usinas reversíveis 12 08 2019gesel.ie.ufrj.br/app/webroot/files/publications/27_usinas...usinas...

Usinas ReversíveisA experiência da EDP em Portugal

Rio de Janeiro, 12 de Agosto de 2019

JULHO 2016Rio de Janeiro, 12 de Agosto de 2019Usinas Reversíveis - A experiência da EDP em Portugal

O Grupo EDP…


A EDP Produção…

EDP Produção é a empresa do Grupo EDP detentora da geração

convencional em Portugal


EDP Produção – Plano de investimento 2007-2017

A EDP Produção executou em Portugal o maior plano de investimento de geração na Europa,

entre 2007 e 2017, resultando na construção de uma CCGT, três novos aproveitamentos hidroeléctricos e 5 reforços de potência.

Aumento da capacidade instalada

Investimento total

Usinas Reversíveis - A experiência da EDP em Portugal Rio de Janeiro, 12 de Agosto de 2019

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagem1

Enquadramento Legislativo das Concessões de Domínio Hídrico2

Remuneração por Capacidade3

O funcionamento do mercado elétrico 4

Usinas Hidroelétricas Reversíveis da EDP Produção5

Estudos Preliminares e de Inventário de Novos Centros Produtores Reversíveis6

Aspetos construtivos e tecnológicos

7

Processo de licenciamento ambiental e principais impactos socioambientais

9

Custos de Construção

8


Em Portugal Continental a contribuição das Energias Renováveis tem sido crescente, em especial a eólica

Fonte REN0,68

1,08 1,19

0,75

1,33

0,8

0,42

0,98

0,760,56

0,77

1,31

0,92

0,48

1,17 1,27

0,74

1,33

0,47

1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

IPH Média dos regimes hidrológicos (1956/2012)

0

10

20

30

40

50

60

1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Remuneração Garantida Carvão EDP Carvão Tejo Energia Gás Natural Turbogás

Fuelóleo EDP Gás Natural EDP Gás Natural ElecGás Hídrica EDP Regime Geral ‐ Bombagem

Saldo Importador Consumo

Emissão em 2017 (GWh)

Produção EDP Regime Geral 22 093Hídrica 6 726

Térmica 15 367

Produção Regime Geral (Outras) 11 719Carvão Tejo Energia 4 182

Gás Natural Turbogás 3 902

ElecGás 3 635

Remuneração Garantida 20 711Eólica 11 974

Mini‐Hídrica 613

Fotovoltaico 833

Ondas 0

Biomassa 2 810

Outras não renováveis 4 481

Saldo Importador ‐2 684

Consumo em Bombagem 2 223

Consumo 49 617

6

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagem


7

13,6

13,5

4,5

12,0

0,63,2

6,70,8

Carvão

Gás Natural

Rem. GarantidaTérmica

Eólica

Rem. GarantidaHídrica

Rem. GarantidaTérmica

HídricaFotovoltaico

1 756

3 829

1 430

5 090

410

6 783

452 Carvão

Gás Natural

Rem.GarantidaTérmica

Eólica

Rem.GarantidaHídrica

Hídrica

Fotovoltaico

Potência Instalada (MW) Produção (TWh)

RenovávelNão Renovável

IPH = 0,47

Em 2017, 42% da produção foi de origem renovável.Mas num ano mais húmido, como o de 2016 (IPH=1,33) essa contribuição sobe para 53%.

Portugal – Continente 2017

19 750 MW 54,9 TWh

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagemAtualmente as Energias Renováveis representaram entre 42% e 53% da produção de eletricidade (2017 e 2016 respetivamente)


08 maio 2016

No dia 8 de maio de 2016 a satisfação do consumo na emissão foi 100%realizado através de energias renováveis.

Apenas entre as 10h e as 14h foi necessário a importação para satisfazer oconsumo das bombagens hidroelétricas.

A produção das grandes centrais térmicas nesse dia em Portugal foi nula.

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagemRecentemente ocorreram situações em que 100% do consumo foi abastecido por Energias Renováveis


Consumo+BombagemConsumo

FuelImportaçãoAlbufeirasFios ÁguaGás Natural

Regime EspecialCarvão

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagemMas no verão (período seco) são necessárias as centrais termoelétricas


0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

0 6 12 18

14‐04‐2012

1 8 16 24Hora

MW 19‐10‐2012 24‐11‐2012

D 3 226 MW

1 8 16 24 1 8 16 24Hora Hora

Max. – 3 434 MWMin. – 3 074 MW

Produção – 79.4 GWh

Max. – 147 MWMin. – 32 MW


Max. – 3 433 MWMin. – 207 MW


65%Consumodiário

2%Consumodiário

32%Consumodiário

0

50 000

100 000

150 000

200 000

250 000

300 000

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Daily average Wind Generation 2007‐2013

2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013

MWh Média Diária de Produção Eólica [2007‐2013]

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagemO perfil da produção eólica é muito variável


De noite bomba aproveitando o excesso de energia eólica armazenando energia

JUSANTE

Complementaridade Hídrica/Eólica

MONTANTE

De dia turbina produzindo energia nos períodos mais adequados

O Setor Elétrico Português e o papel da bombagemA bombagem desempenha um papel essencial na gestão da intermitência das renováveis









7


9


8


PotPottN

Pro

2063 anos 20 Pro1952463147Pro

MW 246 - Reforço PotênciaMW 195 - Reforço antes Pot.2012 - Reforço Explor. Início

2042 - Concessão Fim1995 - Concessão Início

Pro ‐ Prorrogação (anos)

N ‐ Número total de anos da concessão original de utilização do domíniohídrico

t ‐ Número de anos remanescentes até ao final da concessão original deutilização do domínio hídrico

Pot ‐ Potência elétrica da central antes do reforço de potência

ΔPot ‐ Potência elétrica adicional devida ao reforço de potência

Diretiva nº 2000/60/CEParlamento Europeu e do Conselho23 de outubro de 2000(Diretiva Quadro da Água)

… “os prazos das concessões podem ser prorrogados” …

Lei quadro da água (Lei 58/2005, de 29/dez) e legislaçãocomplementar (Decreto‐Lei 226‐A/2007)

Exemplo:

Picote

2042 até 2063

Enquadramento Legislativo das Concessões de Domínio HídricoDe acordo com a atual legislação, os prazos das concessões podem ser prorrogados através da realização de investimentos de aumento de Potência









7


9


8


Potência InstaladaLíquida(MW)

Valor de referência da Garantia de Potência

(€/kW)

Atual previsãoda data de

Entrada em Serviço

MontanteAnual(M€)

Alqueva II 256 11,0 dezembro 2012 2,8

Baixo Sabor 186 23,1 janeiro 2015 ‐ Jusantefevereiro 2016 ‐Montante 4,3

Ribeiradio 75 23,1 maio 2015 1,7

Venda Nova III 779 11,0 janeiro 2017 8,6

Salamonde II 223 11,6 janeiro 2016 2,6

Foz Tua 266 13,0 abril 2017 3,5

Fridão 238 11,0 outubro 2027 2,6

O incentivo vigora durante os 10 primeiros anos;

Há uma penalização das decisões de adiamento dos investimentos e um prémio pela antecipação;

Os reforços de potência com bombagem recebem apenas metade do incentivo;

Os reforços de potência sem bombagem não têm incentivo.

Para um ano correspondente a um regime hidrológico médio, estima‐se que as receitas de Garantia dePotência correspondam a cerca de 15% a 21% do total das receitas.

Garantia de PotênciaIncentivo ao investimento das Novas Usinas Hidroelétricas









7


9


8

Usinas Reversíveis - A experiência da EDP em Portugal Rio de Janeiro, 12 de Agosto de 2019Fonte: UNGE / EDP

€/MWh

PreçoMercado Curva de Oferta

QuantidadeGWh

Ofertas contratadas

Curva de Procura

Volume de Energiacontratada

Ofertas nãocontratadas

Mercado Spot – “dia seguinte”

Mercado Marginalista

Preços Horários

Preço Ibérico

A bombagem resulta da arbitragem de preços no mercado de energia

O funcionamento do mercado elétricoOs Preços Pool do Mercado Ibérico resultam do cruzamento entre a procura e a oferta em cada hora, como acontece noutros mercados


O Mercado Ibérico é um dos mais líquidos na Europa, sendo os preços comparáveis com os de outros mercados. De facto, na maioria dosanos, o MIBEL regista preços inferiores à média dos preços para os principais mercados Europeus. Adicionalmente, enquanto os preços noMIBEL variam entre os 0 e os 180 €/MWh, no cenário Europeu as oscilações são maiores, entre ‐500 e +3000€/MWh.

Os Mercados físicos são constituídos por Mercado diário (dia seguinte), Mercados Intradiários e Mercados deServiços de Sistema

D‐1 DCurto Prazo

Mercado

Diário

(80%

‐90%

ene

rgiape

dida)

Mercado

Intradiário

Entrega

Mercado

Serviços

de Sistem

a

OMIE OMIE REE/REN

Médio / Longo Prazo

Mercados a Prazo

OMIP / OTC

Produtores

Regime Especial

Retalhistas

Comerciantes

Clientes

AgentesExternos

Agentes

OMIP – Operador do Mercado Ibérico de Energia (Portugal)OMIE – Operador do Mercado Ibérico de Energia (Espanha)REE e REN – Operadores de Sistema de Espanha e Portugal

Fonte: UNGE / EDP

O funcionamento do mercado elétricoMercado Ibérico de Eletricidade (MIBEL)


FÍSICOS

FINANCEIROS

Nestes mercados é obrigatória a entrega física da energia;

Curto prazo (spot, day‐head);

São sujeitos a validações técnicas para garantir a segurança deabastecimento.

Mercados para negociação a prazo;

Estes mercados são utilizados para cobertura de risco (hedging) enegociação/especulação;

Subdividem‐se em topologias distintas:–Mercados Organizados (futuros);–Over‐the‐Counter (OTC).

Os Mercados de Energia têm duas tipologias:

Fonte: UNGE/EDP

O funcionamento do mercado elétricoHá Mercados Físicos e Financeiros…


Mercado diário

Oportunidades adicionais se os preços intradiários descerem

Oportunidades adicionais para períodos de baixos níveis de reserva

‒ Além da arbitragem de preços, as centrais equipadas com bombagem têm vindo a ser cada vez

mais lucrativas nos mercados de serviços de sistema

‒ A bombagem fornece flexibilidade ao operador de sistema A Bombagem pode ser utilizada

como forma de evitar a redução da produção de uma Central

Oportunidades baseadas no spread peak/off‐peak

‒ A água é bombada durante os períodos de preços baixos de eletricidade (geralmente durante a

noite) e turbinada durante os períodos de preços altos (geralmente em horas de ponta).

Intradiário e Serviços de Sistema

O funcionamento do mercado elétricoEstratégica de Bombagem Hídrica

Rendimento

bomba (veio) bomba global (emissão) *

ciclo turbina/ bomba

Alqueva 2 93% 92% 83%Frades 2 95% 93% 86%

* Excluindo perda de carga no CH e perdas nos barramentos


Custo Unitário Final de Bombagem em Portugal Participação da Bombagem em diferentes mercados

Mercado Diário(dia seguinte)

MercadoIntradiário

Terciária+Restrições+Desvios

Preço de Mercadospot em Portugal

Custo unitáriode Bombagem

Mercado diário

Terciária

Mercado intradiário

Restrições

No ano de 2016 (IPH=1,33) as receitas com Serviços de Sistema corresponderam a cerca de 13% do totaldas receitas. No ano de 2017 (IPH=0,42) este valor foi de 12,4%.

Desta forma, nos anos de 2016 e 2017, as receitas com Serviços de Sistema corresponderam, em média, acerca de 12,8% do total das receitas.

O funcionamento do mercado elétricoA Bombagem tem tido um papel importante nos mercados de serviços de sistema ….. e com custos abaixo dos preços do mercado diário









7


9


8


Usinas reversíveis em exploração:

1. Alto Rabagão (1964)2. Aguieira (1981)

3. Vilarinho das Furnas II (1987)4. Torrão (1988)5. Alqueva (2003)

6. Venda Nova II (2005)7. Alqueva II (2012)

8. Salamonde II (2016)9. Baixo Sabor e Feiticeiro (2016)

10.Venda Nova III (2017)11.Foz Tua (2017)

1011

9

57

86

2

3

1

4

Usinas Hidroelétricas Reversíveis da EDP Produção


O aproveitamento está situado no rio Rabagão. Acentral é subterrânea em caverna, equipada comdois grupos reversíveis, e está implantada a 130 mde profundidade. O túnel de restituição tem cercade 6 km, dotado de chaminé de equilíbrio.

Principais Indicadores Entrada em Serviço 1964

Potência 68 MW

Produtibilidade líquida bombagem 114 GWh

Queda 180 m

Caudal turbinamento/bombagem 52,8/36 m3/s

Volume útil 550,1 hm3

Usinas Hidroelétricas Reversíveis da EDP ProduçãoAlto Rabagão


O aproveitamento está situado no rio Tua. Incluiuma barragem, uma central subterrânea em poço,equipada com dois grupos reversíveis, e umcircuito hidráulico constituído por dois túneis.

Principais IndicadoresInício da Construção 2011

Entrada em Serviço 2017

Potência 270 MW

Produtibilidade Média Anual 660 GWh

Produtibilidade líquida bombagem 275 GWh

Queda 93,6 m

Caudal turbinamento/bombagem 310/250 m3/s

Volume útil 69 hm3

Perfil longitudinal

Usinas Hidroelétricas Reversíveis da EDP ProduçãoFoz Tua


Usinas Hidroelétricas Reversíveis da EDP ProduçãoFoz Tua









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9


8


FASE 1 – SELEÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

• Ranking baseado (p. ex.) no declive médio e no comprimento dos cursos de água ‐importância do potencial hídrico / disponibilidade hídrica é de segunda ordem;

• Combinação dos diversos critérios.

FASE 2 – SELEÇÃO DE TRECHOS DE RIOS

FASE 3 – DETEÇÃO DE ZONAS PARA CONSTITUIÇÃO DE RESERVATÓRIOS

RECURSO A SISTEMAS DE INFORMAÇÃO GEOGRÁFICA (SIG)

Estudos Preliminares e de Inventário de Novos Centros Produtores ReversíveisMapeamento do potencial para implantação de usinas reversíveis – Estudos e Metodologias


FASE 1 – SELEÇÃO DE BACIAS HIDROGRÁFICAS

• Ranking baseado (p. ex.) no declive médio e no comprimento dos cursos de água



A aplicação de software para deteção dos melhorestrechos evita o julgamento subjectivo

FASE 2 – SELEÇÃO DE TRECHOS DE RIOS

PlantaPerfilLongitudinal

Rio principal

Afluente

Exemplo de algoritmo de deteção de trechos de rio

mais interessantes



FASE 3 – DETEÇÃO DE ZONAS PARA CONSTITUIÇÃO DE RESERVATÓRIOS• Reservatórios existentes• Deteção de zonas planálticas adequadas a distâncias e com desníveis requeridos



Seleção de zonas potencialmente mais interessantes, por observação inicial da carta de relevo(zonas planálticas com vertentes altas e íngremes);

Exclusão de locais em áreas com estatuto de conservação;

Pesquisa mais pormenorizada de sítios por observação visual, nas cartas militares 1:25.000 ecom apoio do “Google Earth”, privilegiando:

• quedas superiores a 500 m;• circuitos hidráulicos com menos de 7 km;• armazenamentos úteis em ambos os reservatórios com mais de 1 hm3;

Seleção empírica de locais potencialmente interessantes (estimativa de queda, extensão decircuito hidráulico e volume útil mobilizável).

Metodologia:










7


9


8


Aspetos técnicos que podem implicar aumento de custo nas soluções reversíveis relativamente a soluções convencionais equivalentes

Obras Civis

• Bocais tomada de água / restituição (dupla função);• Chaminés de equilíbrio (manobras bombagem);

• Maior submergência dos grupos (maior extensão dos túneis / poços de acesso e saída de energia, maiores cargas a montante, …);

• Criação de condições hidráulicas para bombagem –maior extensão do circuito hidráulico ou escavação do leito do rio a jusante.

Equipamentos

• Grupos;• Hidromecânico da restituição.



CUSTOS DAS OBRAS+EQUIPAMENTOS POR MW INSTALADO NA REDE PREÇOS DE 2006

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450

POTÊNCIA INSTALADA (MW)

103 E

UR

OS

/ MW

Reversíveis Não reversíveis

+25%

+13%+10%

Custos de ConstruçãoVariação do custo específico com a potência









7


9


8


Modelação da qualidade da água mais complexa (particularmente no caso dos reforços de potência);

Maior frequência de variação do nível de água da albufeira e consequentes efeitos ao nível da faixa interníveis (erosão e impacte visual de difícil minimização);

Eventual afetação da qualidade ecológica do troço a jusante da Restituição, decorrente dos diferentes modos de operação (bombagem e turbinamento);

Rentabilização/otimização das infraestruturas existentes, no caso dos reforços de potência.

Principais Impactos SocioambientaisImpactos “exclusivos” das usinas reversíveis









7


9


8


O arranque dos grupos em modo bomba pode ser realizado, entre outros, com recurso a: Conversor estático de frequência (CEF)

1. Ligar auxiliares2. Desafogar a roda3. Ligar excitação4. Ligar CEF5. Ligar sincronização6. Afogar a roda7. Desligar CEF

MGS MGS

(a) (b)

Aspetos construtivos e tecnológicosArranque em modo bomba – Conversor Estático de Frequência

Imagem

de corte do

grupo

: Voith


660

665

670

675

680

685

690

695

700

705

mar/13

ago/13

jan/14

jun/14

nov/14

abr/15

set/15

jan/16

jun/16

nov/16

abr/17

set/17

fev/18

Cota alb. Venda Nova [m]

Entrada em serviço FDII

Obra da tomada de água

Albufeira de Venda Nova

Variação de nível de água nos últimos 5 anos

Aspetos construtivos e tecnológicosExploração


Potência [M

W]

Velocidade rotação [%]

‐110

‐90

‐70

‐50

‐30

‐10

10

30

50

70

90

110

‐500

‐400

‐300

‐200

‐100

0

100

200

300

400

500

14‐abr‐18 12

:00:00

15‐abr‐18 00

:00:00

15‐abr‐18 12

:00:00

16‐abr‐18 00

:00:00

16‐abr‐18 12

:00:00

17‐abr‐18 00

:00:00

17‐abr‐18 12

:00:00

18‐abr‐18 00

:00:00

18‐abr‐18 12

:00:00

19‐abr‐18 00

:00:00

19‐abr‐18 12

:00:00

20‐abr‐18 00

:00:00

20‐abr‐18 12

:00:00

21‐abr‐18 00

:00:00

21‐abr‐18 12

:00:00

22‐abr‐18 00

:00:00

22‐abr‐18 12

:00:00

Gr.1 ‐ Potência Ativa Gr.1 ‐ Velocidade

Frades II ‐ Grupo 1: 14/04/2018 a 22/04/2018

Aspetos construtivos e tecnológicosExploração


389339

232229

187

61

132

355

438

528

415

283

236

172

71

276

398

488

Abr Mai Jun Jul Ago Set Out Nov Dez

Turb. BombaHoras de funcionamento


Frades II ‐ Desempenho operacional 2017

Exploração


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1100

AR G1

AR G2

FDI G

1

FDI G

2

FDII G1

FDII G2

SDII

BS G1

BS G2

FC G1

FC G2

FZ G1

FZ G2

TR G1

TR G2

AG G1

AG G2

AG G3

AV G1

AV G2

AQ G1

AQ G2

Turbina Bomba Compensador Turbina: h funcionam./nº arranques Bomba: h funcionam./nº arranques

nº de arranq

ues

h de funcionamento/nº de arranques


Nº de arranques em TURBINA, BOMBA e COMPENSADOR ‐ 2017

Exploração

JULHO 2016

Muito obrigado!

Autores:Ana Cristina Nunes – Direção Regulação e MercadosCristina Sarmento – Direção Engenharia de BarragensFilipe Duarte – Direção Otimização e Gestão de Ativos HídricosJosé Carlos Sousa – Área de Risco e Continuidade do NegócioTeresa Cavaco – Direção de SustentabilidadeVítor Ribeiro – EDP Internacional

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