SMART-SEN: Um Modelo de Simulação do

Sistema Elétrico Nacional com Presença de

Geração de Renováveis Intermitentes:Impactos Operacionais, Regulatórios e Custos

Equipe Básica:

Prof. Dr. Paulo Barbosa Prof. Dr. Warren Powell Prof. Dr. Alberto Luiz Francato

Dr. Marcos Leone Filho Dr. João R. C. Pires Dr. Fernando A. A. Prado

FIESP, São Paulo, 24 de março de 2016

Motivação

Sistemas de potência:

Demanda tempo real ≠ Produção de fontes intermitentes

Realidade: penetração de energia eólica e solar é uma

realidade no mundo todo

No Brasil:

Atualmente: Avanço progressivo da energia eólica

Até 2022: 9,5% de energia eólica

Motivação

Redução da entrada de hidroelétricas com reservatórios devido

a aumento das restrições ambientais.

Descasamento espacial entre a geração das diversas fontes

Necessidade de aumento de térmicas (gás natural, carvão e

nuclear) para geração na base.

Motivação

Motivação

A ampliação das eólicas se dá com diversidade regional:

Motivação

A partir da experiência internacional, surgem desafios devido

à entrada de eólicas:

Necessidades crescentes de reserva para regulação de

frequência e voltagem

Necessidades crescentes de reserva girante

Rampas de subida e descida mais rápidas

Despachos menos eficientes das fontes convencionais

Necessidade de disponibilidade de reserva girante para

acomodação de flutuações de curtíssimo prazo ( de 1 a 15

minutos).

Necessidade de reserva de prontidão para variações de curto

prazo (horária) da carga.

Necessidade de adaptação das regras para o despacho ótimo

no nível horário/diário.

Implicações no Planejamento da

Operação

MotivaçãoImplicações no Planejamento da

Operação

Necessidade de aprimoramento das questões regulatórias e

comerciais para viabilizar a implementação em larga escala de

sistemas manutenção de frequência e tensão.

Necessidade de se aumentar os estudos de capacidade de

transmissão.

Necessidade de aprimoramento nos modelos de previsão de

despacho de curtíssimo prazo (redução liga/desliga de usinas).

Proposta de Pesquisa

Desenvolvimento de um software de simulação que emule as

regras de despacho e operação do sistema elétrico, com

discretização de minuto e horizonte diário ou semanal;

Avaliar a capacidade de o sistema garantir confiabilidade de

suprimento de energia elétrica na rede do SIN, atendendo aos

requisitos de controle de voltagem e frequência;

Realizar estudos do SIN para configuração atual e para

diferentes cenários futuros de mudança de matriz energética;

Proposta de Pesquisa

Identificar a necessidade de promover expansão da capacidade

de transmissão da rede, expansão da geração ou recursos de armazenamentos distribuídos na rede de maneira a melhorar o

nível de confiabilidade operativa;

Avaliar o cronograma viável de introdução das fontes renováveis

no SIN;

Avaliar a base regulatória e impactos comerciais diante da introdução da produção de renováveis intermitentes;

Computar custos adicionais (não computados nos leilões de

geração eólica) que deverão ser considerados para viabilizar a

entrada de geração eólica.

SMART-ISO para a PJM

Simulador de operação de sistemas de potência:

Visão detalhada do sistema de transmissão da PJM

Despacho de máquinas ótimo

Considera mercado spot de energia elétrica da PJM

Capaz de fazer simulações diversas

Com/sem eólicas

Diferentes níveis de geração eólica

Ampliação/modificação do grid

Análises de viabilidade e factibilidade

SMART-SEN: Proposta de pesquisa

Despacho horário

(IT-SCED)

Decisão de alocação de máquinas

Validação AC

Problemas?

NÃOSIM

Identificar violações

Retro-alimentar com novos dados e

restrições

Despacho diário

Simulação em tempo real

Checagem AC

SMART-SEN: arquitetura

SMART-SEN:

características de inovação

Modelagem do efeito da entrada das fontes intermitentes no

sistema interligado nacional, com avaliação dos seus impactos

em escala de discretização de curtíssimo prazo que permita

capturar intervalos de tempo com ausência de produção eólica, ou grande variações em curto intervalo de tempo;

Simulação das manobras operativas necessárias para

compensar a ausência de produção eólica ou garantir que a sua variabilidade não traga prejuízos à qualidade da energia

suprida;

Avaliação das necessidades de reforços nos sistemas de

transmissão.

SMART-SEN: produtos

Nova metodologia de extração e manipulação de dados de operação (curtíssimo prazo e tempo real) com

intermitentes

Software simulador da operação eletro-hidro-energética de

curtíssimo prazo e tempo real para o SIN

Nova metodologia para indicação de locais potenciais

para instalação de novos geradores intermitentes

Nova metodologia para cálculo de custos marginais de

operação provenientes da penetração de intermitentes

Know-how

Equipe Unicamp:

Grande experiência em modelagem do sistema hidrotérmico

brasileiro para planejamento de médio e longo prazos

Experiência em gestão de reservatórios, bacias e operação

de hidrelétricas

Equipe Princeton:

Grande experiência em modelagem de mercado de

energia elétrica para planejamento de penetração de

fontes intermitentes de energia elétrica

Modelo SMART-ISO

Cronograma

WBS SMART-SEN

1. Impactos fontes intermitentes

Etapa 1 Impactos fontes intermitentes

Etapa 1.1 Reservas operativas SMART ISO

Etapa 1.2 Caracteristicas Intermitência eolica

Etapa 1.3 Caracteristicas Intermitência solar

Etapa 1.4 Impactos Intermitência eolica

Etapa 1.5 Impactos Intermitência solar

Etapa 2 Base regulatoria e comercial

Etapa 2.1 Operaçao PJM

Etapa 2.2 Operação ONS

Etapa 2.3 Remuneraçao Ancilares PJM

Etapa 2.4 Remuneraçao Ancilares ONS

Etapa 2.5 Custo marginal por barra PJM

Etapa 2.6 Simulação SMART-SEN (sem hidraulica)

Etapa 2.7 Simulação SMART-SEN (com hidraulica)

Etapa 2.8 Conclusão dos impactos no SIN

Etapa 3 Aquisiçao de dados

Etapa 3.1 Dados hidroeletricas

Etapa 3.2 Dados termoeletricas

Etapa 3.3 Dados da rede SIN

Etapa 3.4 Historico potencia

Etapa 3.5 Historico de despachos

2. Base regulatoriae comercial

3. Aquisiçao de dados

4. Integração e simulação SIN

1.1. Reservas operativas SMART ISO

1.2. CaracteristicasIntermitência eolica

1.3. CaracteristicasIntermitência solar

1.4. Impactos Intermitência eolica

1.5. Impactos Intermitência solar

2.1. OperaçaoPJM

2.2. Operação ONS

2.3. RemuneraçaoAncilares PJM

2.4. RemuneraçaoAncilares ONS

2.5. Custo marginal por barra PJM

2.6. Simulação SMART-SEN (sem hidraulica)

2.7. Simulação SMART-SEN (com hidraulica)

2.8. Conclusão dos impactos no SIN

3.1. Dados hidroeletricas

3.2. Dados termoeletricas

3.3. Dados da rede SIN

3.4. Historicopotencia

3.5. Historico de

despacho

5. Simulação com hidroelétricas

6. Validação SMART-SEN

WBS SMART-SEN

1. Impactos fontes intermitentes

Etapa 4 Integração e simulação SIN

Etapa 4.1 Leitura de dados GRID BrasilEtapa 4.2 Leitura de dados de custoEtapa 4.3 Leitura de dados de cargaEtapa 4.4 Leitura de dados eolicaEtapa 4.5 Leitura de dados solarEtapa 4.6 Relatório custos locacionaisEtapa 4.7 Relatório níveis de reserva

Etapa 4.8 Relatório de despachosEtapa 4.9 Manual de instalaçao v1Etapa 4.10 Manual de usuario v1Etapa 4.11 Software SMART-SEN v1

Etapa 5 Simulação com Hidroelétricas

Etapa 5.1 Conexão Reservatórios

Etapa 5.2 Leitura dados reservatóriosEtapa 5.3 Caracteristicas das hidroeletricas

Etapa 5.4 Leitura dados hidrologiaEtapa 5.5 Manual de instalaçao v2

Etapa 5.6 Manual de usuario v2Etapa 5.7 Software SMART-SEM v2

Etapa 6 Validação SMART-SEN

Etapa 6.1 Relatorio Final

2. Base regulatoriae comercial

3. Aquisiçao de dados

4. Integração e

simulação SIN

4.1.Leitura de dados GRID Brasil

4.2. Leitura de dados de custo

4.3. Leitura de dados de carga

4.4. Leitura de dados eolica

4.5. Leitura de dados solar

4.6. Relatório custos locacionais

4.7. Relatório níveis de reserva

4.8. Relatório de despachos

4.9. Manual de instalaçao v1 4.10. Manual de

usuario v1

5. Simulação com Hidroelétricas

6. Validação

SMART-SEN

5.1. Conexão Reservatórios

5.2. Leitura dados reservatórios

5.3. Caracteristicasdas hidroeletricas

5.4. Leitura dados hidrologia

5.5. Manual de instalaçao v2

5.6. Manual de usuario v2

5.7. Software SMART-SEM v2

6.1. Relatório final

4.11. Software SMART-SEN v1

PONTOS FORTES DO PROJETO

1) INEDITISMO:

• Não existe nada similar no Brasil

• A aplicação no exterior tem presença limitada de hidráulica

2) RELEVÂNICIA:

• Já começa a ser um problema para os agentes

• Crescimento esperado para o futuro próximo

3) APLICABILIDADE:

• O software a ser desenvolvida utilizará a base de dados oficial do

ONS

• A aplicação é realística e imediata para diversos tipos de estudos

para os agentes (reservas e custos, subsídios para leilões, e reforços

na transmissão)

4) RISCOS:

• Baixo risco diante de:

• Software prévio existente para o PJM

• Participação do ONS: Dados e expertise

• Participação de um pool de empresas: Visão dos

agentes/contribuições regulatórias

• Equipe internacional e nacional extremamente qualificados

Obrigado!

Prof. Alberto Luiz Francatofrancato@fec.unicamp.br