I Congreso Latinoamericano de Energia Eólica y VI Jornadas ...mvdpanel.net/.../673/ONS-Francisco-Jose-Arteiro-de-Oliveira.pdf · Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados

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Francisco José Arteiro de Oliveira

Diretoria de Planejamento e

Programação da Operação

I Congreso Latinoamericano de Energia

Eólica y VI Jornadas Internacionales de

Energia Eólica

2

Aumento da Expansão de Energia Eólica na Matriz

Energética Brasileira

3

A Matriz de Energia Elétrica de 2014 e 2019

Tipo 2014 2019 Crescimento 2014-2019

MW % MW % MW %

Hidráulica 94.375 73,7 113.086 68,0 18.711 19,8

Nuclear 1.990 1,6 3.395 2,0 1.405 70,6

Gás / GNL 11.625 9,1 15.477 9,3 3.852 33,1

Carvão 3.210 2,5 3.550 2,1 340 10,6

Biomassa 6.428 5,0 7.969 4,8 1.541 24,0

Outras (1) 1.021 0,8 1.649 1,0 628 61,5

Óleo / Diesel 4.628 3,6 4.731 2,8 103 2,2

Eólica 4.759 3,7 15.567 9,4 10.808 227,1

Solar 8 0,0 898 0,5 890 11.125

Total 128.044 100,0 166.322 100,0 38.853 30,0 O parque gerador brasileiro está passando por um processo de transformação e transição.

A hidroeletricidade continuará como a principal fonte de geração de energia, embora sua participação no

total da potência instalada do SIN será reduzida de 73,7% em 2014 para 68,0% em 2019.

As novas hidrelétricas serão majoritariamente do tipo a fio d’água e, consequentemente,

a capacidade de regularização do SIN diminuirá gradativamente, tornando o sistema cada vez mais

dependente de geração complementar à hídrica, sobretudo durante a estação seca.

(1) Usinas Biomassa com CVU

Base: PMO maio/15

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TIPO 31/12/2014 31/12/2019 CRESCIMENTO

2014-2019

MW % MW % MW %

Hidráulica 94.375 73,7 113.086 68,0 18.711 19,8

18.576 MW (99%) – UHEs sem Reservatório

UHE Belo Monte 11.000 MW

UHEs do Rio Madeira 3.532 MW

UHEs do Rio Teles Pires 3.265 MW

Outras 779 MW

135 MW (1%) - UHEs com Reservatório

UHE São Roque 135 MW

A Expansão da Oferta entre 2014 e 2019

5

2200 km

1500 km

2400 km Madeira

Belo Monte

Evolução da capacidade de Transmissão

Extensão de línhas de transmissão ≥ 230 kV (km)

Ano 2014 2019

km 112.000 132.379 (*)

(*) Fonte: EPE

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Expansão da Geração Eólica na Região Nordeste

Source: ANEEL

PARACURU

AMONTADA

PARQUE EÓLICO DE BEBERIBE

FOZ DO RIO CHORÓ

PRAIAS DE PARAJURU BONS VENTOS

CANOA QUEBRADA

CANOA QUEBRADA (RV)

ENACEL

ICARAIZINHO

RIO DO FOGO

MILLENIUM

ALBATROZ

ATLÂNTICA

CAMURIM

CARAVELA

PRAIA DO MORGADO

VOLTA DO RIO PRAIA FORMOSA

TAÍBA ALBATROZ

ALHANDRA

COELHOS I

COELHOS II

COELHOS III

COELHOS IV

MATARACÁ

PRESIDENTE

VITÓRIA

GRAVATÁ

MANDACARU

SANTA MARIA

PIRAUÁ

XAVANTE

PEDRA DO SAL

ALEGRIA I

ALEGRIA II

ARATUÁ

MIASSABA III

CABEÇO PRETO

CABEÇO PRETO IV

MANGUE SECO 1

MANGUE SECO 2

MANGUE SECO 3

MANGUE SECO 5

MACAÚBAS

NOVO HORIZONTE

SEABRA

Barra dos Coqueiros

95 MW

542 MW

25 MW

18 MW

373 MW

35 MW

66 MW

1.154 MW (50 CGE)

Alvorada Ametista Angical Borgo Caetité Caetité 2 Caetité 3 Caititu Candiba Coqueirinho Corrupião Cristal Da Prata Dos Araçás Dourados Emiliana Espigão Guanambi Guirapá Igaporã Ilhéus

Inhambu Joana Licínio de Almeida Maron Morrão N. Sra. da Conceição Pajeú do Vento Pedra Branca Pedra do Reino Pedra do Reino III Pelourinho Pilões Pindaí Planaltina Porto Seguro Primavera Rio Verde São Judas São Pedro do Lago Seraíma Serra do Salto

Serra do Espinhaço Sete Gameleiras Tamanduá Mirim Tanque Teiu Ventos do Nordeste

Araras Boca do Córrego Buriti Cajucoco Cataventos Paracuru 1 Colônia Coqueiro Dunas de Paracuru Embuaca Faisa I Faisa II Faisa III Faisa IV Faisa V Fleixeiras I Garças Guajirú Icaraí

Icaraí I Icaraí II Ilha Grande Jandaia Jandaia I Junco I Junco II Lagoa Seca Malhadinha I Mundaú Pau Brasil Pau Ferro Pedra do Gerônimo Planalto da Taíba Porto Salgado Potengi Quixaba Ribeirão São Paulo

Tacaicó Taíba Águia Taíba Andorinha Trairí Vento do Oeste Vento Formoso Ventos de Horizonte Ventos de Santa Rosa Ventos de Santo Inácio Ventos de São Geraldo Ventos de Sebastião Ventos de Tianguá Ventos de Tianguá Norte Ventos do Morro do Chapéu Ventos do Parazinho

Marco dos Ventos 1 Marco dos Ventos 2 Marco dos Ventos 3 Marco dos Ventos 4 Marco dos Ventos 5 Ventos do Norte 1 Ventos do Norte 10 Ventos do Norte 2 Ventos do Norte 3 Ventos do Norte 4 Ventos do Norte 5 Ventos do Norte 6 Ventos do Norte 7 Ventos do Norte 8 Ventos do Norte 9

Aratuá 3 Areia Branca Arizona I Asa Branca I Asa Branca II Asa Branca III Asa Branca IV Asa Branca V Asa Branca VI Asa Branca VII Asa Branca VIII Caiçara 2 Caiçara do Norte Calango 1 Calango 2 Calango 3 Calango 4 Calango 5 Campos dos Ventos II

Carcará I Carcará II Carnaúbas Costa Branca Dreen Boa Vista Dreen Cutia Dreen Guajiru Dreen Olho d'Água Dreen São Bento do Norte Eurus I Eurus II Eurus III Eurus IV Eurus VI Famosa I Farol GE Jangada GE Maria Helena Juremas

Lanchinha Macacos Mar e Terra Mel 02 Miassaba 3 Miassaba 4 Modelo I Modelo II Morro dos Ventos I Morro dos Ventos II Morro dos Ventos III Morro dos Ventos IV Morro dos Ventos IX Morro dos Ventos VI Pelado Pedra Preta Reduto Rei dos Ventos 1 Rei dos Ventos 3

Rei dos Ventos 4 Renascença I Renascença II Renascença III Renascença IV Renascença V Riachão I Riachão II Riachão IV Riachão VI Riachão VII Santa Clara I Santa Clara II Santa Clara III Santa Clara IV Santa Clara V Santa Clara VI Santa Helena Santo Cristo

São João Serra de Santana I Serra de Santana II Serra de Santana III SM União dos Ventos 1 União dos Ventos 10 União dos Ventos 2 União dos Ventos 3 União dos Ventos 4 União dos Ventos 5 União dos Ventos 6 União dos Ventos 7 União dos Ventos 8 União dos Ventos 9 Ventos de Santo Uriel Ventos de São Miguel

59 MW

432 MW

1.249 MW

2.559 MW

78 MW

1.144 MW

6.584 MW (210 CGE)

CAPACIDADE INSTALADA DEZEMBRO DE 2015

7.738 MW

SOMENTE EMPREENDIMENTOS COM OUTORGA

7

Expansão da Geração Eólica na Região Sul

Source: ANEEL

Cerro Chato I

Cerro Chato II

Cerro Chato III

Cidreira 1

Palmares

Parque Eólico de Osório

Parque Eólico de Sangradouro

Sangradouro 2

Sangradouro 3

Parque Eólico dos Índios

Água Doce

Amparo

Aquibatã

Bom Jardim

Campo Belo

Cascata

Cruz Alta

Púlpito

Rio do Ouro

Salto

Santo Antônio

390 MW

231 MW

621 MW (21 CGE)

1.027 MW (43 CGE)

1.027 MW

Atlântica I

Atlântica II

Atlântica IV

Atlântica V

Cerro Chato IV

Cerro Chato V

Cerro Chato VI

Cerro dos Trindade

Chuí I

Chuí II

Chuí IV

Chuí V

Corredor do Senandes II

Corredor do Senandes III

Corredor do Senandes IV

Dos Índios 2

Dos Índios 3

Fazenda Rosário 2

Força 1

Força 2

Força 3

Giruá

Ibirapuitã I

Minuano I

Minuano II

Osório 2

Osório 3

Pinhal

Pontal 2B

REB Cassino I

REB Cassino II

REB Cassino III

Vento Aragano I

Verace I

Verace II

Verace III

Verace IV

Verace V

Verace IX

Verace VI

Verace VII

Verace VIII

Verace X

CAPACIDADE INSTALADA DEZEMBRO DE 2015

1.648 MW

SOMENTE EMPREENDIMENTOS COM OUTORGA

8

Evolução da Expansão Eólica - Horizonte 2021

Geração Eólica no SIN

70%

30%

Usinas Eólicas em Operação no SIN

Subsistema Potência Inst. (MW)

Sul 1.324

Sudeste 29

Nordeste 4.420

Total 5.773

Março/2015

90%

10%

9

Os Grandes Desafios Grandes usinas, Interligações internacionais e Penetração de Eólicas

3.860 MW

1.861 MW

(Jan. 2015)

(Jan. 2015) Eólicas (*)

10

Características da Geração Eólica no Brasil

11

Características do Vento nas Regiões Nordeste e Sul

Nordeste - Ventos alísios - Direção predominante sudeste - Constante ao longo do ano

Sul - São afetados por diferentes sistemas meteorológicos - Sofrem significativa modificação ao longo do dia

12

• Previsibilidade intrinsicamente dependente das condições meteorológicas,

conduzindo a investimentos no desenvolvimento de modelos e ferramentas de

previsão de ventos.

• A possibilidade de desconexão de grandes blocos de geração em razão de

adversidades meteorológicas:

- ventos de rajada (> 25 m/s ~ 90 km/h) - típicas da Região Sul

- calmarias (< 3 m/s ~ 10 km/h) - típicas da Região Nordeste

Características Intrínsecas à Geração Eólica

13

• No regime de ventos da Região Nordeste há uma complementaridade de seu

comportamento sazonal com o regime hidrológico das bacias hidrográficas.


14

Geração Eólica no Subsistema Nordeste em 2014 (MWmed)


15

Geração Eólica no Subsistema Sul em 2014 (MWmed)


16

• A geração eólica tem características intermitentes, o que conduz a:

- A geração máxima e a mínima podem ocorrer a qualquer momento do dia.


- Variações de geração rápidas e significativas que dependem das condições meteorológicas.

Variação de 1.162 MW

em 9 horas

Variação de 1.385 MW

em 8,5 horas

17

Estas características conduzem aos seguintes desafios:


1. Aprimoramento dos métodos e ferramentas utilizados no Planejamento e na Programação

Eletroenergética

Nos Planejamentos Energéticos Anual – PEN e Mensal – PMO

Na Programação Diária da Operação Eletroenergética

Em atendimento Resolução Normativa nº 476/2012, de 13 de março de 2012

(complementar à RN 440/2011 e Ofício SRG/ANEEL nº 068/2012), o montante mensal

de geração eólica considera a média histórica em janela móvel 5 anos.

Obs.: Para usinas em expansão, considera-se um fator de capacidade, calculado a

partir da média histórica das usinas eólica da região.

É feita a consolidação dos programas de geração dos Agentes com base nos valores

verificados, nas previsões meteorológicas e modelos de previsão de geração eólica.

18



Eletroenergética (cont.)

2010-2011: Desenvolvimento do Sistema de Geração Eólica – SGE: plataforma de

dados eólicos observados e previstos que subsidia a programação diária de geração

eólica;

2011-2012: Desenvolvimento do Modelo de Previsão de Geração de Energia de

Parques Eólicos da Região Nordeste - PrevEOL (UFPE/FADE);

2011-2012: Consultoria Técnica do INESC/Porto, Portugal para avaliação do trabalho

desenvolvido pela UFPE;

2013-2014: Desenvolvimento do Modelo de Previsão de Geração de Energia de

Parques Eólicos – Neuro_Eólica (UPE/Policonsult);

2015-2016: Contratação da Meteologica para o fornecimento da previsão da geração

eólica a partir de janeiro/2015;

2015-2017: Desenvolvimento do Sistema de Gestão de Dados e Previsão de Geração

Eólica – SGDPE;

2015-2016: Incorporação da variável chuva nos modelos de previsão de geração eólica.

19



Eletroenergética (cont.)

20

Geração Eólica – Programado x Verificado – Dia 06/04/2015

FSENE Aberto Limite RNE = 3.500 MW

FSENE Fechado Limite RNE = 4.100 MW

A FSENE foi fechada com

redução de transferência de

energia para a Região SE/CO

21


2. As características associadas às rápidas e significativas variações das eólicas conduzem à

necessidade de se equacionar impactos operacionais tais como:

Superação dos limites operacionais de linhas de transmissão e equipamentos;

Superação dos limites do sistema elétrico em uma da área ou região;

Problemas de estabilidade e de controle de tensão;

Problemas de estabilidade dinâmica e de controle de frequência;

Qualidade de potência e de penetração de harmônicos no ponto de conexão;

Fenômenos de transitórios eletromagnéticos (TEM).

22

Desafios do Aumento da Expansão Eólica

• Os sites no Brasil onde há a incidência dos melhores ventos estão localizados no

Nordeste e Sul do Brasil. Estas regiões são caracterizadas por uma baixa relação de

curto-circuito (SCR) e baixa inércia, muitas vezes necessitando de reforços na rede

para o correto desempenho dos aerogeradores;

• Isso também provoca uma maior variação dos fluxos de potência (em valores absolutos

e temporal), devido ao alto grau de expansão eólica - sistemas de transmissão deve ser

adaptada a este novo paradigm;

• Geradores eólicos devem ser capazes de participar do controle de tensão em redes

fracas de forma eficiente, mesmo quando produzem pouca ou nenhuma potência ativa;

• A rede deve estar preparada para lidar com uma quantidade maior de perda de

geração, por exemplo, quando o vento em uma determinada área reduz de forma muito

rápida;

• Normalmente os aerogeradores não contribuem para a inércia do sistema.

23

Requisitos Técnicos para a Conexão Segura de

Usinas Eólicas em Redes com Elevado Grau

de Penetração Eólica

Novos requisitos incorporados pelo ONS aos

Procedimentos de Rede e pela ANEEL nos

próximos leilões de geração

24

Operação em Regime de Frequência Não-Nominal

Controle de Potência Reativa no Ponto de Conexão

Modos de Controle da Central Eólica

Operação em Regime de Tensão Não-Nominal

Atendimento do fator de potência em regime de tensão não nominal ( V-Q/Pmax)

Potência de Saída Durante Distúrbios

Inércia Sintética

Suportabilidade a Subtensões e Sobretensões Dinâmicas

Requisitos Técnicos Mínimos para as Centrais Geradoras Eólicas

25

Características de Desempenho dos Aerogeradores

O objetivo desse requisito para o SIN é minimizar o desligamento dos

aerogeradores por subfrequência e sobrefrequência quando o sistema pode se

recuperar pela sua capacidade própria de regulação.

Operação em Regime de Frequência Não-Nominal

26


No ponto de conexão das instalações de uso restrito a central de geração deve

propiciar os recursos necessários para operar com fator de potência indutivo ou

capacitivo em qualquer ponto da área indicada na figura abaixo.

Nas condições em que os aerogeradores não estejam produzindo potência ativa, a

central de geração eólica deverá ter recursos de controle para disponibilizar ao SIN

sua capacidade de geração/absorção de potência reativa, observando o requisito

mínimo de propiciar injeção/absorção nula no ponto de conexão.

Controle de Potência Reativa no Ponto de Conexão

27


A central de geração deve ser capaz de operar em 3 modos distintos de operação em

regime permanente, através de controle conjunto centralizado:

•Modo de Controle de Tensão (operação normal - modo preferencial).

•Modo de Controle de Potência Reativa.

•Modo de Controle de Fator de Potência.

Modos de Controle da Central Eólica

Quando operando em Modo de Controle de Tensão, a central de geração deve ser capaz

de prover um controle contínuo da tensão em seu ponto de conexão, com uma tensão de

referência ajustável entre 95% e 105% da tensão nominal.

28


Na conexão das suas instalações de uso restrito às instalações de transmissão, a

central de geração deve ser capaz de operar:

• Entre 0,90 e 1,10 pu da tensão nominal por um período de tempo ilimitado;

• Entre 0,85 e 0,90 pu da tensão nominal por um período de tempo mínimo de

5 segundos;

• Entre 1,10 e 1,20 pu por um período de tempo mínimo de 2,5 segundos.

O objetivo desse requisito é evitar o desligamento da usina quando há variações

de tensão no sistema.

Operação em Regime de Tensão Não-Nominal

29


O fator de potência 0,95 indutivo / capacitivo deve ser atendido no ponto de conexão

em toda a faixa operativa de tensões, de acordo com a figura abaixo:

Atendimento do fator de potência em regime de tensão não nominal ( V-Q/Pmax)

30


Este requisito deve ser atendido para quaisquer tipos de distúrbio, sejam eles

provocados por rejeição de carga, defeitos simétricos ou assimétricos, devendo ser

atendida pela tensão entre fases que sofrer maior variação.

Requisitos de Suportabilidade a Subtensões e Sobretensões Dinâmicas

31

Belo Monte

TermoparaíbaTermonordeste

Alegria IIAlegria I

Maracanaú IPorto de Pecém I

ChapadãoBiopav II

Anta

Jirau

Mauá

São Domingos

do Atlântico

Santo Antônio

Foz do Chapecó

Dardanelos

Estreito

Simplício

Candiota III

Batalha

São JoséPasso São João

Rondon II

Igaporã II

Extremoz II

Foz do Chapecó

Anchieta

Xinguara 2

Encruzo Novo

Arapiraca III

Teresina III

Várzea Grande 2

Cerquilho III

Corumbá 2

Porto Alegre 12Restinga

Nova Petrópolis 2

Vargem Grande

Palhoça Pinheira

Toyota

Jorge Teixeira

Viana 2Itabirito 2

Linhares 2

Trindade

Joinville GM

Jandira

Castanhal

Edéia

Quirinópolis 2Jataí

Ivinhema 2

Rio Brilhante

Sidrolândia 2

Coletora Porto Velho

Macapá

LechugaSilves

OriximináLaranjal

Xingu

Parecis

Teixeira de Freitas II

Camaçari IV

Suape IIISuape II

Balsas

Sadia Lucas do Rio Verde

Forquilhinha

Zebu

Natal III

Narandiba

PARANÁPARANÁPARANÁPARANÁPARANÁ

TOCANTINSTOCANTINSTOCANTINSTOCANTINSTOCANTINS

RORAIMARORAIMARORAIMARORAIMARORAIMA

RONDÔNIARONDÔNIARONDÔNIARONDÔNIARONDÔNIA

PARÁPARÁPARÁPARÁPARÁAMAZONASAMAZONASAMAZONASAMAZONASAMAZONAS

ACREACREACREACREACRE

SE/CO

Sul

N

S. Antônio

Jirau

Itaipu

60 Hz

50 Hz

60 Hz

Áreas síncronas e

assíncronas no SIN

Belo Monte 60 Hz

Inércia Sintética

A expansão do SIN e a evolução da inércia equivalente

NE

32

A penetração em larga escala das centrais geradoras eólicas tem trazido para os

operadores de sistema em todo o mundo uma nova preocupação sob o ponto de vista

da segurança sistêmica: por estarem conectadas através de conversores, elas não

contribuem para a inércia do sistema.


Inércia Sintética

33

A redução da inércia global do sistema (H) tem como consequência um aumento nas

taxas de variação da frequência e a imposição de excursões transitórias de frequência

mais acentuadas quando de distúrbios que provoquem desequilíbrio entre a carga e a

geração (perdas de blocos de geração, aberturas de interligações, rejeições de carga).


Inércia Sintética

A inércia sintética é um dos requisitos de maior importância para o SIN, pois

possibilitará a contribuição das centrais geradoras eólicas para a regulação

primária do sistema interligado, agregando sua inércia à da geração

convencional.

H

34

As centrais de geração eólica deverão dispor de controladores sensíveis às variações

de frequência, de modo a emular a inércia (inércia sintética) através de modulação

transitória da potência de saída, contribuindo com pelo menos 10% de sua potência

nominal, quando em regime de subfrequência / sobrefrequência.


Inércia Sintética

35


Inércia Sintética - Simulação Dinâmica

Dada a importância desse requisito, o ONS tem investigado o desempenho dinâmico

de aerogeradores que possuem esse requisito em sistemas com baixa inércia. A figura

abaixo mostra o resultado de uma simulação de perda de um bloco de geração,

considerando os aerogeradores do sistema sem e com inércia sintética.

57.5

58.

58.5

59.

59.5

60.

0. 6. 12. 18. 24. 30.

FREQUENCIA DO SISTEMA AEROGERADORES SEM INERCIA SINTETICA

FREQUENCIA DO SISTEMA AEROGERADORES COM INERCIA SINTETICA

Freq

uên

cia

(Hz)

Tempo (s)

Frequência mínima maior 58,0 Hz x 57,6 Hz

Taxa de variação de frequência

menor

A inércia sintética

pode ser a diferença

entre a atuação ou

não de um ou mais

estágios do ERAC!

Sistema Teste

36

Pontos Importantes

37

Pontos Importantes

A integração energética deve respeitar as realidades e

características dos países envolvidos;

Há grande potencial de integração, que podem permitir a

materialização de benefícios quantificados em estudos;

Devem ser desenvolvidas ações que promovam o fomento da

confiança, da segurança e de instrumentos jurídicos que proporcionem

estabilidade;

A diversificação da matriz energética deve ser eficiente e sustentável,

e deve envolver todas as fontes disponíveis;

É necessário alcançar um equilíbrio adequado entre segurança

energética, social, sustentabilidade ambiental e eficiência econômica.

38

Pontos Importantes

O intercâmbio de energia com o Sistema Interligado Nacional –

SIN deverá ser efetuado com base em oferta de preço e

volume;

Os preços deverão ser competitivos frente àqueles praticados

no Sistema Interligado Nacional – SIN;

Em função de crescentes requisitos de geração compulsória no

Sistema Interligado Nacional (gerações térmicas mínimas, eólicas e,

no futuro, solares), bem como as inflexibilidades hidráulicas (requisitos

de defluências mínimas, ambientais e por uso múltiplo da água) os

intercâmbios de energia entre os sistemas elétricos dos países

vizinhos e o SIN deverão, preferencialmente, ser efetuados nos

períodos de cargas média e pesada (períodos de 08:00h às 24:00h

dos dias úteis e de sábados)

Obrigado

[email protected] / [email protected]

+55 21 3444-9899

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