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ACTUALIZAÇÃO DA REDE ELÉCTRICA NACIONAL EM POWERWORLD
Instituto Superior de Engenharia do Porto Mestrado em Engenharia Electrotécnica- Sistemas Eléctricos de Energia
Operação e Planeamento de Sistemas Eléctricos de Energia Janeiro de 2011
Elves Silva Nº 1071190 Vitor Ribeiro Nº 1070184
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
2
ÍNDICE
Índice de figuras ................................................................................................... 3
Índice de tabelas ................................................................................................... 3
Índice de gráficos.................................................................................................. 3
1. Introdução ..................................................................................................... 4
1.1. Objectivos ....................................................................................................................... 4
1.2. Organização do relatório ............................................................................................... 4
2. Caracterização da Rede nacional de Transporte ........................................ 6
2.1. Sistema Eléctrico Nacional .................................................................................... 6
2.2. Produção .................................................................................................................. 8 2.3. Transporte ................................................................................................................ 9
2.4. Rede Nacional de Transporte (RNT) ...................................................................... 9
2.4.1. Comprimento das linhas da RNT ............................................................................ 12
2.4.2. Potência de transformação ..................................................................................... 13
2.4.3. Perdas na rede de transporte ..................................................................................... 14
2.4.4 Caracterização da RNT ............................................................................................... 16 2.5. Gestão Global do Sistema .................................................................................... 16
2.5.1. Serviços de Sistema ................................................................................................ 17 2.6. Regulamentos ........................................................................................................ 23
2.6.1. Regulamento de Operação das Redes ................................................................... 23 2.6.2. Regulamento da Rede de Transporte ............................................................................ 25
3. Actualização da Rede Nacional de Transporte no Powerworld .............. 26
3.1. O software PowerWorld Simulator ...................................................................... 26
3.2. Actualização das cargas ....................................................................................... 27
3.3. Actualização das subestações ............................................................................ 28
3.4. Actualização das linhas .............................................................................................. 29
4. Resultados e Análise .................................................................................. 30
5. Conclusão ................................................................................................... 31
6.Referências Bibliográficas .............................................................................. 32
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
3
Índice de figuras Figura 1 Regulação de velocidade de geradores .................................................................. 20 Figura 2 Área de trabalho do PowerWorld Simulator .......................................................... 26 Figura 3 Configuração da Rede Nacional de Transporte Actualizada ................................... 29
Índice de tabelas Tabela 1 Evolução do comprimento das linhas de MAT ....................................................... 12 Tabela 2 Evolução da potência de transformação ............................................................... 13 Tabela 3 Evolução das perdas na rede de transporte .......................................................... 14 Tabela 4 Comprimento das linhas por nível de tensão (km) ................................................ 16 Tabela 5 Subestações ........................................................................................................... 16 Tabela 6 Evolução da carga de 2006 a 2009 ......................................................................... 27
Índice de gráficos Gráfico 1 Evolução do comprimento das linhas de MAT ...................................................... 12 Gráfico 2 Evolução da potência de transformação .............................................................. 14 Gráfico 3 Evolução das perdas na rede de transporte ......................................................... 15 Gráfico 4 Evolução da taxa de perdas na rede de transporte .............................................. 15 Gráfico 5 Evolução das cargas de 2006 a 2009 ..................................................................... 27
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
4
1. Introdução
O sector eléctrico em Portugal pode ser dividido em cinco actividades principais:
produção, transporte, distribuição, comercialização de electricidade e operação dos
mercados organizados de electricidade [1].
A electricidade é produzida com recurso a diversas tecnologias e a diferentes fontes
primárias de energia (carvão, gás, fuel, gasóleo, água, vento, biomassa, entre outros) e é
suficiente para satisfazer o consumo de energia eléctrica em Portugal Continental. Em
Portugal, os principais produtores são a EDP Produção, a Turbogás e a Tejo Energia.
Actualmente, estas centrais concorrem em regime de mercado (mercado ibérico) com as
centrais de produção espanholas, através da importação. Esta energia é encaminhada
para a Rede Nacional de Transporte (RNT), que é operada pela REN SA, em alta ou
muito alta tensão, que a entrega às redes de distribuição, em níveis de tensão mais
baixos, para satisfação das necessidades dos consumidores [2].
De modo a manter as actividades do sector eléctrico abertas à entrada de novos
operadores em regime de mercado, foi separada a actividade de distribuição da
actividade de comercialização de energia eléctrica.
Enquanto a distribuição veicula a energia nas condições técnicas adequadas através
das redes, a comercialização garante os procedimentos comerciais inerentes à venda a
grosso e a retalho de energia eléctrica [2].
1.1. Objectivos
Este trabalho tem como objectivos principais:
• Actualização da rede eléctrica nacional;
• Implantação da rede eléctrica nacional;
• Implantação da rede eléctrica nacional no PowerWorld Simulator;
• Análise de resultados e validação;
1.2. Organização do relatório O trabalho foi desenvolvido de modo a atingir os objectivos traçados estando o
relatório encontra-se organizado em seis capítulos.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
5
No capítulo 1 é apresentada a introdução.
No capítulo 2 são abordadas as questões relacionadas com a caracterização da
rede eléctctrica nacional de transporte. É apresentada a estrutura da rede nacional de
transporte, o transporte de energia, a evolução das linhas de transporte e a evolção do
consumo desde 1997 a 2009.
No capítulo 3 é apresentada a actualização da rede nacional de transporte no
PowerWorld Simulator para o ano de 2010, partindo de dados da rede do ano 2006.
Apresentamos a actualização das cargas, dos transformadores, das baterias de
condensadores e das linhas.
No capítulo 4 é apresentado o resultado da nossa simulação. É feita uma análise
comparativa com os resultados do relatório da REN referentes ao estado da rede para o
dia 12 de Março de 2010 às 14 horas. Esta data representa o consumo máximo no
inverno.
As principais conclusões são apresentadas no capítulo 5.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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2. Caracterização da Rede nacional de Transporte
2.1. Sistema Eléctrico Nacional
Em termos organizativos, o SEN pode ser dividido em cinco actividades principais:
produção, transporte, distribuição, comercialização e operação dos mercados
organizados de electricidade que, em regra, são desenvolvidas de forma independente
[2].
• Produção de electricidade
A produção de electricidade está inteiramente aberta à concorrência.
A produção de electricidade é dividida em dois regimes: (i) produção em regime
ordinário, relativa à produção de electricidade com base em fontes tradicionais
não renováveis e em grandes centros electroprodutores hídricos, e (ii) produção
em regime especial, relativa à cogeração e à produção eléctrica a partir da
utilização de fontes de energia renováveis e da cogeração.
No actual enquadramento legal, a lógica do planeamento centralizado de
produção de electricidade é substituída por uma lógica de mercado e de
iniciativa privada, havendo apenas lugar à intervenção do operador do sistema
para efeitos de segurança do abastecimento de energia eléctrica no SEN quando
se perspectivem situações de escassez energética.
No enquadramento legal anterior, a optimização da produção assentava nos
custos variáveis de produção de cada centro electroprodutor e, actualmente, a
optimização resultará de uma lógica de mercado.
• Transporte de electricidade
A actividade de transporte de electricidade é efectuada através da Rede
Nacional de Transporte (RNT), mediante uma concessão atribuída pelo Estado
Português, em regime de serviço público e de exclusividade à REN SA.
• Distribuição de electricidade
A distribuição de electricidade processa-se através da exploração da rede
nacional de distribuição (RND) constituída por infraestruturas ao nível da alta e
média tensão, assim como da exploração das redes de distribuição de baixa
tensão. A rede nacional de distribuição é operada através de uma concessão
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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exclusiva atribuída pelo Estado Português. Actualmente, a concessão exclusiva
para a actividade de distribuição de electricidade em alta e média tensão
pertence à EDP Distribuição. As redes de distribuição de baixa tensão continuam
a ser operadas no âmbito de contratos de concessão estabelecidos entre os
municípios e os distribuidores, actualmente concentrados na EDP Distribuição.
• Comercialização de electricidade
A comercialização de electricidade encontra-se inteiramente aberta à
concorrência.
Os comercializadores podem comprar e vender electricidade livremente e têm o
direito de aceder às redes de transporte e de distribuição mediante o pagamento
de tarifas de acesso estabelecidas pela ERSE. Os consumidores podem escolher
o seu comercializador e trocar de comercializador sem quaisquer encargos
adicionais.
Deverá ser constituída uma nova entidade, cuja actividade será regulada pela
ERSE, para supervisionar as operações logísticas de mudança de
comercializador.
Os comercializadores estão sujeitos a certas obrigações de serviço público no
que respeita à qualidade e ao abastecimento contínuo de electricidade e,
também, a fornecer acesso à informação em termos simples e compreensíveis.
• Operação dos mercados de electricidade
Os mercados organizados de electricidade operam num regime livre e estão
sujeitos a autorizações concedidas conjuntamente pelo ministro das Finanças e
pelo ministro responsável pelo sector energético. A operação do mercado de
electricidade deve ser integrada no âmbito do funcionamento de quaisquer
mercados organizados de electricidade estabelecidos entre o Estado Português e
outros Estados-membros da UE. Os produtores que operem sob o regime
ordinário e os comercializadores, entre outros, podem tornar-se membros do
mercado.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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2.2. Produção
A produção de energia eléctrica em Portugal Continental é de ogem predominantemente térmica.
Mais recentemente, tem vindo a aumentar a produção de energia a partir de fontes
de energia renovável, nomeadamente, aproveitamentos eólicos, aproveitamentos solares
fotovoltaicos, centrais mini-hídricas, bem como centrais térmicas a partir da combustão
de biomassa e biogás.
De todas as fontes renováveis, os aproveitamentos eólicos e os mini-hídricos são os
que maior fatia representam na produção de electricidade. Tem igualmente aumentado o
valor da energia eléctrica produzida por co-geração (produção combinada de calor e
electricidade em que é aproveitado o calor gerado na combustão para fins industriais ou
de aquecimento).
Estes empreendimentos integram a produção em regime especial (PRE), a
actividade licenciada ao abrigo de regimes jurídicos especiais, no âmbito da adopção de
políticas destinadas a incentivar a produção de electricidade, nomeadamente através da
utilização de recursos endógenos renováveis ou de tecnologias de produção combinada
de calor e electricidade.
Actualmente, no sentido de diminuir os impactos ambientais do sector eléctrico,
existem incentivos à produção de energia eléctrica a partir de fontes renováveis.
De igual modo, as centrais ditas convencionais devem igualmente cumprir os limites
estabelecidos ao nível ambiental, quer na fase de construção, quer na fase de
exploração.
Se por um lado as centrais térmicas cumprem programas rigorosos em termos de
controlo de emissões, às centrais hídricas são impostos requisitos mínimos a nível de
caudais ecológicos e das variações de caudal a jusante dos aproveitamentos,
designadamente das albufeiras.
A energia produzida nas centrais é entregue à rede de transporte, que a canaliza para
as redes de distribuição que a veiculam até às instalações dos consumidores. Uma parte
da energia produzida, nomeadamente a proveniente de energias renováveis, é injectada
directamente nas redes de distribuição de média e alta tensão em função da tecnologia
de produção associada.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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2.3. Transporte
A actividade de transporte de energia eléctrica integra o desenvolvimento,
exploração e manutenção da Rede Nacional de Transporte (RNT), das suas interligações
com outras redes, e a gestão técnica global do sistema, assegurando a coordenação das
instalações de produção e de distribuição, tendo em vista a continuidade e a segurança
do abastecimento e o funcionamento integrado e eficiente do sistema.
No sistema eléctrico nacional, a actividade de transporte é exercida, mediante a
atribuição por parte do Estado Português de uma concessão exercida em exclusivo e em
regime de serviço público, pela entidade REN, Rede Eléctrica.
2.4. Rede Nacional de Transporte (RNT)
A Rede Nacional de Transporte (RNT) assegura o escoamento da energia eléctrica
produzida nas centrais electroprodutoras até às redes de distribuição as quais conduzem
essa energia até às instalações dos consumidores finais, existindo alguns casos em que
estes consumidores (grandes consumidores) estão ligados directamente à rede de
transporte, por questões técnicas e económicas.
A rede de transporte está igualmente interligada com a rede espanhola de
transporte de electricidade (gerida REE – Red Eléctrica de España) em oito pontos
do território nacional, ou seja com quatro interligações a 400 kV e três interligações
a 220 kV, além de uma interligação a 130 kV [3], permitindo a realização de trocas
de electricidade com Espanha, úteis quer do ponto de vista da segurança dos
sistemas eléctricos, quer do ponto de vista do fornecimento aos consumidores de
ambos os países (mercado ibérico). Estas ligações transfronteiriças permitem ainda
optimizar o fornecimento de energia eléctrica em termos económicos, promovendo
a concorrência entre os agentes produtores de ambos os países [4]. Em 2009 o valor
médio da capacidade de importação para fins comerciais foi de 1205 MW. Está
previsto a construção de três novas interligações (duas no Minho e uma no Algarve),
as quais deverão estar concluídas no horizonte 2011-2014 [3].
A rede de transporte é constituída quase exclusivamente por linhas aéreas, nos
níveis de tensão de 400 kV, 220 kV e 150 kV, existindo ainda uma linha explorada a
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
10
132 kV no norte de Portugal. A rede de transporte engloba ainda troços em cabo
subterrâneo, explorados a 220 kV e 150 kV, nomeadamente na região da Grande Lisboa
[4].
A rede de muito alta tensão desenvolve-se, no que respeita às linhas de 400 kV, no
sentido Norte-Sul junto à costa, desde o centro electroprodutor de Alto Lindoso, a
Norte, até ao centro electroprodutor de Sines, a Sul; desenvolve-se igualmente no
sentido oeste- leste, estabelecendo as interligações com a rede espanhola. As linhas de
220 kV desenvolvem-se fundamentalmente entre Lisboa e Porto, e, na diagonal, entre
Miranda do Douro e Coimbra, bem como ao longo do rio Douro e na Beira Interior. A
rede de muito alta tensão é ainda complementada por um conjunto de linhas de 150 kV,
o primeiro nível histórico de tensão da RNT (desde 1951) [3].
A 31 de Dezembro de 2009, a RNT ligava 46 centros electroprodutores (28 hídricos,
9 térmicos 9 em regime especial, estes na sua maioria parques eólicos) e 87 instalações
(pontos de injecção ou recepção entre produtores e distribuidores ou grandes
consumidores industriais. Daquelas 87, 14 instalações são propriedade de grandes
consumidores, e das restantes 73 (61 subestações de transformação, 10 postos de corte e
2 postos de seccionamento), 71 são propriedade da REN [3].
A REN tem necessidade de investir na renovação e na expansão da RNT tendo em
vista a melhoria da sua capacidade de transporte e qualidade de serviço. Identificam-se,
de seguida, os principais catalisadores que determinam o actual plano da evolução desta
rede:
• Aumentar a capacidade de transporte para fazer face ao aumento do consumo de
electricidade. O crescimento do consumo da electricidade em Portugal motivado
pelo crescimento económico, pela convergência com os padrões europeus de
nível de vida e de conforto, e ainda por projectos específicos de grande
dimensão como as linhas ferroviárias de alta velocidade ou o novo aeroporto
internacional de Lisboa, implicam uma necessidade de aumento da capacidade
de transporte de electricidade.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
11
• Necessidade de ligações a novos centros electroprodutores clássicos e em regime
especial. As metas de política energética nacionais e europeias, que levam à
construção e integração no Sistema Eléctrico nacional de elevados níveis de
nova geração renovável, a maioria da qual, no interior do País, implicam o
reforço da RNT para ser capaz de transportar essas gerações para os centros de
consumo. A título de exemplo, prevê-se que a capacidade eólica instalada, que
em 2000 era quase nula, continue a aumentar dos actuais cerca de 3700 MW
para 7000 MW em 2020. Também várias grandes centrais hídricas que constam
do PNBEPH levam à necessidade de reforços do mesmo tipo.
• Aumentar a capacidade de interligação com Espanha. Na sequência da fixação
de objectivos, no âmbito do MIBEL, de significativo aumento de capacidade de
interligação e de subsequentes estudos conjuntos com a congénere espanhola
REE, irá conseguir-se, no médio prazo, a continuação do aumento da capacidade
mínima de interligação, dos actuais 1300 MW para cerca de 3000 MW em 2014,
através, entre outros reforços internos na RNT e na rede de Espanha, da
construção de mais duas novas interligações a 400 kV. Estes aumentos são um
dos pilares do estabelecimento do MIBEL, garantindo uma alargada
uniformização dos preços de electricidade a nível ibérico.
• Renovar equipamento em fim de vida útil. Trata-se de outra categoria de
decisões de planeamento, decorrendo da necessidade de substituir equipamentos
em fim de vida ou ainda de mudar ou melhorar equipamentos antigos para
melhorar reduzir impactes ambientais de diversas naturezas, em particular junto
de aglomerados de maior densidade e ocupação populacional.
A expansão da rede de transporte é condicionada por questões ambientais e de
ordenamento do território, pelo que, numa tentativa de redução de impactes ambientais,
tem-se verificado a opção por remodelar, reconstruir ou reforçar instalações existentes.
Em particular, a reutilização de corredores de linha em fim de vida útil constitui uma
orientação de referência nas soluções adoptadas.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
12
2.4.1. Comprimento das linhas da RNT
No período 1997 a 2009, a extensão das linhas de MAT verificou um acréscimo
de cerca de 28% explicado, essencialmente, pelo desenvolvimento das linhas de 220 kV
e de 400kV, que registaram acréscimos de 40% e de 30%, respectivamente [4].
Tabela 1 Evolução do comprimento das linhas de MAT
Unid. Km
150 kV 220 kV 400 kV TOTAL
1997 2347 2346 1234 5927
1998 2340 2409 1234 5982
1999 2400 2357 1234 5990
2000 2361 2418 1235 6014
2001 2361 2599 1235 6195
2002 2421 2717 1301 6438
2003 2438 2704 1403 6544
2004 2198 2838 1454 6490
2005 2282 2873 1501 6656
2006 2431 3080 1507 7018
2007 2661 3177 1588 7426
2008 2667 3257 1589 7513
2009 2671 3289 1609 7569
Gráfico 1 Evolução do comprimento das linhas de MAT
0500
100015002000250030003500
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
km
150 kV 220 kV 400 kV
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
13
2.4.2. Potência de transformação
A potência instalada, quer em transformadores quer em autotransformadores,
registou no período de 1997 a 2009 aumentos significativos, na ordem dos 74%,
atingindo um total de 28,2 GVA em 2009[4].
Tabela 2 Evolução da potência de transformação
[MVA]
Transformação MAT/AT Autotransformação MAT/MAT
1997 10248 6021
1998 10568 6021
1999 10631 6021
2000 10592 6271
2001 10781 6271
2002 11266 6401
2003 11744 7421
2004 11977 7421
2005 12547 7421
2006 13264 7871
2007 14526 8571
2008 16273 9921
2009 17534 10701
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
14
Gráfico 2 Evolução da potência de transformação
2.4.3. Perdas na rede de transporte
A taxa de perdas de energia eléctrica na RNT, medida como a relação entre as
perdas e o consumo de energia eléctrica referido à emissão, no período 1997-2009,
reduziu-se 44%, praticamente para metade. Tabela 3 Evolução das perdas na rede de transporte
Perdas (GWh) Consumo referido
à emissão (GWh)
Taxa de perdas
(%)
1997 601 31946 1,88
1998 602 33808 1,78
1999 665 35803 1,86
2000 680 37903 1,79
2001 713 40015 1,78
2002 717 40666 1,76
2003 738 43060 1,71
2004 677 45499 1,49
2005 648 47942 1,35
2006 562 49175 1,14
2007 577 50062 1,15
2008 585 50595 1,16
2009 523 49865 1,05
02000400060008000
100001200014000160001800020000
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
MVA
Transformação MAT/AT Autotransformação MAT/MAT
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15
Gráfico 3 Evolução das perdas na rede de transporte
Gráfico 4 Evolução da taxa de perdas na rede de transporte
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
GW
h
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
2
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
%
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
16
2.4.4 Caracterização da RNT
Os quadros seguintes apresentam os principais dados característicos da RNT, linhas,
subestações e potência de transformação, relativos a 31.12.2009.
Tabela 4 Comprimento das linhas por nível de tensão (km)
2009
400 kV 1609
220 kV 3289
150 kV 2671
Tabela 5 Subestações
2009
Nº de subestações 61
Potência de autotransformação MAT/MAT (MVA) 1070
1
Potência de transformação MAT/AT (MVA) 1753
4
2.5. Gestão Global do Sistema
A actividade de Gestão Global do Sistema, tal como estabelecida no Regulamento
de Operação das Redes e no Regulamento de Relações Comerciais, deve assegurar,
nomeadamente [5]:
• A coordenação das infra-estruturas que constituem o Sistema Eléctrico Nacional
por forma a assegurar o seu funcionamento integrado e harmonizado e a
segurança e a continuidade de abastecimento de energia eléctrica.
• A gestão dos serviços de sistema através da operacionalização de um mercado
de serviços de sistema e a contratação de serviços de sistema mediante
aprovação prévia da ERSE.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
17
• A gestão do mecanismo de garantia de potência.
• As liquidações financeiras associadas às transacções efectuadas no âmbito desta
actividade, incluindo a liquidação dos desvios.
• A recepção da informação dos agentes de mercado que sejam membros de
mercado organizados ou que se tenham constituído como contraentes em
contratos bilaterais, relativamente aos factos susceptíveis de influenciar o regular
funcionamento do mercado ou a formação de preços.
2.5.1. Serviços de Sistema
O arranque do MIBEL, em Julho de 2007, representou o início de uma nova
realidade do sector eléctrico em Portugal. Esta nova realidade ganhou corpo não apenas
através da participação dos agentes portugueses nos mercados a prazo, diário e
intradiário, mas também por meio do desenvolvimento e participação noutros mercados
e processos, nomeadamente, os afectos à operação do sistema eléctrico.
O mercado de produção organizado engloba um conjunto de mecanismos que
visam conciliar a livre concorrência na produção de energia eléctrica com a necessidade
de dispor de um abastecimento que cumpra com os critérios de segurança e qualidade
definidos. Este conjunto de mecanismos centra-se em dois aspectos fundamentais: a
resolução de restrições técnicas e a gestão dos serviços de sistema.
No âmbito dos serviços de sistema, consideram-se dois conjuntos: os serviços de
sistema obrigatórios e os serviços de sistema complementares.
Por serviços de sistema obrigatórios entendem-se aqueles que qualquer unidade
de produção em regime ordinário deve fornecer, como a regulação de tensão, a
manutenção da estabilidade ou a regulação primária de frequência. Estes serviços de
sistema não são passíveis de qualquer remuneração.
Os serviços de sistema complementares agregam os restantes serviços de
sistema, sendo passíveis de remuneração e devendo ser contratados com base em
mecanismos transparentes e não discriminatórios que visem a promoção da eficiência
económica. O modelo adoptado estabelece uma separação implícita entre os serviços de
sistema complementares aos quais o sistema recorre de um modo regular e aqueles que
são necessários pontualmente. Os primeiros, que abrangem a regulação secundária de
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
18
frequência e a reserva de regulação, são contratados com base em mercados de ofertas,
enquanto os segundos, como a compensação síncrona, o arranque autónomo ou a
interruptibilidade, se baseiam em contratação bilateral.
Convenciona-se designar por mercados de operação a contratação dos produtos
separados da actividade de produção de energia eléctrica relacionados com a segurança
e a fiabilidade da operação do sistema eléctrico através da existência de curvas de
ofertas submetidas por agentes de mercado qualificados ao Gestor do Sistema. Assim,
fazem parte dos mercados de operação a resolução de restrições técnicas e a contratação
da regulação secundária e da reserva de regulação.
2.5.1.1. Regulação de Tensão
Os Sistemas de Energia Eléctrica em corrente alternada funcionam com tensão
constante, sendo assim necessário regular esta grandeza.
Na regulação de tensão utilizam-se os reguladores de tensão dos grupos
geradores, as baterias de condensadores, as bobinas de indução, os compensadores
síncronos, os compensadores estáticos e os transformadores com comutadores de
tomadas.
O serviço de sistema obrigatório de regulação de tensão abrange apenas os
reguladores de tensão dos grupos geradores.
De uma forma geral, um regulador de tensão compara a tensão de saída do
gerador respectivo com o valor de referência, aplicando a diferença ao sistema de
excitação, fazendo variar a corrente de excitação.
2.5.1.2. Manutenção da Estabilidade
A estabilidade de um Sistema de Energia Eléctrica pode definir-se como a sua
capacidade de regressar a um regime de funcionamento estacionário, após ter sido
sujeito a uma perturbação.
Um dos principais tipos de instabilidade que se pode manifestar numa rede de
energia é a instabilidade da marcha síncrona dos geradores a ela ligados, habitualmente
designada por instabilidade transitória.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
19
O regime estacionário numa rede de corrente alternada é caracterizado pelo
equilíbrio, para cada grupo gerador, entre a potência mecânica fornecida pela máquina
motriz e a potência eléctrica fornecida à rede. Qualquer perturbação que altere este
equilíbrio dá origem a um regime transitório durante o qual os rotores dos geradores
experimentam oscilações electromecânicas. Se a amplitude destas oscilações exceder
um determinado nível crítico, os geradores perdem o sincronismo com a rede, sendo
desligados por actuação das protecções próprias contra perda de sincronismo. Por este
motivo, estas oscilações devem ser eficazmente amortecidas de modo a promover a
estabilidade do sistema.
Os Sistemas Estabilizadores de Potência ou Power System Stabilizers consistem
num controlo opcional do gerador que é integrado no respectivo sistema de excitação.
Estes Sistemas permitem amortecer oscilações de potência do rotor através do controlo
da excitação.
2.5.1.3. Regulação Primária de Frequência
Os Sistemas de Energia Eléctrica em corrente alternada funcionam com
frequência constante, sendo assim necessário regular esta grandeza.
A regulação primária de frequência tem uma natureza descentralizada, baseando-
se na actuação dos reguladores de velocidade dos grupos geradores.
No essencial, um regulador de velocidade mede a velocidade de rotação do
grupo respectivo, compara-a com o valor de referência e actua sobre o sistema de
admissão do fluido à máquina de accionamento, permitindo variar a respectiva potência
mecânica e, assim, a potência activa fornecida pelo gerador.
Deste modo, a regulação primária de frequência consiste no ajustamento
automático do nível de produção da central de modo a que qualquer aumento (ou
diminuição) da carga do grupo seja equilibrado por um aumento (ou diminuição) da
produção. Para atingir o equilíbrio, os grupos recorrem inicialmente à energia cinética
proveniente das suas massas girantes, o que se traduz numa diminuição (ou aumento) da
velocidade de rotação do grupo turbina-alternador, directamente associada à frequência.
Após uma variação de frequência, o regulador de velocidade do grupo actua no controlo
da turbina de modo a estabilizar essa variação, regido por um parâmetro constante
denominado estatismo, R. O estatismo é traduzido pelo declive de uma recta que
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20
relaciona valores de frequência, f, com valores de potência activa do grupo, P, de acordo
com a figura e a equação seguintes.
Figura 1 Regulação de velocidade de geradores
Como se pode observar na figura, antes do aumento de carga, o grupo
funcionava com uma frequência igual à frequência da rede e uma potência igual à
potência para a qual o grupo estava mobilizado para funcionar. Após a subida da carga,
o grupo aumenta a sua produção (primeiro à custa da sua energia cinética e
posteriormente devido à acção do regulador de velocidade), a que corresponde uma
diminuição da frequência, a qual estabilizará num valor inferior ao da frequência inicial,
em função do estatismo.
A estabilização da frequência do sistema no seu valor inicial é função dos
sistemas de controlo de frequência que actuam a jusante da regulação primária, com
tempos de actuação superiores, nomeadamente a regulação secundária e a regulação
terciária.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
21
2.5.1.4. Regulação Secundária de Frequência
Quando ocorre uma perturbação no sistema eléctrico, o controlo primário de
frequência pode evitar grandes variações de frequência. No entanto, esta função de
controlo é incapaz, por si só, de repor a frequência no seu valor nominal. Para tal,
recorre-se à regulação secundária de frequência que responde também ao objectivo
adicional de manter as trocas de energia eléctrica na interligação nos valores
programados.
A regulação secundária de frequência consiste no estabelecimento de uma banda de
regulação e no acréscimo ou decréscimo do fornecimento de energia, conforme
solicitado pelo Gestor do Sistema.
A valorização do serviço de regulação secundária de frequência é composta por duas
parcelas:
• Valorização da banda de regulação – a banda de regulação horária atribuída a cada
unidade de produção é valorizada ao preço da última oferta aceite de banda de
regulação em cada hora.
• Valorização da energia de regulação secundária – a energia de regulação
secundária utilizada é valorizada ao preço da última oferta de energia de reserva
de regulação mobilizada em cada hora, tanto a subir, como a descer. Na ausência
de preço associado ao sentido de regulação secundária, considera-se o preço da
energia de reserva de regulação que seria mobilizada para a substituir.
No caso em que não existam ofertas de banda de regulação secundária suficientes
para atender às necessidades do sistema, o Gestor do Sistema pode atribuir banda de
regulação secundária, nos termos do mecanismo excepcional estabelecido no Manual de
Procedimentos do Gestor do Sistema em vigor. De acordo com este mecanismo, a banda
de potência extraordinária que seja necessária para obter a banda requerida valorizar-se-
á a 115% do preço marginal da banda de regulação secundária dessa hora.
O custo horário da banda de regulação, incluindo o da banda de regulação
extraordinária, é um custo fixo que existe independentemente da ocorrência de desvios,
pelo que é coberto por todo o consumo dos agentes de mercado. Já a parcela da energia
de regulação secundária utilizada em cada hora é paga por todos os agentes de mercado
que se desviarem nessa mesma hora.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
22
2.5.1.5. Compensação Síncrona
A compensação síncrona é um serviço de sistema disponibilizado por geradores
síncronos. Um gerador síncrono a funcionar como compensador síncrono permite variar
a potência reactiva trocada com a rede de uma forma contínua, constituindo-se como um
poderoso meio de regulação de tensão. No modo de funcionamento em que injecta
potência reactiva na rede, o compensador síncrono é designado por condensador
síncrono, enquanto na modo em que consome potência reactiva da rede é designado
por reactância síncrona.
2.5.1.6. Arranque Autónomo
O arranque autónomo ou blackstart tem por finalidade facilitar a reposição de
serviço numa situação de tensão zero à escala regional ou nacional. Os geradores
necessitam de energia eléctrica para arrancar. Em condições normais de operação essa
energia eléctrica provém dos sistemas de transporte ou de distribuição. O arranque
autónomo baseia-se na capacidade que alguns grupos geradores apresentam para
arrancar sem recurso à rede, num intervalo de tempo determinado, mantendo a
estabilidade de funcionamento durante o processo de reposição de serviço.
Na prática, a capacidade de arranque autónomo de um grupo ou central assenta
na existência de baterias que permitem o arranque de pequenos grupos a diesel ou
turbinas a gás que são por sua vez utilizados para arrancar os grupos geradores da
central. Muitas vezes o serviço de arranque autónomo é assegurado por centrais
hidroeléctricas, que necessitam de pouca energia para arrancar e apresentam tempos de
arranque reduzidos. O serviço de arranque autónomo assume uma importância maior em
sistemas não interligados, nomeadamente, nos sistemas insulares.
Em Portugal continental, as centrais que apresentam capacidade de arranque
autónomo são a Central Hidroeléctrica de Castelo do Bode, a Central Termoeléctrica da
Tapada do Outeiro e a Central Termoeléctrica de Tunes.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
23
2.5.1.7. Serviço de interruptibilidade
A Portaria n.º 592/2010, de 29 de Julho, estabelece as condições aplicáveis ao
serviço de interruptibilidade, a prestar por um consumidor de electricidade ao operador
da rede de transporte, bem como o regime retributivo do referido serviço e as
penalizações associadas a eventuais incumprimentos, no sentido de harmonizar as
condições de interruptibilidade no mercado ibérico.
O artigo 4.º da referida Portaria estabelece que a ERSE deve aprovar, sob
proposta do operador da rede de transporte, as especificações do sistema informático de
comunicações, execução e controlo da interruptibilidade que permita a verificação da
disponibilidade para reduzir potência, a comunicação das ordens de redução de
potência, a verificação do seu cumprimento e o processo de selecção dos consumidores
para deslastre nas situações de accionamento de interruptibilidade.
Por sua vez, a alínea d) do número 1 do artigo 8.º estabelece que a ERSE deve
aprovar as especificações técnicas para os equipamentos de medida, registo e controle a
instalar pelos consumidores de energia eléctrica que desejem prestar o serviço de
interruptibilidade.
Após análise e ponderação da proposta apresentada pelo operador da rede de
transporte, a ERSE aprovou através do seu Despacho n.º 18/2010, de 10 de Dezembro, o
“Procedimento do sistema de comunicações, execução e controlo do serviço de
interruptibilidade”.
2.6. Regulamentos
2.6.1. Regulamento de Operação das Redes
O Regulamento de Operação das Redes tem como objectivo estabelecer:
• As condições que permitam a gestão dos fluxos de electricidade na rede nacional
de transporte (RNT), assegurando a sua interoperacionalidade com as redes a que
esteja ligada, bem como os procedimentos destinados a garantir a sua
concretização e verificação.
• As condições em que o operador da rede transporte monitoriza as
indisponibilidades dos grandes centros electroprodutores e monitoriza as cotas das
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
24
grandes albufeiras, podendo, nos casos em que a garantia de abastecimento esteja
em causa, alterar os planos de indisponibilidades dos centros electroprodutores.
• As garantias do acesso dos operadores da rede à informação das características
técnicas das instalações ligadas à RNT ou às redes de distribuição, que os habilite
à realização de análises e estudos técnicos necessários para o desempenho das
suas funções.
• As condições para a verificação técnica da exploração e a adaptação em tempo
real da produção ao consumo, mediante a contratação e mobilização de serviços
de sistema.
Pela sua natureza, este regulamento tem uma incidência particular sobre o Gestor
Técnico Global do Sistema, que, para além das actividades acima descritas, assegura a
coordenação do funcionamento das instalações do SEN e das instalações ligadas a este
sistema, abrangendo, entre outras, as seguintes atribuições:
• Gestão das interligações, nomeadamente a determinação da capacidade de
interligação disponível para fins comerciais.
• Identificação das necessidades e gestão dos de serviços de sistema necessários ao
equilíbrio entre produção e consumo, e à operação em segurança do sistema
eléctrico.
• Previsão da utilização dos equipamentos de produção e do nível das reservas
hidroeléctricas necessários à garantia de segurança de abastecimento, no curto e
no médio prazos.
O Regulamento de Operação das Redes prevê ainda a existência do Manual de
Procedimentos da Gestão Global do Sistema, contendo o detalhe e matérias de carácter
procedimental associadas às actividades que desempenha, a aprovar pela ERSE, na
sequência de proposta a apresentar pelo operador da rede de transporte, no prazo de 120
dias a contar da data de entrada em vigor do presente Regulamento.
A revisão do Regulamento de Operação das Redes foi aprovada pela ERSE através do
seu Despacho n.º 17/2010, em 10 de Dezembro, após a 33.ª Consulta Pública da ERSE.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
25
2.6.2. Regulamento da Rede de Transporte
O Regulamento da Rede de Transporte (RRT), aprovado pela Portaria n.º
596/2010, de 30 de Julho (1.ª Série), tem por objectivo estabelecer as condições técnicas
de exploração da Rede Nacional de Transporte de Energia Eléctrica (RNT), bem como
as condições técnicas de ligação dos utilizadores à RNT, e condições técnicas de
exploração do interface entre as instalações dos utilizadores e a RNT.
O Regulamento da Rede de Transporte determina um conjunto de obrigações,
direitos e deveres da entidade concessionária da RNT, nomeadamente:
• O dever de proceder ao planeamento e desenvolvimento da RNT, de modo a
garantir a satisfação das necessidades dos seus utilizadores.
• O dever de elaborar e manter actualizado o cadastro da informação técnica relativa
à RNT, designadamente dos vários elementos que constituem a RNT.
• As obrigações e deveres associados à gestão técnica do sistema eléctrico nacional,
nomeadamente a gestão do equilíbrio em tempo real entre a produção e consumo;
a coordenação do funcionamento da RNT, incluindo a gestão das interligações; a
coordenação das indisponibilidades da RNT.
• As obrigações de elaboração e actualização dos registo da exploração ocorrida na
RNT.
• Obrigações de prestação de informação relacionada com as ligações de
utilizadores à RNT.
• Os direitos de actuação na RNT e realização de manobras de exploração em caso
de incidente.
Inclui ainda disposições relativas a:
• Relacionamento entre os operadores da rede de transporte e da rede de
distribuição.
• Padrões de segurança para planeamento da RNT.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
26
3. Actualização da Rede Nacional de Transporte no Powerworld
3.1. O software PowerWorld Simulator
O PowerWorld Simulator é um pacote interactivo de simulação de sistemas de
potência desenhado para simular a operação de sistemas de potência de alta tensão em
intervalos que vão desde alguns minutos até vários dias. O programa contém um pacote
de análise altamente eficiente capaz de solucionar sistemas com até 100000 barramentos
[6].
O simulador suporta o modelo detalhado de transformadores LTC, compensadores
reactivos, curvas de capacidade reactiva de geradores, curvas de custo da produção, faz
o agendamento das cargas e o despacho das centrais, faz o controlo remoto dos
barramentos. É possível ter acesso a todos os parâmetros do modelo, funções e
ferramentas, o que proporciona uma grande facilidade de uso e uma curva de
aprendizagem modesta. Usando os diagramas unifilares e os diálogos de informação, é
possível construir e modificar um modelo graficamente e verificar de maneira
conveniente que as mudanças realizadas som correctas. Este simulador permite
construir novos casos desde o princípio ou começar com modelos de fluxo de potência
existentes. Na figura 3.1 é possível verificar a área de trabalho do PowerWorld
Simulator.
Figura 2 Área de trabalho do PowerWorld Simulator
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
27
3.2. Actualização das cargas
Em 2006 o consumo total abastecido pelo SEP registou o valor de 49,2 TWh, dos
quais 85% respeitante aos clientes do SEP e os restantes 15% aos do SENV.
Em 2009 o consumo total abastecido pela rede pública registou o valor de 49,9
TWh, dos quais 82 % respeitante aos clientes com tarifa regulada e os restantes 18 %
aos aderentes ao mercado liberalizado. Na tabela 3.1 e no gráfico 3.1 é possível verificar
a evolução do consumo de energia eléctrica desde 2006 a 2009.
Tabela 6 Evolução da carga de 2006 a 2009
Gráfico 5 Evolução das cargas de 2006 a 2009
O aumento de consumo registado de 2006 para 2007 foi de 1,8%. De 2007 para
2008 o aumento do consumo ficou-se pelos 1,06%, revelando o início de uma queda do
consumo. Em 2009, o consumo relativamente ao ano anterior verificou uma diminuição
48000
48500
49000
49500
50000
50500
51000
2006 2007 2008 2009
GW
h
Consumo (GWh)
2006 49175
2007 50062
2008 50595
2009 49865
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
28
de 1,44%, o que se pode justificar com a crise económica que levou ao encerramento de
várias empresas e até à mudança dos hábitos das pessoas.
O consumo da rede encontra-se espalhada ao longo de todo o território e são
contabilizadas de acordo com as potências registadas nos barramentos.
Uma vez que o objectivo é apresentar a actualização da rede no ano de 2006 para
2009, apresentamos no anexo A do ficheiro Excel os valores da carga para o Inverno
máximo de 2009. Foram usados estes valores pois representam o consumo máximo
registado ao longo do ano.
3.3. Actualização das subestações
As subestações encontram-se distribuídas de Norte a Sul do país. Em 2006
estavam em serviço 50 subestações ao serviço da REN com uma potência total instalada
de 21,13 GVA. Essa potência encontra-se distribuída por 115 transformadores de
potência e 25 autotransformadores de potência. A potência transformação é de 13,26
GVA e a de autotransformação é de 7,87 GVA. Até 2009 entraram em serviço mais 12
subestações. São elas as subestações de Alqueva, Carrapatelo, Carvoeira, Castelo
Branco, Estremoz, Frades, Macedo de Cavaleiros, Pedralva, Penela, Tábua, Trafaria e
Vila Pouca de Aguiar. Para esta data a potência total instalada nas subestações
contabiliza-se em 28,23 GVA, representando um aumento de potência de transformação
instalada de 7,1 GVA ou 33,59%. Esta potência referida encontra-se distribuída por 138
transformadores de potência e 31 autotransformadores. A potência de transformação é
de 17,53 GVA, representando um aumento de 32,2% em relação a 2006 e a potência de
autotransformação é de 10,70 GVA, sendo um aumento de 35,95% também em relação
ao ano de 2006.
As subestações e os seus transformadores e autotransformadores de potência
agregados encontram-se no anexo B do ficheiro Excel.
A compensação da energia reactiva é feita por baterias de condensadores
instaladas ao longo da rede nas diversas subestações. Em 2006 encontrava-se instalada
uma potência reactiva de 1250 MVAr distribuídas em 26 subestações. Em 2009 o
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
29
número de subestações com compensação de energia reactiva passou a ser 26 com uma
potência total instalada de 1500 MVAr, traduzindo-se num aumento de 250 MVAr.
No anexo C do ficheiro Excel encontra-se uma listagem das subestações com
baterias de condensadores agregadas.
3.4. Actualização das linhas
As linhas de transporte fazem o transporte de energia eléctrica desde os pontos
de produção nacionais ou de interligação com a rede espanhola até às subestações da
EDP Distribuição. O transporte de energia eléctrica em Portugal é feito em três níveis
de tensão distintos: 400 kV, 220 kV e 150 kV. Em 2006 o comprimento total das linhas
de transporte de 400 kV era de 1507 km, de 220 kV era de 3080 km e de 150 kV era de
2431 correspondendo a um total de 7018 km. Em 2009 existiam em Portugal 1609 km
de linhas a 400 kV, correspondendo a um aumento de 102 km, 3289 km de linhas a 220
kV, correspondendo a um aumento de 209 km, e 2671 km de linhas a 150kV,
representando um aumento de 240 km.
As linhas que entraram e saíram de serviço durante o período de 2006 a 2009
encontram-se no anexo D do ficheiro Excel.
Figura 3 Configuração da Rede Nacional de Transporte Actualizada
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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4. Resultados e Análise
Neste capítulo são apresentados os resultados da simulação da rede no PowerWorld
depois de ter sido actualizada para o ano de 2010. Vamos fazer uma análise comparativa
dos resultados da nossa simulação com os resultados apresentados no relatório da REN.
Os resultados obtidos representam o estado da rede para o Inverno máximo
correspondente ao consumo máximo registado durante o Inverno. Este consumo foi
registado no dia 24 de Março de 2010 às 14:00.
O barramento de compensação e referência está ligado à central térmica de Sines.
Esta é uma central que funciona a carvão com 4 grupos geradores de 298 MW cada,
totalizando uma potência instalada de 1192 MW. Para compensar a carga máxima na
rede, a central de Sines injectou 958 MW e 57 MVAr. Fazendo uma comparação com
os resultados disponibilizados pela REN, verificamos que os nossos resultados da
simulação foram idênticos. No relatório da REN a central de Sines injectou 967 MW e -
10 MVAr. O trânsito de potências na rede simulado apresentou o mesmo sentido,
diferenciando em alguns casos no valor da potência transitada. Estas pequenas variações
podem dever-se ao facto de que, no relatório da REN, as máquinas primárias de
produção de energia são reais e diferenciam entre si conforme a tecnologia empregada,
enquanto que na nossa simulação as máquinas primárias não diferenciam entre si. Isto
fez com que o valor da energia reactiva injectada por cada central da nossa simulação
não correspondesse com os valores das energias reactivas injectadas pelas centrais reais.
O comportamento dinâmico da nossa rede simulada pode ser consultado no ficheiro
PowerWorld respeitante à simulação.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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5. Conclusão
Neste trabalho actualizou-se a Rede Nacional de Transporte de electricidade no
PowerWorld no qual foi simulado e analisado o comportamento da rede para o Inverno
máximo de 2010.
O modelo da rede foi actualizado considerando os barramentos, transformadores,
autotransformadores, baterias de condensadores, linhas e cargas que entraram e que
saíram de serviço entre o período de 2006 e 2009.
O barramento de compensação e referência foi, como já dito anteriormente, a central
de Sines por ser uma das centrais com maior potência instalada e pela sua localização
geográfica.
De 2006 a 2008 o consumo teve um crescimento na ordem de 1,4% e de 2008 para
2009 registou-se uma quebra de 1,44% como possível consequência da crise económica
vivida no país.
De 2006 a 2009 houve um aumento de 551 km de linha, entraram em serviço 12
subestações, 23 transformadores e 6 autotransformadores. Houve um aumento de
potência instalada nas subestações de 7,1 GVA. Quanto às baterias de condensadores
instaladas na rede só houve um acréscimo de 250 MVAr.
Actualização da Rede Eléctrica Nacional em PowerWorld
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6.Referências Bibliográficas [1] Redes de Energias Nacionais.Electricidade-Cadeia de Valor. Acedido em 8 de Janeiro de
2011, em: www.ren.pt. [2] ERSE.electricidade-actividades do sector.Acedido em 8 de Janeiro de 2011,
em www.erse.pt. [3] Redes de Energias Nacionais.Electricidade-Transporte. Acedido em 8 de Janeiro de
2011, em: www.ren.pt. [4] ERSE.electricidade-actividades do sector.transporte.Acedido em 8 de Janeiro de 2011,
em www.erse.pt. [5] ERSE.electricidade-actividades do sector.regulamentos.Acedido em 8 de Janeiro de
2011, em www.erse.pt. [6]PowerWorld Corporation.Product Features- Simulator Features.Acedido em 12 de
Janeiro de 2011, em: www.powerworld.com.
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