamene cdef e def ambém devem ser considerados no cálculo. Enão, supondo que odos os geradores oferam um único preço para oda a capacidade disponível de geração, o despacho econômico pode ser formulado, em uma versão simplisa, da seguine forma: T ( c def) * CT = Min CT = Min ci g i + def (1.1) i=1 T sujeio a g i= 1 i + def = D (1.2) g i g g, i = 1,2,3... T (1.3) i i em que CT* - cuso oal de operação mínimo, em $; ci - cuso variável de operação de cada gerador i, em $/MWh; g i - geração de energia elérica, em MWh (variável de decisão); cdef - cuso de défici 21 do sisema, em $/MWh; def - défici de energia do sisema, em MWh; D - demanda de energia elérica do sisema, em MWh; g - limie inferior de geração para cada gerador i, em MWh; i gi - Limie superior de geração para cada gerador i, em MWh; T - Número de usinas geradoras ermeléricas no sisema. As equações de (1.1) a (1.3) represenam o problema que deve ser solucionado pelo planejador. Na equação (1.1) lê-se que o cuso oal de operação do sisema deve ser o mínimo valor dado pela somaória dos cusos de geração de cada usina ermelérica, eses úlimos represenados pelo produo enre cuso de produção e energia gerada ( c i x g i ), e o cuso associado ao défici de energia do sisema ( c def x def ). Enreano, são colocadas duas resrições: a primeira é o balanço de energia, dada pela equação (1.2). Ela impõe que a energia produzida por odas as usinas em conjuno deve aender à demanda do sisema, considerandose o valor do défici. A segunda fornece os limies operaivos e é dada pela equação (1.3); impõe que cada usina geradora deve respeiar seus limies de geração mínimo e máximo. A 21 Cuso de défici é o cuso associado à fala ou ao racionameno de energia elérica, ou seja, o cuso associado ao não aendimeno da demanda do sisema.

54 50 presença da variável de défici de energia é imporane porque pode haver siuações em que a capacidade insalada de geração não é suficiene para aender à carga oal do sisema. A solução do problema colocado aneriormene é calculada com base em écnicas de programação linear e o despacho aconece por ordem de mério, ou seja, do gerador com menor para aquele com maior cuso variável de operação, aé que oda a demanda enha sido aendida. Por definição, o preço spo da energia é o cuso associado ao aumeno infiniesimal CT da demanda de energia elérica. Sendo assim, pode-se dizer que o preço é dado por. D Resolvendo o problema, emos que: L= T c g + ( c def) i i def i= 1 i= 1 T λ D g i def (1.4) Logo, o preço spo é dado pelo muliplicador de Lagrange que possibilia o aendimeno da resrição dada pela equação (1.2). Pode-se inerprear, enão, que o preço spo será dado pelo cuso da ermelérica marginal e represena, porano, o CMO da úlima usina que seria despachada pelo planejador para aender a um aumeno de 1 MWh na demanda. Sendo assim, o preço é variável ao longo do empo e o problema deve ser resolvido para cada período de conabilização no horizone de planejameno do sisema ficando sujeio, especialmene, ao cuso do combusível uilizado na geração. Para exemplificar, suponha que o sisema elérico seja formado por rês unidades érmicas T 1, T2, T3, cada uma delas com as seguines capacidades de geração e cusos de operação: 10 MWh e R$ 8,00/MWh para T 1 ; 5 MWh e R$ 12,00/MWh para T 2 ; 20 MWh e R$ 15,00/MWh para T 3. Suponha ambém que o sisema apresene uma demanda de 20 MWh e, enão, o planejador do sisema deve alocar eficienemene, com base no mínimo cuso oal de operação, o despacho das rês ermeléricas, respeiando seus limies de operação e o aendimeno da demanda. O despacho, enão, fica assim:

55 51 T 1 10 MWh R$ 8,00/MWh T 2 5 MWh R$ 12,00/MWh T 3 20 MWh R$ 15,00/MWh 10 MWh 5 MWh 5 MWh Cuso oal ( 8 10) + ( 5 12) + ( 5 15) = R$215, 00 Demanda = 20 MWh CMO (Demanda = 21 MWh) R $15,00 Despacha T 3 Figura 1.3 Exemplo de despacho econômico em sisema puramene érmico e cálculo do CMO Fone: PEREIRA (2008) A Figura 1.3 ilusra a decisão do operador do despacho. Para aender à demanda de 20 MWh, ele dá preferência às érmicas com menor cuso de operação que, no exemplo, é dado pela érmica T 1. Enreano, como ela apresena um limie máximo de geração de 10 MWh, o operador passa, enão, para a segunda érmica mais baraa - T 2, despachando sua produção máxima de energia de 5 MWh. O sisema cona, agora, com 15 MWh gerados. Para aender a oda a demanda, o operador despacha a úlima érmica disponível, T 3, exaamene no monane necessário de 5 MWh. Dessa forma, o cuso oal de operação do sisema para produzir 20 MWh durane esse período foi de R$ 215,00. Ainda seguindo o exemplo da Figura 1.3, suponha um aumeno da demanda dos iniciais 20 MWh para 21 MWh. Nessa siuação, a única érmica que poderá ser despachada para aender a esse 1 MWh adicional é T 3, que apresena como cuso variável de operação o valor de R$ 15,00/MWh. Logo, o CMO no sisema será de R$ 15,00/MWh. Para o caso brasileiro, o sisema de despacho se dá de maneira mais complexa pelo fao de seu sisema ser hidroérmico, com predominância hídrica. A seção seguine raa do planejameno de sisemas desse ipo O planejameno de operação e o preço spo em sisemas hidroérmicos

56 52 Assim como nos sisemas érmicos, o objeivo do despacho econômico em um sisema hidroérmico é definir a geração de energia elérica visando ao aendimeno da demanda ao menor cuso oal possível. Sendo assim é inuiivo pensar, considerando o despacho pela ordem de mério, que as primeiras usinas a serem despachadas em um sisema hidroérmico seriam as hidreléricas devido ao seu cuso variável inferior ao das érmicas. Como o cuso variável das usinas em geral esá foremene associado ao preço do combusível uilizado no processo de geração pode-se, à primeira visa, pensar que as usinas hidreléricas êm cuso de operação praicamene nulo por não haver necessidade de comprar a água uilizada no processo, disponibilizada e armazenada em seus reservaórios (OLIVEIRA, 2003). Enreano, a decisão do planejador cenral não cabe apenas à simples comparação enre os cusos dos combusíveis nos dois ipos de geração. Cabe, ambém, à decisão de usar a água dos reservaórios hoje ou deixá-la disponível para o fuuro, ou seja, deve levar em consideração o cuso de oporunidade do uso da água (AGUIAR, 2004). Essa maior complexidade da operação exise pela necessidade de se omar uma decisão no presene com base em cenários inceros de disponibilidade de combusível (água) no fuuro. Em ouras palavras, o planejador deve decidir qual o melhor momeno para o despacho de hidreléricas e ermeléricas dadas as possibilidades de abundância ou escassez de água no fuuro. Por exemplo, se o planejador decidir pelo despacho das hidreléricas (uso da água) no presene e no fuuro uma seca prejudicar o reabasecimeno dos reservaórios, o cuso de operação do sisema pode se elevar demais já que a carga erá que ser aendida pelo despacho de érmicas e, nesse caso, o cuso de oporunidade da água é elevado. Em conraparida, pode ambém ocorrer a siuação em que o cuso de oporunidade da água é baixo, ou seja, o planejador decide poupar os reservaórios hoje e no fuuro um período de chuvas ocasiona o verimeno de água, razendo o desperdício de energia. Dessa forma, vê-se que duas variáveis fundamenais na decisão do planejador do sisema são o volume de água dos reservaórios, ambém conhecido como energia armazenada, e as afluências fuuras. A incereza caracerísica de ambas as variáveis faz com que o cuso de oporunidade da água se eleve e se reduza, oscilando de acordo com os cenários que se realizam, o que acaba por ornar o processo de decisão esocásico. Com base nisso, fica claro visualizar essas siuações em uma árvore de decisões que represene odas as possíveis ocorrências sendo possível, enão, escolher aquela que minimize os cusos de operação do sisema. A Figura 1.4 represena esquemaicamene o problema colocado aneriormene.

57 53 Enreano, na vida real, despachar de maneira cenralizada várias usinas que esão localizadas em diferenes bacias com diferenes regimes hidrológicos moivou o desenvolvimeno de modelos de oimização esocásica que auxiliassem no planejameno do sisema, viso que a figura que emos na seqüência se orna muio mais complexa. A cada eságio de planejameno, as incerezas se aplicam e isso acaba por gerar uma infinidade de cenários no problema. Usar reservaórios? N Afluência fuura úmida? N DECISÃO CERTA S S VERTIMENTO Afluência fuura úmida? N DÉFICIT S DECISÃO CERTA Figura 1.4. Processo decisório no despacho econômico hidroérmico Fone: elaboração da auora O despacho em um sisema hidroérmico deve, porano, comparar o benefício imediao de se armazenar a água nos reservaórios e o benefício fuuro razido pelo seu armazenameno (OLIVEIRA, 2003). Para ano, o benefício do uso imediao da água pode ser represenado por uma função conhecida como Função de Cuso Imediao (FCI), enquano o benefício fuuro pelo seu armazenameno hoje pode ser represenado pela Função de Cuso Fuuro (FCF). Tais funções podem ser represenadas como na Figura 1.5.

58 54 Cuso FCF FCI Siuação 1 Em 0 aende à carga com água; Volume zero Cuso imediao baixo Cuso fuuro alo Siuação 2 Volume dos reservaórios ao final do período de planejameno Em 0 aende à carga com érmicas; Volume 100% Cuso imediao alo Cuso fuuro baixo Figura 1.5. Funções de Cuso Imediao e Fuuro Fone: SILVA (2001, p. 38) A FCI esá inimamene ligada aos cusos de geração em um dado momeno no empo presene, digamos 0. A siuação 1 corresponde ao caso em que, ao final do período, o reservaório esá vazio. Como nada foi pago, pois a água já esava lá, o cuso imediao é baixo. Já a siuação 2 corresponde ao caso em que a água é poupada e a demanda é aendida por usinas ermeléricas. O uso de combusível, que deve ser pago, faz com que o cuso imediao seja alo. Logo, o maior nível dos reservaórios ao final do período significa que há menos água disponível em 0 para a geração de elericidade. Sendo assim, a demanda do sisema, hoje aendida por ermeléricas, acarrea uma elevação no cuso imediao. A FCF esá ligada aos cusos de geração em um período adiane de 0, por exemplo, 0 +1, aé o período final de planejameno. Volando à siuação 1, o reservaório vazio ao final do período raz a perspeciva de acionameno de ermeléricas, fao que acarrea ala no cuso fuuro. Já na siuação 2, com o reservaório cheio no início do período 0 +1, em-se um cuso fuuro menor por não exisir a necessidade de uilização de combusíveis. Logo, pelo gráfico na Figura 1.5 noa-se que a FCF diminui quano maior for o nível de armazenameno final, pois um maior volume de água esará disponível para uso no fuuro. O cálculo da FCF é de suma imporância no processo de decisão do despacho econômico do sisema e é feio por inermédio de simulações da operação no fuuro cujos

59 55 horizones dependem da capacidade dos reservaórios, em diferenes cenários de armazenameno de água e de cusos operacionais (OLIVEIRA, 2003). Em sisemas como o brasileiro, cuja capacidade de armazenameno é grande, as simulações podem aingir um horizone de aé cinco anos. O cálculo da FCF será abordado mais adiane. De acordo com Oliveira (2003), como o problema do planejador é efeuar o despacho ao menor cuso oal possível e o cuso oal pode ser considerado como a soma dos cusos imediao e fuuro, podemos represenar graficamene a solução do problema conforme segue: Cuso FCF FCI Siuação 1 FCF+ FCI Em 0 aende à carga com água; Volume zero Cuso imediao baixo Cuso fuuro alo Siuação 2 Volume dos reservaórios ao final do período de planejameno Em 0 aende à carga com érmicas; Volume 100% Cuso imediao alo Cuso fuuro baixo Figura 1.6. Funções de Cuso Imediao e Fuuro e o mínimo cuso oal Fone: SILVA (2001, p. 40) Logo, a Figura 1.6 nos mosra que a esraégia de planejameno óima consise na formação de uma decisão no presene al que, ao final do período de planejameno, os reservaórios esejam no volume indicado pela linha racejada, que minimiza o cuso oal de operação do sisema. A inclinação da FCF indica como o cuso fuuro da operação varia de acordo com o volume dos reservaórios. Logo, esa derivada nos fornece o que se conhece por valor da água, que sinaliza o momeno adequado para o despacho das érmicas, orienando as decisões de curo prazo e balizando as de longo prazo (expansão do parque gerador, por exemplo), e a expecaiva de escassez de energia oriunda do uso da água. Em condições de informação perfeia, pode-se idenificar ese valor óimo que minimiza os cusos operacionais, eviando o esgoameno dos reservaórios. Enreano, parâmeros como afluência, demanda

60 56 de energia e preços de combusíveis são inceros no mundo real e, logo, exisem riscos na valoração da água que devem ser bem geridos com o inuio de conrolar os preços da energia. Já a inclinação da FCI represena, em ordem crescene, os cusos de geração (preços) das usinas ermeléricas e do défici de energia do sisema para um deerminado nível de energia armazenada. No pono óimo a soma das inclinações das curvas FCF e FCI é zero, ou seja, são iguais em ermos absoluos. Por isso pode-se dizer que o despacho energéico óimo (que conduz ao menor cuso oal) é obido quando gerações érmica e elérica esão equilibradas de forma a igualar o valor da água e o cuso de operação da érmica mais cara que esiver sendo despachada. De acordo com Aguiar (2004), se considerarmos a função de cuso fuuro já conhecida, a formulação do despacho econômico em um sisema hidroérmico para uma eapa 22 pode ser equacionada da seguine maneira: CT T * = Min j j def j= 1 ( CT) = Min c g + ( c def) + ( ν ) sujeio a [ u ( m) s ( m ] + 1 ( i) = ( i) u ( i) s ( i) + a ( i) + + ) m U ( i) α (1.5) ν ν, i = 1,2,..., I (1.6) v ( i) v ( i), i = 1,2,..., I (1.7) u ( i) u ( i), i = 1,2,..., I (1.8) g, j = 1,2,..., T (1.9) j g j D = I i= 1 T φ ( i) u ( i) + g (1.10) j= 1 j em que CT* - cuso oal de operação mínimo; cdef I - número oal de hidreléricas no sisema; T - número oal de ermeléricas no sisema; - cuso de défici do sisema; def - défici de energia do sisema; c j - cuso variável de operação de cada gerador érmico j na eapa ; g j - geração de energia pela ermelérica j na eapa (variável de decisão); 22 A definição de eapa aqui considerada corresponde a um inervalo de empo e é similar a eságio.

61 57 g j - geração máxima de energia pela ermelérica j na eapa ; α ( ) + 1 v+ 1 - FCF, com v + 1 = veor dos níveis de armazenameno em + 1; v i + 1 ( ) - volume armazenado na hidrelérica i ao final da eapa (variável de decisão); v (i) - volume armazenado na hidrelérica i no início da eapa ; v (i) - volume de armazenameno máximo da hidrelérica i ; u (i) - volume urbinado na hidrelérica i durane a eapa (variável de decisão); u (i) - capacidade máxima das urbinas da hidrelérica i ; s (i) - volume verido na hidrelérica i durane a eapa (variável de decisão); a (i) - afluência laeral da hidrelérica i durane a eapa ; m U (i) - conjuno de usinas imediaamene a monane da hidrelérica i ; D - demanda de energia elérica do sisema durane a eapa ; φ(i) - coeficiene de produção da hidrelérica i, em MWh/hm³. Nesa formulação o cuso imediao é mensurado pelos cusos gerados pelas usinas ermeléricas no período, colocado na equação (1.5). Já a FCF é dada por α v ). + 1 ( + 1 As equações subseqüenes represenam as resrições a que esá sujeio o problema de oimização: a equação (1.6) represena o balanço hídrico do sisema; as equações (1.7) e (1.8) represenam, respecivamene, os limies de armazenameno dos reservaórios e a capacidade das urbinas; a equação (1.9) represena o limie de geração ermelérica e, por fim, a equação (1.10) garane o aendimeno da demanda do sisema. O balanço hídrico nada mais é do que a relação enre armazenameno e volumes de enrada e saída do reservaório. Dessa forma, o nível de armazenameno no início do período + 1 é o resulado do volume final do reservaório em mais afluências (laerais e volume de saída das usinas a monane) menos os volumes de saída, dados por verimeno e urbinameno. O problema de oimização colocado nas equações (1.5) - (1.10) é solucionado como no caso érmico, ou seja, por um algorimo de programação linear. Como solução emos o preço spo, dado pelo muliplicador que esá associado ao aendimeno da demanda e, ademais, o valor da água de cada hidrelérica, definido como o muliplicador associado ao balanço hídrico (AGUIAR, 2004). Resumidamene, em sisemas ermeléricos o preço de curo prazo apresena um processo de formação mais concreo, com base nos cusos variáveis de operação das érmicas

62 58 despachadas. Já em sisemas hidroérmicos, o processo de formação de preço de curo prazo é mais difuso, ou seja, depende de parâmeros inceros. Sendo assim, há vários cenários que precisam ser consruídos com base em variáveis esimadas. Em virude da complexidade do problema e da incereza inerene à previsão de afluências fuuras, geralmene sua solução é dividida em eapas que uilizam diferenes horizones emporais. Mas ainda que se faça uso dese arifício, a solução do problema por écnicas radicionais não é viável sendo uilizado, porano, um méodo de programação dinâmica esocásica com o inuio de esimar a FCF. Devido ao foco sobre o caso brasileiro, a próxima seção dedica-se à análise do despacho econômico no Brasil, seguido da meodologia de cálculo da FCF O despacho econômico e a formação do preço spo no Brasil Conforme dio em oura oporunidade, o Brasil apresena um sisema de geração hidroérmico, com predominância da energia hidráulica. A disposição das hidreléricas em cascaa faz com que a operação de uma usina acabe por afear as demais a jusane e, em virude disso, em-se um sisema de geração exremamene inerdependene. Esse faor, somado à grande exensão erriorial do país, rouxe a necessidade de inerligar-se o sisema por inermédio de longas linhas de ransmissão, que formam o SIN. Logo, é muio imporane uma operação do sisema coordenada para que seja possível garanir sua segurança e eficiência. Enão, em virude dos gargalos de ransmissão, dividiu-se o SIN em quaro submercados, mosrados na Figura 1.7. Figura 1.7. Os quaro submercados brasileiros Fone: CCEE (2008)