1
Francisco José Arteiro de Oliveira
Diretoria de Planejamento e
Programação da Operação
I Congreso Latinoamericano de Energia
Eólica y VI Jornadas Internacionales de
Energia Eólica
3
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.
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
Base: PMO maio/15
4
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
A Expansão da Oferta entre 2014 e 2019
5
2200 km
1500 km
2400 km Madeira
Belo Monte
Evolução da capacidade de Transmissão
Extensão de línhas de transmissão ≥ 230 kV (km)
Ano 2014 2019
km 112.000 132.379 (*)
(*) Fonte: EPE
6
Expansão da Geração Eólica na Região Nordeste
Source: ANEEL
PARACURU
AMONTADA
PARQUE EÓLICO DE BEBERIBE
FOZ DO RIO CHORÓ
PRAIAS DE PARAJURU BONS VENTOS
CANOA QUEBRADA
CANOA QUEBRADA (RV)
ENACEL
ICARAIZINHO
RIO DO FOGO
MILLENIUM
ALBATROZ
ATLÂNTICA
CAMURIM
CARAVELA
PRAIA DO MORGADO
VOLTA DO RIO PRAIA FORMOSA
TAÍBA ALBATROZ
ALHANDRA
COELHOS I
COELHOS II
COELHOS III
COELHOS IV
MATARACÁ
PRESIDENTE
VITÓRIA
GRAVATÁ
MANDACARU
SANTA MARIA
PIRAUÁ
XAVANTE
PEDRA DO SAL
ALEGRIA I
ALEGRIA II
ARATUÁ
MIASSABA III
CABEÇO PRETO
CABEÇO PRETO IV
MANGUE SECO 1
MANGUE SECO 2
MANGUE SECO 3
MANGUE SECO 5
MACAÚBAS
NOVO HORIZONTE
SEABRA
Barra dos Coqueiros
95 MW
542 MW
25 MW
18 MW
373 MW
35 MW
66 MW
1.154 MW (50 CGE)
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
Inhambu Joana Licínio de Almeida Maron Morrão N. Sra. da Conceição Pajeú do Vento Pedra Branca 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
Serra do Espinhaço Sete Gameleiras Tamanduá Mirim Tanque Teiu Ventos do Nordeste
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
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
Aratuá 3 Areia Branca Arizona I Asa Branca I Asa Branca II Asa Branca III Asa Branca IV Asa Branca V Asa Branca VI Asa Branca VII Asa Branca VIII Caiçara 2 Caiçara do Norte Calango 1 Calango 2 Calango 3 Calango 4 Calango 5 Campos dos Ventos II
Carcará I Carcará II Carnaúbas Costa Branca Dreen Boa Vista Dreen Cutia Dreen Guajiru Dreen Olho d'Água Dreen São Bento do Norte Eurus I Eurus II Eurus III Eurus IV Eurus VI Famosa I Farol GE Jangada GE Maria Helena Juremas
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
59 MW
432 MW
1.249 MW
2.559 MW
78 MW
1.144 MW
6.584 MW (210 CGE)
CAPACIDADE INSTALADA DEZEMBRO DE 2015
7.738 MW
SOMENTE EMPREENDIMENTOS COM OUTORGA
7
Expansão da Geração Eólica na Região Sul
Source: ANEEL
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 (43 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
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
CAPACIDADE INSTALADA DEZEMBRO DE 2015
1.648 MW
SOMENTE EMPREENDIMENTOS COM OUTORGA
8
Evolução da Expansão Eólica - Horizonte 2021
Geração Eólica no SIN
70%
30%
Usinas Eólicas em Operação no SIN
Subsistema Potência Inst. (MW)
Sul 1.324
Sudeste 29
Nordeste 4.420
Total 5.773
Março/2015
90%
10%
9
Os Grandes Desafios Grandes usinas, Interligações internacionais e Penetração de Eólicas
3.860 MW
1.861 MW
(Jan. 2015)
(Jan. 2015) Eólicas (*)
11
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
12
• 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
Características Intrínsecas à Geração Eólica
13
• No regime de ventos da Região Nordeste há uma complementaridade de seu
comportamento sazonal com o regime hidrológico das bacias hidrográficas.
Características Intrínsecas à Geração Eólica
14
Geração Eólica no Subsistema Nordeste em 2014 (MWmed)
Características Intrínsecas à Geração Eólica
16
• A geração eólica tem características intermitentes, o que conduz a:
- A geração máxima e a mínima podem ocorrer a qualquer momento do dia.
Características Intrínsecas à Geração Eólica
- Variações de geração rápidas e significativas que dependem das condições meteorológicas.
Variação de 1.162 MW
em 9 horas
Variação de 1.385 MW
em 8,5 horas
17
Estas características conduzem aos seguintes desafios:
Características Intrínsecas à Geração Eólica
1. Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados no Planejamento e na Programação
Eletroenergética
Nos Planejamentos Energéticos Anual – PEN e Mensal – PMO
Na Programação Diária da Operação Eletroenergética
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.
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.
18
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.
19
Características Intrínsecas à Geração Eólica
1. Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados no Planejamento e na Programação
Eletroenergética (cont.)
20
Geração Eólica – Programado x Verificado – Dia 06/04/2015
FSENE Aberto Limite RNE = 3.500 MW
FSENE Fechado Limite RNE = 4.100 MW
A FSENE foi fechada com
redução de transferência de
energia para a Região SE/CO
21
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).
22
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.
23
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
24
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
Inércia Sintética
Suportabilidade a Subtensões e Sobretensões Dinâmicas
Requisitos Técnicos Mínimos para as Centrais Geradoras Eólicas
25
Características de Desempenho dos Aerogeradores
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.
Operação em Regime de Frequência Não-Nominal
26
Características de Desempenho dos Aerogeradores
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.
Controle de Potência Reativa no Ponto de Conexão
27
Características de Desempenho dos Aerogeradores
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.
Modos de Controle da Central Eólica
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.
28
Características de Desempenho dos Aerogeradores
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.
Operação em Regime de Tensão Não-Nominal
29
Características de Desempenho dos Aerogeradores
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:
Atendimento do fator de potência em regime de tensão não nominal ( V-Q/Pmax)
30
Características de Desempenho dos Aerogeradores
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.
Requisitos de Suportabilidade a Subtensões e Sobretensões Dinâmicas
31
Belo Monte
TermoparaíbaTermonordeste
Alegria IIAlegria I
Maracanaú IPorto de Pecém I
ChapadãoBiopav II
Anta
Jirau
Mauá
São Domingos
do Atlântico
Santo Antônio
Foz do Chapecó
Dardanelos
Estreito
Simplício
Candiota III
Batalha
São JoséPasso São João
Rondon II
Igaporã II
Extremoz II
Foz do Chapecó
Anchieta
Xinguara 2
Encruzo Novo
Arapiraca III
Teresina III
Várzea Grande 2
Cerquilho III
Corumbá 2
Porto Alegre 12Restinga
Nova Petrópolis 2
Vargem Grande
Palhoça Pinheira
Toyota
Jorge Teixeira
Viana 2Itabirito 2
Linhares 2
Trindade
Joinville GM
Jandira
Castanhal
Edéia
Quirinópolis 2Jataí
Ivinhema 2
Rio Brilhante
Sidrolândia 2
Coletora Porto Velho
Macapá
LechugaSilves
OriximináLaranjal
Xingu
Parecis
Teixeira de Freitas II
Camaçari IV
Suape IIISuape II
Balsas
Sadia Lucas do Rio Verde
Forquilhinha
Zebu
Natal III
Narandiba
PARANÁPARANÁPARANÁPARANÁPARANÁ
TOCANTINSTOCANTINSTOCANTINSTOCANTINSTOCANTINS
RORAIMARORAIMARORAIMARORAIMARORAIMA
RONDÔNIARONDÔNIARONDÔNIARONDÔNIARONDÔNIA
PARÁPARÁPARÁPARÁPARÁAMAZONASAMAZONASAMAZONASAMAZONASAMAZONAS
ACREACREACREACREACRE
SE/CO
Sul
N
S. Antônio
Jirau
Itaipu
60 Hz
50 Hz
60 Hz
Áreas síncronas e
assíncronas no SIN
Belo Monte 60 Hz
Inércia Sintética
A expansão do SIN e a evolução da inércia equivalente
NE
32
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.
Características de Desempenho dos Aerogeradores
Inércia Sintética
33
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).
Características de Desempenho dos Aerogeradores
Inércia Sintética
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.
H
34
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.
Características de Desempenho dos Aerogeradores
Inércia Sintética
35
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.
57.5
58.
58.5
59.
59.5
60.
0. 6. 12. 18. 24. 30.
FREQUENCIA DO SISTEMA AEROGERADORES SEM INERCIA SINTETICA
FREQUENCIA DO SISTEMA AEROGERADORES COM INERCIA SINTETICA
Freq
uên
cia
(Hz)
Tempo (s)
Frequência mínima maior 58,0 Hz x 57,6 Hz
Taxa de variação de frequência
menor
A inércia sintética
pode ser a diferença
entre a atuação ou
não de um ou mais
estágios do ERAC!
Sistema Teste
37
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.
38
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)
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