I Congreso Latinoamericano de Energia Eólica y VI Jornadas Internacionales de Energia Eólica Francisco José Arteiro de Oliveira Diretoria de Planejamento e Programação da Operação 1
Aumento da Expansão de Energia Eólica na Matriz Energética Brasileira 2
A Matriz de Energia Elétrica de 2014 e 2019 Tipo 2014 2019 Crescimento 2014-2019 MW % MW % MW % Hidráulica 94.375 73,7 113.086 68,0 18.711 19,8 Nuclear 1.990 1,6 3.395 2,0 1.405 70,6 Gás / GNL 11.625 9,1 15.477 9,3 3.852 33,1 Carvão 3.210 2,5 3.550 2,1 340 10,6 Biomassa 6.428 5,0 7.969 4,8 1.541 24,0 Outras (1) 1.021 0,8 1.649 1,0 628 61,5 Óleo / Diesel 4.628 3,6 4.731 2,8 103 2,2 Eólica 4.759 3,7 15.567 9,4 10.808 227,1 Solar 8 0,0 898 0,5 890 11.125 Total 128.044 100,0 166.322 100,0 38.853 30,0 O parque gerador brasileiro está passando por um processo de transformação e transição. A hidroeletricidade continuará como a principal fonte de geração de energia, embora sua participação no total da potência instalada do SIN será reduzida de 73,7% em 2014 para 68,0% em 2019. Base: PMO maio/15 As novas hidrelétricas serão majoritariamente do tipo a fio d água e, consequentemente, a capacidade de regularização do SIN diminuirá gradativamente, tornando o sistema cada vez mais dependente de geração complementar à hídrica, sobretudo durante a estação seca. (1) Usinas Biomassa com CVU 3
A Expansão da Oferta entre 2014 e 2019 TIPO 31/12/2014 31/12/2019 CRESCIMENTO 2014-2019 MW % MW % MW % Hidráulica 94.375 73,7 113.086 68,0 18.711 19,8 18.576 MW (99%) UHEs sem Reservatório UHE Belo Monte 11.000 MW UHEs do Rio Madeira 3.532 MW UHEs do Rio Teles Pires 3.265 MW Outras 779 MW 135 MW (1%) - UHEs com Reservatório UHE São Roque 135 MW 4
Evolução da capacidade de Transmissão 1500 km Madeira Belo Monte 2400 km 2200 km Extensão de línhas de transmissão 230 kv (km) Ano 2014 2019 km 112.000 132.379 (*) (*) Fonte: EPE 5
Expansão da Geração Eólica na Região Nordeste 432 MW 18 MW 59 MW PEDRA DO SAL PRAIA DO MORGADO PRAIA FORMOSA VOLTA DO RIO 542 MW AMONTADA PARACURU TAÍBA ALBATROZ PARQUE EÓLICO DE BEBERIBE FOZ DO RIO CHORÓ PRAIAS DE PARAJURU BONS VENTOS 1.249 MW 373 MW CANOA QUEBRADA CANOA QUEBRADA (RV) ALEGRIA I MANGUE SECO 1 ENACEL ALEGRIA II MANGUE SECO 2 ICARAIZINHO ARATUÁ MANGUE SECO 3 MIASSABA III MANGUE SECO 5 RIO DO FOGO CABEÇO PRETO CABEÇO PRETO IV MILLENIUM ALBATROZ ATLÂNTICA CAMURIM CARAVELA ALHANDRA PIRAUÁ XAVANTE GRAVATÁ MANDACARU SANTA MARIA 2.559 MW COELHOS I COELHOS II COELHOS III COELHOS IV MATARACÁ PRESIDENTE VITÓRIA 25 MW 66 MW Araras Boca do Córrego Buriti Cajucoco Cataventos Paracuru 1 Colônia Coqueiro Dunas de Paracuru Embuaca Faisa I Faisa II Faisa III Faisa IV Faisa V Fleixeiras I Garças Guajirú Icaraí 78 MW Icaraí I Icaraí II Ilha Grande Jandaia Jandaia I Junco I Junco II Lagoa Seca Malhadinha I Mundaú Pau Brasil Pau Ferro Pedra do Gerônimo Planalto da Taíba Porto Salgado Potengi Quixaba Ribeirão São Paulo Tacaicó Taíba Águia Taíba Andorinha Trairí Vento do Oeste Vento Formoso Ventos de Horizonte Ventos de Santa Rosa Ventos de Santo Inácio Ventos de São Geraldo Ventos de Sebastião Ventos de Tianguá Ventos de Tianguá Norte Ventos do Morro do Chapéu Ventos do Parazinho Marco dos Ventos 1 Marco dos Ventos 2 Marco dos Ventos 3 Marco dos Ventos 4 Marco dos Ventos 5 Ventos do Norte 1 Ventos do Norte 10 Ventos do Norte 2 Ventos do Norte 3 Ventos do Norte 4 Ventos do Norte 5 Ventos do Norte 6 Ventos do Norte 7 Ventos do Norte 8 Ventos do Norte 9 CAPACIDADE INSTALADA DEZEMBRO DE 2015 7.738 MW 1.154 MW (50 CGE) 6.584 MW (210 CGE) Source: ANEEL Barra dos Coqueiros MACAÚBAS NOVO HORIZONTE SEABRA 35 MW 95 MW 1.144 MW Alvorada Ametista Angical Borgo Caetité Caetité 2 Caetité 3 Caititu Candiba Coqueirinho Corrupião Cristal Da Prata Dos Araçás Dourados Emiliana Espigão Guanambi Guirapá Igaporã Ilhéus Aratuá 3 Carcará I Areia Branca Carcará II Arizona I Carnaúbas Asa Branca I Costa Branca Asa Branca II Dreen Boa Vista Asa Branca III Dreen Cutia Asa Branca IV Dreen Guajiru Asa Branca V Dreen Olho d'água Asa Branca VI Dreen São Bento do Asa Branca VII Norte Asa Branca VIII Eurus I Caiçara 2 Eurus II Caiçara do Norte Eurus III Calango 1 Eurus IV Calango 2 Eurus VI Calango 3 Famosa I Calango 4 Farol Calango 5 GE Jangada Campos dos Ventos II GE Maria Helena Juremas Inhambu Serra do Joana Espinhaço Licínio de Almeida Sete Gameleiras Maron Tamanduá Mirim Morrão Tanque N. Sra. da Conceição Teiu Pajeú do Vento Ventos do Pedra Branca Nordeste Pedra do Reino Pedra do Reino III Pelourinho Pilões Pindaí Planaltina Porto Seguro Primavera Rio Verde São Judas São Pedro do Lago Seraíma Serra do Salto Lanchinha Macacos Mar e Terra Mel 02 Miassaba 3 Miassaba 4 Modelo I Modelo II Morro dos Ventos I Morro dos Ventos II Morro dos Ventos III Morro dos Ventos IV Morro dos Ventos IX Morro dos Ventos VI Pelado Pedra Preta Reduto Rei dos Ventos 1 Rei dos Ventos 3 Rei dos Ventos 4 Renascença I Renascença II Renascença III Renascença IV Renascença V Riachão I Riachão II Riachão IV Riachão VI Riachão VII Santa Clara I Santa Clara II Santa Clara III Santa Clara IV Santa Clara V Santa Clara VI Santa Helena Santo Cristo São João Serra de Santana I Serra de Santana II Serra de Santana III SM União dos Ventos 1 União dos Ventos 10 União dos Ventos 2 União dos Ventos 3 União dos Ventos 4 União dos Ventos 5 União dos Ventos 6 União dos Ventos 7 União dos Ventos 8 União dos Ventos 9 Ventos de Santo Uriel Ventos de São Miguel SOMENTE EMPREENDIMENTOS COM OUTORGA 6
Expansão da Geração Eólica na Região Sul CAPACIDADE INSTALADA DEZEMBRO DE 2015 1.648 MW Cerro Chato I Cerro Chato II Cerro Chato III Cidreira 1 Palmares Parque Eólico de Osório Parque Eólico de Sangradouro Sangradouro 2 Sangradouro 3 Parque Eólico dos Índios Água Doce Amparo Aquibatã Bom Jardim Campo Belo Cascata Cruz Alta Púlpito Rio do Ouro Salto Santo Antônio 390 MW 231 MW 621 MW (21 CGE) 1.027 MW Atlântica I Atlântica II Atlântica IV Atlântica V Cerro Chato IV Cerro Chato V Cerro Chato VI Cerro dos Trindade Chuí I Chuí II Chuí IV Chuí V Corredor do Senandes II Corredor do Senandes III Corredor do Senandes IV Dos Índios 2 Dos Índios 3 Fazenda Rosário 2 Força 1 Força 2 Força 3 1.027 MW (43 CGE) SOMENTE EMPREENDIMENTOS COM OUTORGA Giruá Ibirapuitã I Minuano I Minuano II Osório 2 Osório 3 Pinhal Pontal 2B REB Cassino I REB Cassino II REB Cassino III Vento Aragano I Verace I Verace II Verace III Verace IV Verace V Verace IX Verace VI Verace VII Verace VIII Verace X Source: ANEEL 7
Evolução da Expansão Eólica - Horizonte 2021 70% Geração Eólica no SIN Usinas Eólicas em Operação no SIN Subsistema Potência Inst. (MW) Sul 1.324 10% Sudeste 29 Nordeste 4.420 90% Total 5.773 30% Março/2015 8
Os Grandes Desafios Grandes usinas, Interligações internacionais e Penetração de Eólicas 3.860 MW (Jan. 2015) Eólicas (*) 1.861 MW (Jan. 2015) 9
Características da Geração Eólica no Brasil 10
Características do Vento nas Regiões Nordeste e Sul Nordeste - Ventos alísios - Direção predominante sudeste - Constante ao longo do ano Sul - São afetados por diferentes sistemas meteorológicos - Sofrem significativa modificação ao longo do dia 11
Características Intrínsecas à Geração Eólica Previsibilidade intrinsicamente dependente das condições meteorológicas, conduzindo a investimentos no desenvolvimento de modelos e ferramentas de previsão de ventos. A possibilidade de desconexão de grandes blocos de geração em razão de adversidades meteorológicas: - ventos de rajada (> 25 m/s ~ 90 km/h) - típicas da Região Sul - calmarias (< 3 m/s ~ 10 km/h) - típicas da Região Nordeste 12
Características Intrínsecas à Geração Eólica No regime de ventos da Região Nordeste há uma complementaridade de seu comportamento sazonal com o regime hidrológico das bacias hidrográficas. 13
Características Intrínsecas à Geração Eólica Geração Eólica no Subsistema Nordeste em 2014 (MWmed) 14
Características Intrínsecas à Geração Eólica Geração Eólica no Subsistema Sul em 2014 (MWmed) 15
Características Intrínsecas à Geração Eólica A geração eólica tem características intermitentes, o que conduz a: - A geração máxima e a mínima podem ocorrer a qualquer momento do dia. Variação de 1.162 MW em 9 horas Variação de 1.385 MW em 8,5 horas - Variações de geração rápidas e significativas que dependem das condições meteorológicas. 16
Características Intrínsecas à Geração Eólica Estas características conduzem aos seguintes desafios: 1. Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados no Planejamento e na Programação Eletroenergética Nos Planejamentos Energéticos Anual PEN e Mensal PMO Em atendimento Resolução Normativa nº 476/2012, de 13 de março de 2012 (complementar à RN 440/2011 e Ofício SRG/ANEEL nº 068/2012), o montante mensal de geração eólica considera a média histórica em janela móvel 5 anos. Obs.: Para usinas em expansão, considera-se um fator de capacidade, calculado a partir da média histórica das usinas eólica da região. Na Programação Diária da Operação Eletroenergética É feita a consolidação dos programas de geração dos Agentes com base nos valores verificados, nas previsões meteorológicas e modelos de previsão de geração eólica. 17
Características Intrínsecas à Geração Eólica 1. Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados no Planejamento e na Programação Eletroenergética (cont.) 2010-2011: Desenvolvimento do Sistema de Geração Eólica SGE: plataforma de dados eólicos observados e previstos que subsidia a programação diária de geração eólica; 2011-2012: Desenvolvimento do Modelo de Previsão de Geração de Energia de Parques Eólicos da Região Nordeste - PrevEOL (UFPE/FADE); 2011-2012: Consultoria Técnica do INESC/Porto, Portugal para avaliação do trabalho desenvolvido pela UFPE; 2013-2014: Desenvolvimento do Modelo de Previsão de Geração de Energia de Parques Eólicos Neuro_Eólica (UPE/Policonsult); 2015-2016: Contratação da Meteologica para o fornecimento da previsão da geração eólica a partir de janeiro/2015; 2015-2017: Desenvolvimento do Sistema de Gestão de Dados e Previsão de Geração Eólica SGDPE; 2015-2016: Incorporação da variável chuva nos modelos de previsão de geração eólica. 18
Características Intrínsecas à Geração Eólica 1. Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados no Planejamento e na Programação Eletroenergética (cont.) 19
Geração Eólica Programado x Verificado Dia 06/04/2015 A FSENE foi fechada com redução de transferência de energia para a Região SE/CO FSENE Fechado Limite RNE = 4.100 MW FSENE Aberto Limite RNE = 3.500 MW 20
Características Intrínsecas à Geração Eólica 2. As características associadas às rápidas e significativas variações das eólicas conduzem à necessidade de se equacionar impactos operacionais tais como: Superação dos limites operacionais de linhas de transmissão e equipamentos; Superação dos limites do sistema elétrico em uma da área ou região; Problemas de estabilidade e de controle de tensão; Problemas de estabilidade dinâmica e de controle de frequência; Qualidade de potência e de penetração de harmônicos no ponto de conexão; Fenômenos de transitórios eletromagnéticos (TEM). 21
Desafios do Aumento da Expansão Eólica Os sites no Brasil onde há a incidência dos melhores ventos estão localizados no Nordeste e Sul do Brasil. Estas regiões são caracterizadas por uma baixa relação de curto-circuito (SCR) e baixa inércia, muitas vezes necessitando de reforços na rede para o correto desempenho dos aerogeradores; Isso também provoca uma maior variação dos fluxos de potência (em valores absolutos e temporal), devido ao alto grau de expansão eólica - sistemas de transmissão deve ser adaptada a este novo paradigm; Geradores eólicos devem ser capazes de participar do controle de tensão em redes fracas de forma eficiente, mesmo quando produzem pouca ou nenhuma potência ativa; A rede deve estar preparada para lidar com uma quantidade maior de perda de geração, por exemplo, quando o vento em uma determinada área reduz de forma muito rápida; Normalmente os aerogeradores não contribuem para a inércia do sistema. 22
Requisitos Técnicos para a Conexão Segura de Usinas Eólicas em Redes com Elevado Grau de Penetração Eólica Novos requisitos incorporados pelo ONS aos Procedimentos de Rede e pela ANEEL nos próximos leilões de geração 23
Requisitos Técnicos Mínimos para as Centrais Geradoras Eólicas Operação em Regime de Frequência Não-Nominal Controle de Potência Reativa no Ponto de Conexão Modos de Controle da Central Eólica Operação em Regime de Tensão Não-Nominal Atendimento do fator de potência em regime de tensão não nominal ( V-Q/Pmax) Potência de Saída Durante Distúrbios Suportabilidade a Subtensões e Sobretensões Dinâmicas Inércia Sintética 24
Características de Desempenho dos Aerogeradores Operação em Regime de Frequência Não-Nominal O objetivo desse requisito para o SIN é minimizar o desligamento dos aerogeradores por subfrequência e sobrefrequência quando o sistema pode se recuperar pela sua capacidade própria de regulação. 25
Características de Desempenho dos Aerogeradores Controle de Potência Reativa no Ponto de Conexão No ponto de conexão das instalações de uso restrito a central de geração deve propiciar os recursos necessários para operar com fator de potência indutivo ou capacitivo em qualquer ponto da área indicada na figura abaixo. Nas condições em que os aerogeradores não estejam produzindo potência ativa, a central de geração eólica deverá ter recursos de controle para disponibilizar ao SIN sua capacidade de geração/absorção de potência reativa, observando o requisito mínimo de propiciar injeção/absorção nula no ponto de conexão. 26
Características de Desempenho dos Aerogeradores Modos de Controle da Central Eólica A central de geração deve ser capaz de operar em 3 modos distintos de operação em regime permanente, através de controle conjunto centralizado: Modo de Controle de Tensão (operação normal - modo preferencial). Modo de Controle de Potência Reativa. Modo de Controle de Fator de Potência. Quando operando em Modo de Controle de Tensão, a central de geração deve ser capaz de prover um controle contínuo da tensão em seu ponto de conexão, com uma tensão de referência ajustável entre 95% e 105% da tensão nominal. 27
Características de Desempenho dos Aerogeradores Operação em Regime de Tensão Não-Nominal Na conexão das suas instalações de uso restrito às instalações de transmissão, a central de geração deve ser capaz de operar: Entre 0,90 e 1,10 pu da tensão nominal por um período de tempo ilimitado; Entre 0,85 e 0,90 pu da tensão nominal por um período de tempo mínimo de 5 segundos; Entre 1,10 e 1,20 pu por um período de tempo mínimo de 2,5 segundos. O objetivo desse requisito é evitar o desligamento da usina quando há variações de tensão no sistema. 28
Características de Desempenho dos Aerogeradores Atendimento do fator de potência em regime de tensão não nominal ( V-Q/Pmax) O fator de potência 0,95 indutivo / capacitivo deve ser atendido no ponto de conexão em toda a faixa operativa de tensões, de acordo com a figura abaixo: 29
Características de Desempenho dos Aerogeradores Requisitos de Suportabilidade a Subtensões e Sobretensões Dinâmicas Este requisito deve ser atendido para quaisquer tipos de distúrbio, sejam eles provocados por rejeição de carga, defeitos simétricos ou assimétricos, devendo ser atendida pela tensão entre fases que sofrer maior variação. 30
Inércia Sintética A expansão do SIN e a evolução da inércia equivalente S. Antônio Jirau Áreas síncronas e assíncronas no SIN Belo Monte ACRE RORAIMA Macapá Laranjal Oriximiná Silves N Lechuga Jorge Teixeira Xingu Belo Monte AMAZONAS PARÁ Castanhal Encruzo Novo Teresina III Porto de Pecém I Alegria I Maracanaú I 31 Alegria II Estreito Natal III Extremoz II 60 Hz Xinguara 2 NE Balsas Termonordeste Termoparaíba Coletora Porto Velho Suape II Suape III Santo Antônio Jirau Zebu Dardanelos Arapiraca III TOCANTINS RONDÔNIA Rondon II Parecis Sadia Lucas do Rio Verde Narandiba Camaçari IV Igaporã II SE/CO Várzea Grande 2 Trindade Jataí Edéia Batalha Teixeira de Freitas II Corumbá 2 Quirinópolis 2 Linhares 2 Vargem Grande São Domingos Sidrolândia 2 Itabirito 2 Viana 2 Anchieta Rio Brilhante Biopav II Chapadão 50 Hz Simplício Anta Ivinhema 2 Toyota Cerquilho III do Atlântico Itaipu Mauá Jandira PARANÁ 60 Hz Joinville GM Foz do Chapecó Foz do Chapecó Passo São João São José Palhoça Pinheira Nova Petrópolis Sul 2 Forquilhinha Restinga Porto Alegre 12 Candiota III 60 Hz
Características de Desempenho dos Aerogeradores Inércia Sintética A penetração em larga escala das centrais geradoras eólicas tem trazido para os operadores de sistema em todo o mundo uma nova preocupação sob o ponto de vista da segurança sistêmica: por estarem conectadas através de conversores, elas não contribuem para a inércia do sistema. 32
Características de Desempenho dos Aerogeradores Inércia Sintética A redução da inércia global do sistema (H) tem como consequência um aumento nas taxas de variação da frequência e a imposição de excursões transitórias de frequência mais acentuadas quando de distúrbios que provoquem desequilíbrio entre a carga e a geração (perdas de blocos de geração, aberturas de interligações, rejeições de carga). H A inércia sintética é um dos requisitos de maior importância para o SIN, pois possibilitará a contribuição das centrais geradoras eólicas para a regulação primária do sistema interligado, agregando sua inércia à da geração convencional. 33
Características de Desempenho dos Aerogeradores Inércia Sintética As centrais de geração eólica deverão dispor de controladores sensíveis às variações de frequência, de modo a emular a inércia (inércia sintética) através de modulação transitória da potência de saída, contribuindo com pelo menos 10% de sua potência nominal, quando em regime de subfrequência / sobrefrequência. 34
Frequência (Hz) Características de Desempenho dos Aerogeradores Inércia Sintética - Simulação Dinâmica Dada a importância desse requisito, o ONS tem investigado o desempenho dinâmico de aerogeradores que possuem esse requisito em sistemas com baixa inércia. A figura abaixo mostra o resultado de uma simulação de perda de um bloco de geração, considerando os aerogeradores do sistema sem e com inércia sintética. 60. 59.5 Sistema Teste FREQUENCIA DO SISTEMA AEROGERADORES SEM INERCIA SINTETICA FREQUENCIA DO SISTEMA AEROGERADORES COM INERCIA SINTETICA 59. 58.5 58. Taxa de variação de frequência menor Frequência mínima maior 58,0 Hz x 57,6 Hz Tempo (s) 57.5 0. 6. 12. 18. 24. 30. A inércia sintética pode ser a diferença entre a atuação ou não de um ou mais estágios do ERAC! 35
Pontos Importantes 36
Pontos Importantes A integração energética deve respeitar as realidades e características dos países envolvidos; Há grande potencial de integração, que podem permitir a materialização de benefícios quantificados em estudos; Devem ser desenvolvidas ações que promovam o fomento da confiança, da segurança e de instrumentos jurídicos que proporcionem estabilidade; A diversificação da matriz energética deve ser eficiente e sustentável, e deve envolver todas as fontes disponíveis; É necessário alcançar um equilíbrio adequado entre segurança energética, social, sustentabilidade ambiental e eficiência econômica. 37
Pontos Importantes O intercâmbio de energia com o Sistema Interligado Nacional SIN deverá ser efetuado com base em oferta de preço e volume; Os preços deverão ser competitivos frente àqueles praticados no Sistema Interligado Nacional SIN; Em função de crescentes requisitos de geração compulsória no Sistema Interligado Nacional (gerações térmicas mínimas, eólicas e, no futuro, solares), bem como as inflexibilidades hidráulicas (requisitos de defluências mínimas, ambientais e por uso múltiplo da água) os intercâmbios de energia entre os sistemas elétricos dos países vizinhos e o SIN deverão, preferencialmente, ser efetuados nos períodos de cargas média e pesada (períodos de 08:00h às 24:00h dos dias úteis e de sábados) 38
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