Gerenciando a variabilidadade A David MillBorrow Paper Aluno : Paulo Arthur G. Vieira Prof.(a): Ruth Pastora Leão

Sumário Introdução Rede Características da Energia Eólica 1/24 Introdução Rede Escala Econômica Flutuações na Demanda Reservas Operacionais Backup Características da Energia Eólica Integração Eólica Mitigando Efeitos de Variabilidade Exemplos Considerações Finais Bibliografia

Introdução 2/24 Descrição da rede elétrica visto a integração de fontes de energias renováveis. O significado de variabilidade. Integração das fontes variáveis face ao sistema de potência em termos de custos. Formas em que os custos adicionais podem ser mitigados, cobrindo conceitos que já estão disponíveis. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Rede 3/24 I/IV Escala Econômica Quanto maior a rede mais baixo é custo da eletricidade aos consumidores. Quanto melhor a agregação entre demanda e geração, menores são as variações de demanda e maior o controle de prevê-la. Em 2006, na Inglaterra, a razão entre a capacidade instalada e a demanda média foi de 2. Necessidade de Reservas Operacionais e Plantas Marginais. Although large integrated electricity systems are efficient they still require ‘operational reserve’ to deal with short-term mismatches in supply and demand and a ‘plant margin’ (additional plant, over and above that required to meet the maximum demand) to deal with plant breakdowns and other outages. The effect of wind energy on the short-term reserves and margin needs is the subject of much discussion and in this report each issue is discussed in the context of electricity networks. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Rede Flutuações na Demanda 4/24 II/IV Flutuações na Demanda Um exemplo de variação de demanda em 9 Janeiro de 2006. Demandas de 40,000 MW às 05h00; 54,000MW às 10h00 e 60,000MW às 17h30. Picos máximos: diurno de 2300MW e noturno de 3100MW. Fonte: Wind Power Management Variability VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Rede Reservas Operacionais Problemas Soluções 5/24 III/IV Reservas Operacionais Problemas Predição de demanda e Clima são alguns dos grandes fatores que contribuem para incertezas na demanda. Riscos de falhas em plantas de geradores. Soluções Uso de plantas do tipo: Frequency Response Fast Reserve Standing Reserve Most of the demand changes shown in Figure 1 are reasonably predictable but absolute precision is unrealistic. The weather is a key driver of electricity demand, although other factors come into play. •Frequency response: such plant automatically adjusts its output, increasing it when system frequency is low and vice versa. Annual costs of frequency response plant are around £145 million • Fast reserve: this plant is able to increase or decrease its output, under instruction from National Grid on a short timescale (typically half an hour) • Standing reserve: similar to fast reserve, but on a longer timescale (typically 1-4h). The requirement for operating reserve in Great Britain is around 3850 MW at the winter peak, based on uncertainties in demand and generation up to four hours ahead It is important to note that the levels of reserve scheduled at any particular time ensure that the electricity network operates in a stable manner, with a defined level of risk. 100% risk-free operation is unrealistic. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Rede 6/24 IV/IV Backup É medida através da diferença entre a capacidade total da geração na rede e a demanda máxima esperada. Assegura minuto a minuto o sistema em um eventual pico de demanda. No Reino Unido um sistema desejável de backup é da ordem de 24%. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Características da Energia Eólica 7/24 I/II A energia eólica não é totalmente aleatória e imprevisível. É variável ao invés de intermitente com saídas de vento, espalhadas por todo país de forma que pode ser quantificada. A perda de 1.000 MW de usinas térmicas é um risco real, mas é extremamente improvável que 1.000 MW de vento disperso irá desaparecer instantaneamente. Quanto maior a propagação geográfica reduz as flutuações e, portanto, mudanças bruscas de produção eólica em todo o país não ocorrem. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Características da Energia Eólica 8/24 II/II Fig1 Fonte : Wind Power and the UK resource Fig2 Fonte : Wind Power and the UK resource Ver pag 7 , 2 e 3 paragrafos Wind resources.. Patterns of Wind! Quanto maior o número de parques eólicos espalhados, menores são as flutuações. Diversidade não implica que os aerogeradores estarão dispostos em qualquer lugar. A proposta para diversificação é para garantir melhor confiabilidade e baixa variabilidade no sistema. Fig3 Fonte : Wind Power Managing Variability

Integração Eólica 9/24 I/V Os impactos da variabilidade e as correspondentes possibilidades de mitigação podem ser estudados através do exame dos três principais “custos centrais": Os custos extras da reserva operacional (custos de compensação), que pode : Reduzir a imprevisibilidade de vento Reduzir o custo de serviços de compensação 'Backup', que pode ser reduzido de acordo com o crédito de capacidade. Os custos de restrição, devido a energia eólica em excesso. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Integração Eólica Custos em Compensação VIEIRA, Arthur 10/24 II/V Custos em Compensação Fonte: University of Oxford Fonte:Wind Power Management Variability VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Integração Eólica Capacidade de Crédito 11/24 III/V Capacidade de Crédito  "A redução, devido à introdução de sistemas de conversão de energia eólica, da capacidade da planta convencional necessária para fornecer suprimentos confiáveis de energia elétrica.“ David Millborrow. Ou seja: Capacidade de Crédito = A razão entre a potência disponível na rede (de um outra fonte) pela potência estimada em produção eólica. Fator de Capacidade = A razão entre a potência produzida pela potência estimada numa produção eólica. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Integração Eólica Estimativa de Excesso de Energia Eólica 12/24 IV/V Estimativa de Excesso de Energia Eólica Demanda e produção eólica no Oeste da Dinamarca Surplus wind energy Fonte:Wind Power Management Variability Fonte:Wind Power Management Variability VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Integração Eólica 13/24 V/V Alta estimativa – Backup com uma planta de turbina com ciclo de gás combinado (CCGT), £700/kW. Baixa estimativa – Backup com uma mistura de CCGT e uma planta de turbina à gas com ciclo aberto, £500/kW. Sistema com nível de penetração de 30%, assumindo 12GW onshore e 45GW offshore. Fonte:Wind Power Management Variability

Mitigando Efeitos de Variabilidade 14/24 I/VI Existem algumas categorias de novas tecnologias que visam facilitar os custos adicionais associados à alta penetração de energia eólica: Previsão de vento; Alta produtividade Offshore; Gerenciamento de Demanda; Interconexões ; Carros elétricos e afins; VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Mitigando Efeitos de Variabilidade 15/24 II/VI Previsão do Vento Altos investimentos em melhorias de previsão de vento, R&D em centros da Europa e EUA; Serviços comerciais de previsão disponiveis com softwares capazes de prever 24hrs seguintes; Grandes investimentos voltados à previsão para serviços de operação para parques eolicos, e não para Operadores de Sistema. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Mitigando Efeitos de Variabilidade 16/24 III/VI Alta Produtividade Offshore Estatísticamente, na Dinamarca , a alta produtividade energética é fortemente Offshore. Alto fator de capacidade médio, 30%. Alto crédito de capacidade, reduzindo custos de compensação (extras backups). VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Mitigando Efeitos de Variabilidade 17/24 IV/VI Gerenciamento de Demanda (DSM) Tem potencial para reduzir picos de carga e reduzir custos de reserva, proporcionando uma predição de futuras cargas. Tipos de DSM: Provisão de reserva e resposta em frequência junto ao Operador de Sistema; Teleswitching; Dynamic demand; Smart meters; VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Mitigando Efeitos de Variabilidade 18/24 V/VI Interconexões (Supergrids - HVDC) Facilitar a conexão de plantas eólicas Offshore; Suavizar flutuações eólicas em escala continental; Facilitar o progresso em torno de altas proporções de energias renovaveis em redes Européias, incluindo por exemplo plantas solares na África. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Mitigando Efeitos de Variabilidade 19/24 VI/VI Carros Elétricos Redução de gás carbônico Utilização de Energia eólica em tempos de excesso de energia face a demanda. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Exemplos Alemanha 25.000MW de parques eólicos instalados, 6% consumo. 20/24 Alemanha 25.000MW de parques eólicos instalados, 6% consumo. Prevalece ventos de baixa velocidade. Fator de capacidade é de 18% ; Dinamarca 25% e Reino Unido 30%. Baixo crédito de capacidade. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Exemplos Dinamarca 26% da energia consumida no Oeste é eólica. 21/24 Dinamarca 26% da energia consumida no Oeste é eólica. Exporta energia para Alemanha, Suécia e Noruega através de links com capacidade de 2.900MW. Há um planejamento para 50% de penetração para 2025. Veículos elétricos constituem 15% do tráfego. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Considerações Finais 22/24 Energia eólica continua crescendo em torno de 25% por ano. A chave para o adicional de reservas é a incerteza entre o balanço de geração e demanda. Variações em geração eólica não são totalmente aleatórias ou imprevisíveis, podem ser quantificadas. Finalmente, diversos desenvolvimentos relacionados a energia eólica os quais resultam em redução de custos em controle de variabilidade . VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

Bibliografia 23/24 [1] MILBORROW, David. « Managing Variability » WWF-UK, RSPB, Greenpeace UK, June 2009. [2] « Variability of Wind Power and other Renewables », International Energy Agency, June 2005. [3] « Wind Power and the UK resource », Environmental Change Institute, University of Oxford, September 2005. VIEIRA, Arthur « Gerenciando a Variabilidade »  

24/24 Dúvidas e Sugestões