Energia Eólica - PPE - Programa de Planejamento...
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Energia Eólica
PEE – COPPE/UFRJ
DEE – Poli/UFRJ
Prof. Carmen L. T. Borges
Resumo
Sistema Elétrico Brasileiro
Geração Eólica no Brasil
Incertezas no Planejamento e Operação
Complementaridade Energética
Planejamento do Sistema Transmissão
Rede de Pesquisa em Energia Eólica
Sistema Elétrico Brasileiro
Belém
Jacui
Porto Alegre
Florianópolis
Curitiba
SÃO PAULO
Rio de Janeiro
Paraíba do Sul
Uruguai
Vitória
Belo
Horizonte
ITAIPU
GRANDE
Paranaíba
Paraná/Tietê
C.Grande
Iguaçu
Tocantins
S.Francisco
Parnaíba
S.Luís
Teresina
Fortaleza
Natal
J. Pessoa
RECIFE
Maceió
Aracajú
Salvador
Goiânia
BRASILIA
Argentina
Paranapanema
Cuiabá
MANAUS
VENEZUELA
Boa Vista Macapá
Rondônia
O SIN
Grandes Bacias Hidrográficas
Sistema Interligado Nacional
O Sistema Elétrico Brasileiro
Acre
Grandes interligações
O sistema de transmissão brasileiro
comparado à Europa.
Uma visão relativa da Transmissão
2200 km
1500 km
O Sistema Elétrico Brasileiro no futuro próximo
2013
2013
Madeira
Tucuruí-Manaus-Macapá
PR
SC
RS
RJ SP
MS
GO
BA
TO
PA
MT
RO
AC
AM
RR
AP
MA CE
PI PE
RN
PB
AL Recife
300 Km
Venezuela
Colômbia Suriname
Guiana Francesa
Bolívia
Salvador
ES
Paraguai
Uruguai
Argentina
São Paulo
MG
SE
Guiana
Belo Horizonte
Rio de Janeiro
Grandes Projetos
hidroelétricos
Outra Visão do Futuro
Madeira Tapajós
Xingu
Médio/ Longo Prazo
Novas
Fronteiras do SIN
O Sistema Elétrico Brasileiro
A Oferta de Energia Elétrica no SIN
• Geração hidroelétrica é predominante:
cerca de 75% da capacidade instalada
chegando a 85% da produção
• Usinas implantadas em 12 grandes
bacias interligadas por sistema de
transmissão em extra-alta tensão
• Reservatórios de regularização cada
vez menores por questões ambientais
mais de 80 mil km
Principal
Ativo de
Produção
No Brasil, as vazões são
variáveis e sazonais
Furnas
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
4000
JANAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
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UTJA
NAB
RJU
LO
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NAB
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LO
UTJA
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LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
LO
UTJA
NAB
RJU
L
Periodo: Janeiro de 1931 à Dezembro de 2003
m3
/s
Mar/47 - 3757 m3/s
Jan/83- 3506 m3/s
Ago/34 - 204 m3/s Set/69 - 214 m3/s
Jan/97- 3621
m3/s
Exemplo das vazões históricas afluentes a UHE Furnas
Volatilidade da oferta de energia
29877
2663
10837
47902
0
10000
20000
30000
40000
50000
60000
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
Vazões da UHE Sto Antônio (m³/s)
1941
1938
MLT
m³/s m3/s
Volta > 33
A Variabilidade e Sazonalidade das Vazões Afluentes
Geração Eólica no Brasil
Eólicas em operação/Licitadas
Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012
RN CE RS BA Demais Estados
Outorgados 2.252 1.592 997 717 754
em operação 304 519 364 95 376
em construção 704 242 68 432 35
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Po
tên
cia
MW
Total Brasil: 9.450 MW
Em operação: 1.658 MW
Em Construção: 1.480 MW
Outorgados: 6.312 MW
Fonte: EPE Fonte: EPE
Usinas eólicas vencedoras dos leilões 2009-2011
(potência instalada por município)
2009 2010 2011
A-3 0 0 1068
A-5 0 0 976
FA 0 1520 0
Reserva 1806 528 861
0
500
1.000
1.500
2.000
2.500
3.000
3.500
Po
tên
cia
MW
Resultados dos Últimos Leilões – Geração Eólica
71 eólicas
1.805,7 MW
70 eólicas
2.047,8 MW
117 eólicas
2.904,4 MW
Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012
Resultados dos Últimos Leilões – Preço (R$)
Preço Médio da Energia Eólica (R$/MWh)
148
123133
99 100 105
Reserva Reserva FA A-3 Reserva A-5
2009 2010 2011
Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012
Resultados dos Últimos Leilões – Preço (R$)
144
78
145 148147
89
146
130
0
97 101 101
PCH UHE UTE EOL
2009
2010
2011
Preço Médio da Energia por tipo de fonte
(R$)
Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012
Incertezas no Planejamento e
Operação
$/MWh
O problema da Operação Hidro Térmica Eólica
Principal
Ativo de
Produção
?
? combustível
?
? = Incertezas
Geração + Transmissão Carga
?
? vento
Necessidade de Planejar para
Operar com Segurança
Planejamento da Expansão: ◦ programa de construção e instalação de novas unidades de
geração, transmissão e controle do sistema
◦ inventário das bacias hidrográficas e parques eólicos
Planejamento de Operação: ◦ aproveitamento racional dos recursos
◦ qualidade e segurança no atendimento à demanda e às restrições
operativas
Planejamento Energético: Geração
Planejamento Elétrico: Transmissão
Planejamento da Operação
Quais unidades geradoras e quanto de energia cada
uma deve produzir, de modo a suprir a demanda ao
menor custo possível
Custo de operação de cada unidade geradora é
função da energia utilizada
Na operação de sistema, existe relação entre a
decisão tomada em um estágio qualquer e sua
conseqüência futura
Acoplamento Temporal
Eólica
?
Necessidade de Estudos
Técnicos
Disponibilidade da Geração Eólica
Inserção no SIN
Modelagem da Usina Eólica
Modelo do vento
Modelo da turbina
eólica
Modelo da usina eólica
Variações do Vento
Diária Sazonal
Variações do Vento
Mensal Anual
Distribuição Mensal Média Anual
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
7,00
8,00
9,00
10,00
Jane
iro
Fevere
iro
Mar
çoAbr
il
Mai
o
Junh
o
Julho
Agosto
Setem
bro
Out
ubro
Nov
embr
o
Dez
embr
o
Mês
Ve
loc
ida
de
(m
/s)
Séries de Ventos Brasileiros Nordeste I Nordeste II
Sul Sudeste
2007 IEEE PES GM
24-28 June 2007 27
Séries de Ventos Brasileiros
NE S SE
No. of different states 165 196 179
Mean speed (m/s) 7.58 7.00 6.59
Minimum speed (m/s) 0 0 0
Maximum speed (m/s) 18.7 20 18.7
Turbina Eólica
rotor
eixo caixa de
engrenagens
torre
gerador
nacele
controle de
direção
sistema de
controle
ventilação
anemômetro
Tempo Médio de Reparo
Função de:
Condições climáticas
Logística da O&M da usina
Velocidade de vento no instante da falha
Fator crítico para lugares remotos e usinas offshore
Tempo médio de reparo: 1 semana a 1 mês
Característica Turbinas Eólicas
Estimativa da Geração
O conhecimento da velocidade média não é
suficiente para a estimativa da geração
• Para vmédia=7 m/s
teríamos geração
anual de 377 kW x
8760 horas
Eg = 3.300 MWh
Estimativa da Geração Procedimento correto: considerar a distribuição de
ocorrências da velocidade de vento ou a própria
série temporal
Eg = 4.500 MWh
Disponibilidade de Energia Elétrica
Probabilities (%)
Non-null generation 93.80
Null generation (due wind) 1.95
Null generation (due turbine) 4.17
Capacity Factor 36.92
Cenário Eólico Brasileiro
2 GW de capacidade instalada
Fator capacidade: chega 40 a 50%
PDE 2021: 80% baseada três fontes
◦ Hidro (50% da expansão)
◦ Biomassa cana (co-geração competitiva)
◦ Eólica (mais cresce, passará biomassa)
Previsão 14GW eólica 2020 (~Itaipú)
Estudos Técnicos
MME contratará estudo 2013 sobre
aspectos técnicos inserção eólica SIN
Nível ideal de inserção (10/15%)
Caso Dinamarca – 25% eólica
◦ Integrada North Pool por interligações
◦ Compra hidráulica dia e vende eólica noite
para Noruega (base hidráulica)
Brasil - estocar água nos reservatórios
Complementaridade hidro-eólica certas
regiões
Complementariedade entre
Bacias e Hidro-Eólica
200 -
160 -
150 -
140 -
120 -
100 -
80 -
60 -
40 -
20 -
- | | | | | | | | | | | |
JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ
SUL
SUDESTE-CO/ N / NE
%
período seco
(médias mensais de todo o histórico/ Média Anual)
....existem anos mais secos
e anos mais úmidos
período úmido
Média
Anual
Complementaridade e Sazonalidade Hidrológica
ENA
Fonte: Amarante. Atlas do Potencial
Eólico Brasileiro. MME. 1ª edição. 2001.
Complementaridade Chuva - Ventos no Território Brasileiro
Complementaridade NE
Fonte: Marinho M.H.N.,OFERTA DE ENERGIA ATRAVÉS DA COMPLEMENTARIDADE SAZONAL HIDRO-EÓLICA NO ESTADO DE
PERNAMBUCO
Eólica Hidráulica Nordeste
Fonte: Amarante et all, Complementaridade Sazonal dos Regimes Hidrológico e Eólico no Brasil DEWI Magazin Nr. 19, August 2001
Eólica Hidráulica Sul
Eólica Sul Hidráulica Sudeste
Complementaridade S/SE
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12
Po
tên
cia
(pu
)
Mês
Eólica NE1
PCH
Exemplos de Complementaridade Curva de Potência PCH e Eólica NE 1
(Correlação = -0,22)
Curva de Potência PCH e Eólica NE 2
(Correlação = -0,56)
Curva de Potência PCH e Carga 1
(Correlação = 0,06)
Curva de Potência PCH e Carga 2
(Correlação = 0,65)
0.00
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Po
tên
cia
(pu
)
Mês
Eólica NE2
PCH
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Po
tên
cia
(pu
)
Mês
Carga 1
PCH
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Po
tên
cia
(pu
)
Mês
Carga 2
PCH
Planejamento do Sistema de
Transmissão
Desafio
Brasil acostumado planejar transmissão
para grandes plantas hidráulicas
Desafio planejar transmissão para
conectar eólicas espalhadas pelo SIN
ICG – Instalação de Transmissão de
Interesse Exclusivo de Centrais de
Geração para Conexão
Compartilhada
Banabuiú
Russas
Fortaleza
Cauípe
CE
Pecém II
Quixadá
490,6 MW (283,6 MW + 207 ,4MW (1))
Ceará - Eólicas Contratadas (2009-2011)
ICG Ibiapina
70MW (1)
292 MW
Aracati II
Sobral III
Sobral lI
(1) Montante relativo ao Mercado Livre (ML) (2) Estudo da Ampliação das Interligações para Nordeste frente à Necessidade de
Exportação do Excedente de Energia
(2)
LT 230 kV
LT 500 kV
265,5 MW
138,5 MW
54 MW
104,6 MW
40 MW
72 MW
ICG Acaraú II
TOTAL: 1.653 MW (incluindo 462,5 MW – Proinfa)
125,4MW
Fonte: EPE
Mossoró II
Açu II RN
Natal III
Extremoz
ICG J.Câmara I
Campina Grande II
Rio Grande do Norte - Eólicas Contratadas (2009-2011)
ICG Lagoa Nova
Ceará Mirim
ICG João Câmara II
Campina Grande III
150 MW (1)
ICG Mossoró III
85 MW
48,8 MW
113,6 MW
275 MW
1135,5 MW (866,1 MW + 269,4 MW (1))
349,2 MW
Paraíso
(1) Montante relativo ao Mercado Livre (ML) (2) A ser licitada
Natal II
Açu III
Milagres II
LT 230 kV
LT 500 kV
TOTAL: 2.969,4 MW (incluindo 199,7 MW – Proinfa)
150,4 MW
49,3 MW
612,6 MW (424,6 MW + 188 MW (1))
(2)
ICG Touros
Fonte: EPE
Bahia – Eólicas Contratadas (2009 – 2011)
Rio da Éguas
Bom Jesus
da Lapa II Ibicoara
Brumado
Camaçari II
Olindina
Igaporã II
Barreiras
Jaguariri
Sobradinho
Juazeiro
Brotas de
Macaúbas
ICG Morro do Chapéu
769,6 MW (682 MW + 87,6 MW (1))
ICG Pindaí 246,4 MW
ICG Igaporã
30 MW (1)
TOTAL: 1.540,4 MW
Sapeaçu
S. Bonfim
Camaçari IV
Funil
Sapeaçu
Eunápolis
T. Freitas II
(1) Montante relativo ao Mercado Livre (ML) (2) Estudo da Ampliação das Interligações para Nordeste frente à Necessidade de Exportação do Excedente de Energia (3) Ampliação das Interligações Norte/Nordeste/Sudeste para escoamento da geração excedente nas regiões Norte/Nordeste
(2)
(2) (2)
Irecê
Poções
(2)
(3)
Itapebi
LT 230 kV
LT 500 kV
90 MW
90 MW
314,4 MW
Fonte: EPE
Rede Brasileira de Pesquisa em
Energia Eólica (RBPEE)
Brazil Wind Power 2012 – 29 a 31 de
Agosto – Rio de Janeiro
Iniciativa ABEEólica
Ambiente para troca e construção de
conhecimento
Promover interação universidades,
centros pesquisa e empresas
Plataforma on-line em nuvem
RBPEE
Estrutura Interação:
◦ Boletins mensais
◦ Seminários
◦ Projetos P&D
Projetos Estruturantes
Projetos Bilaterais
Projetos da Cadeia Produtiva
Normatização equipamentos
Planejamento expansão e operação
Assinado convênio com a COPPE