PPE/COPPE/UFRJ 3º Seminário de Inserção de Novas Fontes Renováveis e Redes Inteligentes no Planejamento Energético Nacional 20 e 21 de Setembro de 2016 MICRORREDES ELÉTRICAS E ARMAZENAMENTO DE ENERGIA Marlon Huamaní Bellido Rio de Janeiro, 21 de Setembro de 2016
RESUMO 1. Introdução 2. Microrredes 3. Sistemas de armazenamento 4. Sistema elétrico brasileiro 5. Desafios e/ou barreiras 6. Conclusões
1. INTRODUÇÃO Energia elétrica um insumo essencial para o desenvolvimento sócio econômico de uma nação (infraestrutura básica da sociedade moderna). Eletricidade (como produto) é um fluxo não estocável, fruto da existência de dois processos simultâneos: GERAÇÃO e CONSUMO. Batalha dos sistemas (final século XIX): Thomas Edison (CC) e George Westinhouse/Nikola Tesla (CA). Reestruturação do setor elétrico nos anos 90s, beneficiou à introdução de novas tecnologias: Geração Distribuída.
1. INTRODUÇÃO Redução nos custos tecnologia fotovoltaica Tecnologias de geração distribuída com maior demanda nos próximos cinco anos
1. INTRODUÇÃO Problemas de segurança energética: envelhecimento da infraestrutura e desastres ou fenômenos inesperados, cada vez mais recorrentes. Fonte: National Energy Technology Laboratory Distribuição passa a ter um papel protagonista e desafiador na operação do sistema.
2. MICRORREDES Entidade única controlada, localizada à jusante da subestação de distribuição, inclui vários REDs, cargas de energia (elétrica e/ou térmica), podendo operar conectadas ou ilhadas da rede e com limites elétricos claramente definidos. Fonte: ROMANKIEWICZ, MARNAY, et. al. Microrrede (tradicional ou convencional); sistemas não conectados à rede elétrica, utilizadas em programas de eletrificação rural nos países em desenvolvimento.
2. MICRORREDES Setores com maior perspectiva de desenvolvimento de microrredes Fonte: NAVIGANT Fonte: IEEE Estágio de desenvolvimento da indústria das microrredes 7
2. MICRORREDES Componentes das microrredes: ζ REDs e cargas. ζ Rede física para conexão dos componentes. ζ Controles avançados e tecnologias de resposta à demanda.
2. MICRORREDES Microrrede Universidade de Tohoku Fukushi (Sendai Japão)
2. MICRORREDES Microrrede da Prisão de Santa Rita (Califórnia EUA)
2. MICRORREDES Benefícios microrredes Divisão mercado mundial microrredes 2Q 2016 Fonte: NAVIGANT
2. MICRORREDES Fonte: NAVIGANT Projeção das microrredes na Ásia Fonte: NAVIGANT Crescimento das microrredes e receitas no mundo
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Formas de armazenamento: ζ Elétrica: Supercapacitores e supercondutores. ζ Eletroquímica: Como as baterias (Chumbo ácido, Lítio). ζ Mecânica: Volantes de inércia (Flywheels) ou bombeamento. ζ Química: Hidrogênio. ζ Térmica: Aquecedores a água ou óleo. Fonte: IEA
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Opções tecnológicas de armazenamento de eletricidade Fonte: IEA
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Maturidade tecnologias de armazenamento de energia Fonte: IEA
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Projetos de armazenamento de energia ao redor do mundo 8,18 GW (1109 Projetos) Fonte: DOE
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Tecnologias de armazenamento com maior demanda nos próximos cinco anos Fonte: IEEE Projeção da capacidade mundial instalada armazenamento de energia em microrredes (MWh) Fonte: NAVIGANT
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Serviços fornecidos pelos sistemas de armazenamento (baterias) Fonte: ROCKY MOUNTAIN INSTITUTE
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Custo específico das diferentes tecnologias de armazenamento de eletricidade Fonte: IEA
3. SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Evolução custos sistemas de armazenamento Fonte: IRENA
4. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Fonte: ANEEL Capacidade instalada no Brasil (2016) Fonte: EPE Geração de energia elétrica no Brasil
4. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Fonte: FIRJAN Evolução da capacidade de regularização do SIN Fonte: EPE Consumo per-capita energia elétrica Brasil
4. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Recursos Energéticos Distribuídos (REDs) no Brasil: ζ Geração Distribuída: RN ANEEL 482/2012 (modificada RN ANEEL 687/2015) e ProGD. ζ Armazenamento: ANEEL projeto estratégico de P&D para sistemas de armazenamento de energia. ζ Eficiência energética: PROCEL e programa das distribuidoras. ζ Gerenciamento da Demanda: Bandeiras Tarifárias, Tarifa Branca e Medição Eletrônica. Fonte: ANEEL (2015)
4. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Custos sistemas fotovoltaicos (R$/Wp) Fonte: EPE Fonte: EPE Projeção do crescimento da geração distribuída fotovoltaica (até 5 MW) A expansão da demanda por energia elétrica deve crescer, em média, 4,3% a.a. Expansão deve ser atendida por fontes renováveis a através da geração solar distribuída (maior participação). Aumento das fontes renováveis traz desafios para sua integração e gerenciamento, principalmente, em lugares com maior concentração geográfica.
4. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Projeto estratégico N o 20/16: Arranjos Técnicos e Comerciais para a inserção de sistemas de armazenamento de energia no setor elétrico brasileiro - Objetivos: ζ Incentivar o desenvolvimento tecnológico nacional da cadeia produtiva da indústria de armazenamento de energia. Possibilidade de redução dos custos de equipamentos e componentes. ζ Capacitação profissional e tecnológica em vários níveis, entidades e segmentos da cadeia produtiva. ζ Possibilidade de otimização dos recursos energéticos, considerando o planejamento integrado de recursos e a complementaridade energética. ζ Aperfeiçoamento regulatório que favoreça o aumento da qualidade, segurança e confiabilidade do suprimento de energia.
4. SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO Brasil sem histórico em desastres naturais, porém, dependência hidrelétrica gera elevado risco escassez durante períodos de seca (estresse hídrico): MME custo R$ 60 bilhões em 2014.
5. DESAFÍOS/BARREIRAS À IMPLANTAÇÃO DE MICRORREDES/SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Para a inserção das microrredes no setor elétrico enfrentam-se quatro tipos de barreiras: ζ Questões técnicas: esquemas de proteção (falhas externas e internas), localização mais apropriada, transição nos modos de operação (conectada e ilhada), restrições das concessionárias, falta de normas, falta de capacitação profissional, etc. ζ Questões regulatórias: ainda invisíveis dada sua escassa participação no mercado, falta de definição do conceito, regulação, tipos de conexão, definição de tarefas e responsabilidades, falta de experiência do regulador, oposição da concessionária local, etc. ζ Questões econômicas: custo elevado, falta de incentivos econômicos financeiros a fim de diminuir os riscos e incentivas o investidor privado, etc. ζ Questões de mercado: modelos de negócio, criação de mercados para comercialização do produto fornecido pela microrrede, etc.
5. DESAFÍOS/BARREIRAS À IMPLANTAÇÃO DE MICRORREDES/SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Questões de mercado: Modelos de negócio ζ Microrredes da distribuidora ζ Microrredes único usuário ζ Microrredes híbridas ζ Microrredes multiusuário ζ Microrredes em sistemas isolados (microrredes tradicionais) ζ Gerenciador Agregador de Prosumidores Prosumidores (modelo APM Prosumidor) ζ Modelos Win - Win
5. DESAFÍOS/BARREIRAS À IMPLANTAÇÃO DE MICRORREDES/SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO (a) Agente Comercializador Varejista e (b) Modelo APM Prosumidor
5. DESAFÍOS/BARREIRAS À IMPLANTAÇÃO DE MICRORREDES/SISTEMAS DE ARMAZENAMENTO Integrar as tecnologias de armazenamento ao sistema elétrico através de procedimentos regulatórios e de mercado. Promover processos de industrialização na cadeia de armazenamento. Desenvolver metodologias de validação de desempenho, confiabilidade, eficiência, etc. Desenvolver procedimentos e tecnologias aplicadas para casos específicos brasileiros, por exemplo, atendimento de comunidades remotas. Desenvolvimento de normas e padrões técnicos nacionais. Criar condições de financiamento. Identificação e desenvolvimento de mecanismos de suporte e incentivos para pesquisa fundamental e aplicada em Universidades e centros de P&D. Articulação em todos os níveis para a criação de uma cadeia de engenharia, indústria, construção e serviços.
6. CONCLUSÕES Maior participação de fontes renováveis e segurança energética, têm acrescentado, o interesse pelas microrredes e sistemas de armazenamento. Lacunas técnicas ainda não preenchidas e questões regulatórias, econômicas e de mercado impedem o desenvolvimento das microrredes e sistemas de armazenamento. Incentivos financeiros não vão existir plenamente até a existência de um mercado para os serviços que as microrredes e sistemas de armazenamento possam fornecer. Nenhum modelo específico isoladamente vai impulsionar o desenvolvimento das microrredes. Aprendizagem significativa ainda é necessária, pode ser acelerado por meio de programas pilotos que envolvam distribuidoras, municípios, usuários e outros interessados. Microrredes aumentam complexidade e custos de transação do mercado, consumidor final de uma não apropriada regulamentação ou alocação de custos, pode ser prejudicado. por questões A indústria das microrredes é incipiente e possui significativa incerteza nas potenciais direções para seu desenvolvimento.
Obrigado!