Dados do Trabalho

Título

OTIMIZAÇAO DO USO DO SISTEMA DE TRANSMISSAO NO PONTO DE CONEXAO MOSSORO II PARA O CASO DE MULTIPLAS UNIDADES DE GERAÇAO.

Resumo

A atual regra de contratação do uso do sistema de transmissão (REN n° 666, de 23 de junho de 2015), não incentiva o uso otimizado da rede no ponto de conexão do acessante, uma vez que não considera a possibilidade de complementariedade de diferentes tecnologias de geração e muito menos seus fatores de capacidade de geração.
De acordo com a Resolução Normativa nº 666, de 2015, as centrais geradoras são obrigadas a declarar, no mínimo, sua potência instalada subtraída de sua carga própria, durante a contratação do uso do sistema interligado, conforme modelo consolidado por décadas. Essa condição pode criar certa ociosidade na rede, pelo menos no ponto comum de conexão contratado pelos geradores.
Neste trabalho apresentamos uma análise da otimização da capacidade do sistema de transmissão no ponto de Conexão SE MOSSORO II, tendo a regulação um papel fundamental neste processo para um desenvolvimento ainda mais sustentável dos recursos brasileiros na produção de energia elétrica. O método utilizado é de análise de dados reais da operação das usinas, combinado com pesquisa bibliográfica sobre o tema.
Percebeu-se que há um espaço de melhoria na regulamentação na contratação do uso da rede. Devem ser estudadas novas formas de contratação, afim de abarcar melhor as novas tecnologias geração, independentemente de complementariedade ou não das fontes, mas também respeitando seus fatores de capacidade de geração. Como resultado final, espera-se a otimização do uso da Rede Básica e, a médio prazo, a redução nos custos da energia.

Palavras Chave

Usinas Híbridas, Rede Básica, Contratação de Uso, Fator de Capacidade de Geração, Otimização do Uso da Rede Básica; Usinas Solar; Usinas Eólicas;

Introdução/Objetivos

As regras de acesso ao sistema de transmissão de energia elétrica no Brasil, no modelo adotado a partir da década de 90, foram sendo construídas de forma incremental sobre políticas e diretrizes estabelecidas na legislação do setor elétrico.
A Resolução Normativa (REN) nº 666, de 23 de junho de 2015 (ANEEL, 2015), estabelece que, para acesso à rede de transmissão, o MUST a ser contratado deve corresponder à máxima potência injetável pela usina, a qual deve ser, no mínimo, a potência instalada subtraída a mínima carga própria, bem como que as datas para contratação do uso são celebrados por usuários devendo compreender o período de teste não posteriores aos estabelecidos no ato de sua outorga, entre outros pontos.
Alinha-se a esse aspecto o crescimento vertiginoso do acesso das fontes de geração eólica e solar ao sistema de transmissão, cujo arcabouço regulatório foi construído com base em uma configuração de um sistema hidrotérmico de usinas com reservatório, em que, predominantemente, gerações de grandes capacidades instaladas acessavam a Rede Básica.
A Figura 1 demonstra a evolução do número de transmissoras e acessantes que compõem a Apuração Mensal dos Encargos e Serviços – AMSE, por ciclo tarifário, refletindo a complexidade de relação entre transmissoras e usuários da Rede Básica.

Figura 1: Evolução do número de transmissoras e usuários da Rede Básica.

A Figura 2 apresenta a evolução da participação das fontes no atendimento das cargas do Sistema Interligado Nacional - SIN.

Figura 2: Evolução da participação das fontes na operação do SIN.

Observa-se que a partir de 2015 houve um crescimento expressivo da geração eólica, acompanhada pela fonte solar em menor escala, mas já ultrapassando a participação da fonte nuclear desde 2018.
Nesse contexto, percebe-se o interesse cada vez maior dos agentes de geração ao longo dos últimos anos em análises econômicas e de viabilidade dos empreendimentos renováveis que possam complementar suas atuais fontes de geração (usinas associadas). Contudo, com poucos estudos relacionados ao controle e operação do sistema, principalmente numa possível aplicação em larga escala destas soluções de configurações de geração, fato que não impede o aprimoramento da regulação em análise.
A ANEEL, com as contribuições da Consulta Pública nº 14/2019, relacionadas a discussão do tema usinas híbridas, verificou o apontamento da necessidade de um debate mais aprofundado de modificações do regramento de contratação da capacidade do uso da rede de transmissão (MUST). A justificativa era a de viabilizar a inserção de usinas híbridas na matriz energética e possibilitar maior atratividade econômica no compartilhamento do acesso por múltiplas centrais geradoras.
Como observado na Figura 2, o maior avanço de soluções de geração renováveis intermitentes é recente (4 a 5 anos), e a regulamentação de todo o setor elétrico, à época, foi discutida e planejada com regras de outorga estabelecidas por fonte única, não sendo necessário o tratamento das diferentes fontes combinadas.
Porém, cada vez mais a geração hidráulica vem tendo problemas de desabastecimento de seus reservatórios. Isso ocorre devido as mudanças climáticas e dificuldades de construção de novos reservatórios. Em paralelo, o incremento das fontes renováveis, que possuem fator de capacidade de geração bem abaixo da geração hidráulica e térmicas, mas que podem, certamente, contribuir ainda mais para suprir as dificuldades de oferta de energia no país. Faz-se necessário alternativas desafiadoras no sentido de se procurar um melhor aproveitamento da rede no ponto de conexão do acessante, uma vez que o regramento atual, não considera a possibilidade de complementariedade de diferentes tecnologias de geração e muito menos seus fatores de capacidade de geração.
Assim, um dos principais objetivos deste trabalho é apresentar uma análise da otimização da capacidade do sistema de transmissão no ponto de Conexão (SE MOSSORO II) na visão dos geradores, cujas tecnologias de geração são renováveis e possuem alta complementariedade entre elas, além de apresentar uma estratificação da situação da otimização deste ponto de conexão à Rede Básica.

Metodologia

O problema identificado mostra que a atual regra de contratação do uso do sistema de transmissão (REN n° 666, de 23 de junho de 2015), não incentiva o uso otimizado da rede no ponto de conexão do acessante, uma vez que não considera a possibilidade de complementariedade de diferentes tecnologias de geração e muito menos seus fatores de capacidade de geração.
Com o incremento das tecnologias de geração renováveis no Sistema Interligado Nacional – SIN e de seus custos de implantação, nota-se que se faz necessário estudos e propostas para que seja proporcionado aos empreendedores de geração alternativas de contratação do uso do sistema interligado que tratem dos quesitos para um melhor aproveitamento do escoamento no ponto de conexão das usinas.
Para demostrar tal situação hipotética trazida na teoria sobre complementariedade de fontes de geração, e seus baixos fatores de geração, trazemos um estudo de caso do ponto de acesso localizado na subestação MOSSORÓ II, localizada no Estado do Rio Grande do Norte, onde estão conectadas nela duas tecnologias de geração, uma Solar com 83 MW e outra Eólica com 387 MW de montantes contratados de uso da Rede Básica.
O método utilizado é de análise descritiva dos dados reais da operação das usinas. Os dados foram extraídos do site do ONS (montando uma base de dados com os seguintes campos: tempo(ano, mês, dia e hora); geração complexo eólico(MWh); geração complexo solar(MWh); MUST contratado complexo eólico (MW) e MUST contratado complexo solar (MW), totalizando 29.194 registros do período de análise. Combinado com pesquisa bibliográfica sobre o tema, em grande maioria da Análise de Impacto Regulatório AIR nº 002/2020-SRG-SRT-SCG-SGT/ANEEL; e da Consulta Pública nº 61, de 2020. Os dados foram tratados utilizando os softwares Power BI (estatísticas básica dos dados e apresentação), Excel e Word, bem como informações no Sistema de Informações da Geração da ANEEL – SIGA.
O período analisado das informações de geração e contratação do uso da rede básica foi de 1/1/2018 a 30/4/2021

Assim, foi definido uma equação para identificar o grau de otimização estudada da subestação, definida como sendo o índice de otimização, conforme a seguir:

Iot=Ger/Must x 100%
Iot = Índice de Otimização;
Ger = Geração (MWh);
Must = Montante de Uso do Sistema de Transmissão contratado pelo Gerador (MW)

Outra ponto abordado no trabalho diz respeito ao fator de capacidade de geração das usinas, para identificar o grau de comparação entre as fontes analisadas, calculou-se o Fator de capacidade das seguinte forma:

FC=Ger/(Potência Instalada x t ) X 100%
FC = Fator de Capacidade;
Ger = Geração (MWh);
Potência Instalada = Potência Instalada da Usina (MW)
t = Tempo (h)

Para se criar uma métrica de desempenho no intuito de identificar o grau de otimização das fontes, utilizou-se 1 (um) desvio padrão da média para definir o desempenho da otimização da SE MOSSORO II por fonte , isto é, se a geração foi ou não otimizada com relação a contratação da usina, conforme a seguir:
Iot≤25%-Muito Baixo
25<Iot≤50%-Baixo
50<Iot≤75%-Médio
Iot>75%-Alto

Resultados e Discussão

Na Tabela 1 abaixo, é apresentado o Fator de Capacidade e o Índice de Otimização por tecnologia médios e a combinação destas, conforme base de dados do período analisado da geração elétrica das respectivas fontes conectadas na SE MOSSORO II:
Tecnologia de Geração FC (%) Iot (%) Desvio Padrão – Iot (%)
Eólica 45 46 26
Solar 22 22 30
Eólica + Solar 41 42 21
Tabela 1: Fator de Capacidade e o Índice de Otimização por tecnologia médios– conectadas na SE MOSSORO II.

Percebe-se que os valores ficaram bem próximos dos apresentados pelo mercado com relação ao Fator de Capacidade, em torno de 43% para usinas eólicas (ABEEólica 2019) e 21,55% (BOLETIM maio 2020 ONS) para usinas fotovoltaicas.
O resultado do estudo do grau de otimização das fontes conectadas na SE MOSSORO II, estão apresentadas nas Figuras 3 a 5 a seguir:


A Figura 3 apresenta a estratificação do Índice de Otimização na Contratação do Uso da Rede para a Fonte Eólica.


A Figura 4 apresenta a estratificação do Índice de Otimização na Contratação do Uso da Rede para a Fonte Solar.


A Figura 5 apresenta a estratificação do Índice de Otimização na Contratação do Uso da Rede considerando as 2 Fontes conjuntas.

Observa-se que o desempenho de otimização do complexo solar é bem inferior do complexo Eólico, o que já se esperava devido aos respectivos fatores de capacidade de geração, mas ambos estão bem aquém da capacidade do sistema projetada para o uso da Rede Básica, comprovando assim a hipótese de que há uma ociosidade expressiva pelo menos no ponto de conexão das usinas.
Outro ponto analisado é da possível complementariedade entre as tecnologias, conforme Figura 6 a seguir, lembrando que o ponto focal no estudo é analisar a desotimização do uso da rede, o que se poderia ser melhorado pela adição de novas fontes de energia independentemente da tecnologia de geração, no intuito de melhorar o fator de capacidade e assim contribuir também para melhorar a geração firme, diminuindo as intermitências de geração para o sistema de transmissão, que são próprias das fontes renováveis.


a) Dia 1/1/2018

b) Dia 1/7/2018

Dia 28/3/2019

Dia 16/11/2020

Dia 12/2/2021
A Figura 6 apresenta exemplos da complementariedade das tecnologias de geração em análise na SE MOSSORO II.

Os aspectos de complementariedade entre essas duas fontes ficaram bastante evidentes, no período analisado teve 100% de complementariedade, possibilitando uma otimização do uso dos recursos naturais e sistêmicos por meio do aproveitamento desta complementariedade da geração de energia elétrica, no caso concreto estudado.

Conclusão

A Rede Básica foi planejada para operar conforme montante de uso contratado, e considerando os limites do regramento atuais. Caso esses fossem flexibilizados, de modo a uma possível contratação conjunta entre tecnologias distintas ou não, há um potencial de crescimento no caso estudado de no máximo a mesma quantidade de potência já instalada das fontes.
O Sistema Nacional de Meteorologia (SNM) emitiu recentemente o primeiro Alerta de Emergência Hídrica para o período de junho a setembro, na região da Bacia do Paraná, que abrange os Estados de Minas Gerais, Goiás, Mato Grosso do Sul, São Paulo e Paraná, informou o Ministério da Agricultura. Tal situação agrava cada vez mais a geração pela fonte hidráulica, trazendo riscos de oferta de geração ao mercado brasileiro.
Percebe-se pelo estudo que se faz necessário aprimoramentos na contratação do uso da Rede Básica, propiciando uma melhor otimização dos seus recursos, as novas tecnologias de geração, possibilitando aos atuais empreendimentos de geração em operação, oportunidades de acréscimo de energia nova ao sistema. No caso estudado neste trabalho, praticamente dobra a produção, se considerarmos a complementariedade ou a geração conjunta independentemente do tipo de tecnologia adotada pelo empreendedor em suas configurações de geração.
Entendemos que no caso em estudo, o potencial de incremento de energia nova no sistema considerando somente a uma melhor otimização do uso da Rede Básica seria em média em torno de 270 MW, mas que os demais pontos de conexão da rede deveriam ser analisados, não necessariamente as que já têm fontes renováveis, mais as demais tecnologias de geração no intuito de se acrescentar potências novas com diferentes tecnologias ou até mesmo com a mesma tecnologia, aumentando assim seus fatores de capacidade no conjunto associado. A uma estimativa considerável a ser calculada de potência nova ao sistema de transmissão, se forem levadas em conta as usinas hoje em operação, se os aspectos técnicos aqui trazidos fossem considerados para associação destas usinas.

Referências Bibliográficas

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Área

Energia Elétrica, Eólica e Solar