Fernando Umbria 4 de abril de 2018 -...

Instrutor: Fernando UmbriaCurso: Estrutura e Funcionamento do Setor de Energia Elétrica

Estrutura de um Sistema Elétrico

Fernando Umbria

4 de abril de 2018


Agenda

Características gerais e conceitos importantes

Fundamentos da operação do sistema elétrico

A importância do planejamento setorial

As principais fontes de energia e suas características

Matriz de energia elétrica brasileira vs. matriz elétrica no mundo

A evolução do setor elétrico nos últimos 20 anos


Estrutura básica do sistema elétrico

(dez/2017)

CONSUMIDOR

LIVRE

Mais de 4.900 usinasCapacidade: 157 GW

Rede Básica ≥ 230 kV130 mil km em linhas8 empresas = 80% da RB

Rede ≤ 138 kV64 distribuidoras130 cooperativas de eletrificação rural81,8 milhões de UC (consumidor cativo)

5.192 Consumidores(874 livres; 4.318 especiais)

219comercializadoras


Lei Nº 9.648/98 ASMAE e ONS –Contratos iniciais e Reestruturação

1988 ...

Implantação da ANEEL

1999 2000 2001 2002

Lei nº 10.433/02MAE

Lei Nº 9.427/96 ANEEL

Constituição Federal(art. 175)

Lei Nº 9.478/97 – CNPE e Políticas de Energia (Petróleo)

Lei Nº8.631/93 Início da competição

Lei nº 9.609/95 c/c 10.192/01

Plano Real

Lei nº 9.986/00 RH - Agências

Lei Nº 9.074/95 Reestruturação da Eneriga Elétrica –PIE e CLivres

1993

Lei nº8.987/95 Incremento da competição

Lei nº 7.990/89 – 8.001/90 –9.984/00 e 9.993/00

Compensação Financeira

2000 2003 2004

Lei nº 9.784/99 Proced. na Adm. Pública

Lei nº 9.991/00 Efic. Energ.

Lei nº 10.214/01Câmaras Comercialização

Lei nº 10.295/01Política Cons. e Uso de Energia

Lei nº 10.310/01

Bônus da GCE

GCE MP nº 2.198/01ago/01 a mar/02

Lei nº 10.438/02Expansão da OfertaRTE e Leilões

Lei nº 10.604/02Empréstimos Baixa Renda e comercialização

Lei nº 10.762/03Programa Emergencial de Apoio e Leilões

Lei nº 10.833/03CCC isol. 2009

Lei nº 10.847/04EPE

Lei nº 10.848/04Novo Modelo

Lei nº 10.871/04RH - Agências

Lei nº 11.079/04PPPs

1995 1996 1997 1998...

Lei nº 11.488 Criação do REIDI

2007...

Lei nº 11.943/09Participação da União no FGEE

2010 2013

Lei nº 12.783/13Renov. de concessões, reduçãode encargos e tarifas de energia

Lei nº 12.111/09Serviços de Energia Sistemas Isolados

2009

Lei nº 12.212/10Tarifa Social de Energia Elétrica

...

Marco Legal do Setor Elétrico

2015...

Lei nº 13.201/15Repactuação do risco hidroló-gico e bonificação de outorga

2016

Lei nº 13.280/16Aplic. Efic. Energ.

Lei nº 13.299/16Alterações diversas

Lei nº 13.360/16Alterações diversas


Instituições do setor elétrico

ANEELAgência Nacional de Energia ElétricaLei nO 9427/1996

CCEECâmara de

Comercialização de Energia

ElétricaDec. nO 5177/2004

EPEEmpresa de

Pesquisa Energética

Dec. nO 5184/2004

MMEMinistério de

Minas e Energia

ONSOperador Nacionaldo Sistema ElétricoDec. nO 5081/2004

CMSEComitê de Monitoramentodo Setor ElétricoDec. nO 5175/2004

CNPEConselho Nacional de Política EnergéticaDec. nO 3520/2000

CNPE

CMSE MME EPE

ANEEL

CCEEONS


Mercado Regulado – ACR e Mercado Livre – ACL

Energia contratada

pelas distribuidoras

para o atendimento

da demanda dos

consumidores

cativos.

Consumidores acima

de 3 MW podem

negociar seus

contratos de energia

diretamente com

geradores e

comercializadoras no

ACL, respeitando a

regra de estar 100%

lastreado por contratos

de energia.

Contratos

resultantes de

leilões

Contratos

livremente

negociados

- Preço Fixo

- Preço Variável

- CCEAR* por disponibilidade

- CCEAR por Quantidade

CCEAR = Contrato de Comercialização de Energia Elétrica no Ambiente Regulado Fonte: CCEE

Mercado de energia

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Aspectos Gerais

Geração (G)

• Produção de Energia

• Corresponde de 35 a 50% do custo total do sistema

• Geradores podem ser acionados por combustíveis diferentes. Há diferença no preço do produto

• Não há diferença no produto

• A produção combina diferentes fontes e combustíveis (competição)


Aspectos Gerais

Transmissão (T)

• Conexão da Geração com a Carga em alta tensão

• Corresponde a 5 a 15% do custo total

• Os sistemas, normalmente, são AC

• Sobrecarga pode provocar a saída de elementos

• Necessidade do Operador do Sistema


Aspectos Gerais

Operador do Sistema (Op)

Despacho do sistema em tempo real

Decide a entrada e a saída dos geradores

Tem que manter usinas operando em vazio (reserva girante)

Tem que conhecer (em tempo real) o fluxo em cada linha de transmissão


Aspectos Gerais

Distribuição (D)

• Conexão entre a transmissão e o consumidor

• Corresponde a 30 a 50% dos custos

• Faz a medição e a cobrança

• Mesmo sendo “fio”, tem característica diferente da G e T

• Gestão da infraestrutura de atendimento bastante complexa (necessidade de grandes redes e atendimento de consumidores com características distintas)


Aspectos Gerais

Estrutura Tradicional

Integração vertical

Monopólio legal em área de concessão

As empresas podiam ser públicas ou privadas, mas normalmente eram únicas

Em alguns casos (como o Brasil), G e T constituíam um único negócio e vendiam energia para as D (normalmente estaduais).


Aspectos Gerais

Razões para integração vertical Custo de transação

T e D são monopólios naturais

Coordenação da operação de G e T

Coordenação do planejamento de G e T

Economia de escala na G

As duas primeiras ainda valem

A mudança na última incentivou a entrada de novos G (competição)


Aspectos Gerais

A empresa monopolista deve ser regulada

Se for do governo (estatal), o próprio governo define a tarifa

Se for privada, um regulador independente determina a tarifa

A independência do regulador deve ser tanto da indústria quanto do governo!


Aspectos Gerais

Para haver competição as funções devem ser separadas

Como consequência, as tarifas de cada função também devem ser definidas

Cada empresa deve negociar a compra e a venda de energia

Com isso ocorre o aumento do custo das transações


Verdades Técnicas

Eletricidade não pode ser armazenada

• Geração = Carga a cada instante

• Os preços podem variar muito nos horários de pico

Eletricidade percorre o caminho de menor

impedância

• O consumidor não pode escolher qual o gerador que vai fornecer a sua energia


Verdades Técnicas

Existem relações físicas complexas que garantem a transmissão da energia

• Um curto circuito em Bauru pode provocar um blecaute no Brasil inteiro.

Eletricidade trafega na velocidade da luz

• O controle deve ser feito em tempo real


Vantagens da operação interligada

Maior confiabilidade operativa (< variações tensão e de frequência – continuidade)

Maior suportabilidade a perturbações – rede de maior porte – maior inércia

Maior flexibilidade para desligamentos programados – circuitos alternativos

Menor reserva de potência – unidades geradoras operando em sincronismo

Melhor aproveitamento energético – otimização entre bacias hidrográficas – otimização hidrotérmica


Necessidades de linhas (investimento)

Propagação de distúrbios locais para o SI (sistemas de controle e proteção)

Complexidade administrativa (diversos agentes, conflitos de interesses)

Complexidade técnica (necessidade de sincronismo, conflitos tecnológicos)

Multiplicidade de alternativas de expansão

Complexidade nos estudos de operação (variação das cargas, indisponibilidade, limites operativos, requisitos de operação)

Desvantagens da operação interligada


SIN

Sistema de

transmissão


Aspectos Gerais

Em um sistema competitivo, o operador precisa ser independente!

A operação (ou despacho) é uma atividade “técnica” que tem um certo grau de subjetividade

O operador pode, por exemplo, optar por uma operação mais cara e mais segura

Pode também arriscar, em determinadas situações, não atender ao critério de confiabilidade para uma operação mais barata


Aspectos Gerais

Operação Elétrica do Sistema

Assegurar a entrega da energia com as condições reais do sistema (geração e transmissão)

Leva em conta a manutenção de equipamentos

Leva em conta as contingências do sistema

Opera em tempo real


Aspectos Gerais

Operação Energética do Sistema

Decide o combustível (água, gás, petróleo, urânio, etc...)

Qual usina hidráulica deve ser despachada?

Tem que garantir a operação atual e a demanda futura

Dilema: usa água hoje (mais barata) e, se não chover, pode faltar energia elétrica amanhã


Despacho hidrotérmico

O despacho hidrotérmico ótimo é o que minimiza a soma do custo total = custo imediato + custo futuro (que depende da decisão do custo imediato).

A solução ótima não é gerar toda a disponibilidade hidrelétrica logo no primeiro estágio, embora ela tenha custo operativo = zero. Por que?

Porque a hidrelétrica pode transportar energia (armazenar água) de um estágio para outro. Portanto, a geração hidro tem um custo de oportunidade


Otimização Eletroenergética


Otimização Eletroenergética

FCF – Função de Custo Futuro

FCI – Função de Custo Imediato


Importância do planejamento

A carga elétrica cresce com o tempo

Se em uma situação a carga elétrica for maior que a possibilidade de

geração, o sistema entra em colapso

É preciso prever a carga futura para ter capacidade de atendimento

É indispensável o PLANEJAMENTO da

expansão do SE


Importância do planejamento

A implantação de uma nova usina é demorada (cinco

anos ou mais)

Necessidade intensiva de capital

Necessidade de avaliar qual serão

as fontes primárias de energia

Reforçando: é indispensável o

PLANEJAMENTO da expansão do SE

28


Objetivo do planejamento da expansão

• Alocação temporal (quando) e espacial (onde) das capacidades de geração e transmissão necessárias para atender ao crescimento da demanda ao longo do horizonte de planejamento (curto, médio e longo prazos), de modo a assegurar o atendimento do mercado, dentro de padrões pré-estabelecidos de qualidade (risco de déficit), a mínimo custo

Objetivo do planejamento da operação

• Determinação de uma estratégia de operação em cada usina que minimize o valor esperado dos custos operativos (combustível/déficit de energia) no período de planejamento

Objetivos do planejamento


Longo Prazo(> 20 anos)

Médio Prazo(10 anos)

Planejamento da Operação

(5 anos)

Programação da Operação

(Mensal/Semanal/Diária)

Supervisão e Controle(Horária)

Avaliação dos

Intercâmbios(Pós-operação)

PLANEJAMENTO DA EXPANSÃO(Estratégico)

EPE

PLANEJAMENTO DA OPERAÇÃO(Tático)

ONS

Processo de planejamento


A energia elétrica é uma fonte secundária de energia – não é encontrada na natureza de forma disponível para o consumo

Precisa ser obtida a partir da transformação de outras fontes energéticas (renováveis ou não-renováveis)

Fontes de energia


Energias Renováveis

Energia

solar

Utilização

direta

Conversão termo-solar

Conversão fotovoltaica

Utilização

indireta

Quedas d’água

Vento

Biomassa

Ondas do mar

Calor dos oceanos (gradiente térmico)

Correntes oceânicas

Conversão fotoquímica

Aquecimento armazenado (bomba de calor)

Energia

das marés

Aproveitam a diferença de nível entre as marés alta e

baixa causadas pela força gravitacional da lua e do sol


Energias Não-Renováveis

Combustíveis

fósseis

Turfa

Carvão mineral

Petróleo

Gás natural

Xisto betuminoso

Areia betuminosa

Utilizados em combustão para

geração de energia mecânica

Combustíveis

nucleares

Urânio

Tório

Deutério

Lítio

Plutônio

Utiliza-se a energia das

reações nucleares para a

geração de energia térmica


Capacidade Instalada (31/12/2017)

TipoNº de usinas

Potência inst.(MW)

%Potência

média (MW)

Usina Hidrelétrica – UHE 221 94.662 60,3 428

Pequena Central Hidrelétrica – PCH 432 5.020 3,2 12

Central Geradora Hidrelétrica – CGH 658 594 0,4 0,9

Total hidrelétricas 1.311 100.276 63,9 76

Gás 167 13.020 8,3 78

Biomassa 550 14.561 9,3 26

Petróleo 2.268 10.173 6,5 5

Carvão Mineral 26 3.727 2,3 143

Outros 1 147 0,1 147

Total termelétricas 3.012 41.628 26,5 14

Usina Termonuclear – UTN 2 1.990 1,3 995

Usina Eólica – EOL 501 12.283 7,8 25

Usina Fotovoltaica – UFV 81 935 0,5 12

TOTAL 4.907 157.112 100 32Fonte: ANEEL

Como oferta de energia elétrica, há, ainda, as importações que totalizam 8.170 MW:

Paraguai (5.650 MW), Argentina (2.250 MW), Venezuela (200 MW) e Uruguai (70 MW)


Fonte: ANEEL

Capacidade Instalada (31/12/2017)

UHE60,3%

PCH3,2%

CGH0,4%

Gás8,3%

Biomassa9,3%

Petróleo6,5%

Carvão2,3%

Outros0,1%

UTN1,3%

EOL7,8%

UFV0,5%

Hidrelétricas63,9%

Térmicas26,5%

Nucleares1,3%

Eólicas7,8%

Fotovoltaicas0,5%


Matriz Brasileira x Matriz Mundo


Geração por Fonte


Evolução da capacidade

instalada no Brasil

Fonte: EPE, Aneel

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

140.000

160.000

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Capacidade Instalada

Usinas Hidrelétricas PCH CGH Usinas Eólicas Solar Usinas Termelétricas Usinas Nucleares

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Total 102.949 110.444 116.383 117.136 120.974 126.743 133.913 140.858 150.338 157.112

Usinas Hidrelétricas 74.901 76.781 78.610 78.347 79.956 81.132 84.095 86.366 91.499 94.662

Usinas Termelétricas 22.999 27.481 30.784 31.243 32.778 36.528 37.827 39.564 41.275 41.628

PCH 2.490 3.400 3.868 3.896 4.101 4.620 4.790 4.886 4.941 5.020

CGH 154 173 185 216 236 266 308 398 484 594

Usinas Nucleares 2.007 2.007 2.007 2.007 2.007 1.990 1.990 1.990 1.990 1.990

Usinas Eólicas 398 602 928 1.426 1.894 2.202 4.888 7.633 10.124 12.283

Solar 0 0 1 1 2 5 15 21 24 935

Instrutor: Fernando UmbriaCurso: Estrutura e Funcionamento do Setor de Energia Elétrica Fonte: EPE

LPS

Evolução da capacidade instalada

(PDE 2026)

Instrutor: Fernando UmbriaCurso: Estrutura e Funcionamento do Setor de Energia Elétrica Fonte: EPE

LPS

Evolução da capacidade instalada

Participação das fontes


Produção de energia elétrica no Brasil

Fonte: EPE

* Preliminar

17,6% 23,0% 29,4% 34,5%35,8%

80,6%

5,8%0,5%

75,2%

0,9% 1,2% 3,7%2,1%

68,5% 63,2% 61,9% 65,8%

31,8%


Produção de energia elétrica no Brasil

94% 89% 91% 92% 89% 92% 92% 93% 89% 93% 89% 91% 86% 79% 71%73%

Proporção de geração hidráulica

73% 70%


Estoque de água no SIN

A capacidade de estocar água nos reservatórios tem crescido em velocidade menor que o crescimento da carga (impossibilidade de se implantar usinas com grandes reservatórios).

O crescimento da carga após o racionamento 2001/2002 foi de 74%.

Já o crescimento da capacidade máxima de armazenamento foi de apenas 23% no mesmo período.

A evolução do consumo seguiu sua tendência histórica, exceto nos momentos de crise econômica. Atualmente se observa uma acentuação das variações sazonais.

LPS


Estoque de água no SIN

LPS


Aumento da amplitude de uso dos

reservatórios

• A redução da capacidade de armazenamento tem provocado um uso mais intenso dos reservatórios.

• Além disso, há sinais de que pode estar havendo um uso mais acentuado dos usos consuntivos (abastecimento e irrigação) em importantes bacias do país e de que a operação hidrelétrica está menos eficiente.

A ocorrência de hidrologia adversa (mesmo em períodos mais curtos) passa a ter efeitos muito mais severos no futuro.

Mas porque não geramos mais a partir das termelétricas?

LPS


Geração termelétrica

• Em 2014 e 2015, o ONS despachou todas as térmicas disponíveis em algumas situações, porém, o parque termelétrico no Brasil não é adequado para geração por longos períodos

Resultado: Forte impacto sobre o Custo Marginal de Operação

Máx. CMO: 2013: 555 R$/MWh2014: 1.778 R$/MWh2015: 2.159 R$/MWh2016: 477 R$/MWh2017: 860 R$/MWh

LPS


OBRIGADOFernando Umbria

[email protected]

61 98463-3137

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