P&D Estratégico ANEEL : Aspectos Relevantes para Comercialização de Energia Eólica

P&D Estratégico ANEEL : Aspectos Relevantes para Comercialização de Energia Eólica Tema:Perspectivas da Indústria de Energia Eólica no âmbito dos processos de inovação _ Áreas de Comercialização e Regulação

Tópicos MRE Eólico Risco na Geração Eólica Complementaridade Hidro-Eólica Leilões Regionalizados de Energia Eólica no ACR Conclusões

Descrição do Problema* • Governo do Reino Unido pretende ampliar a capacidade instalada eólica de 5GW para 30GW até 2020 (Plantas na Inglaterra / Escócia / Irlanda / País de Gales e “Off-Shore”). • Operador do sistema tem que lidar com o crescente nível de desequilíbrio, pois os geradores eólicos não são suficientemente incentivados a participar do mercado atacadista que oferece riscos de exposição. • Neste contexto, individualmente, os pequenos geradores eólicos estão expostos a significativos riscos de geração intermitente e variável, seja na perspectiva sazonal, quanto diária. • Não comercializam no Mercado Spot e recebem apenas o chamado “Selo Verde”, que equivale a um contrato de disponibilidade no ACR brasileiro. *) Attracting Wind Generators to the Wholesale Market by Mitigating Individual Exposure to Intermittent Outputs: an Adaptation of the Brazilian Experience with Hydro Generation. G.L.Susteras; D.S.Ramos; J.R.A.Chaves; A.C.V.J.Susteras.

Desequilíbrio do sistema Desequilíbrio do sistema tende a ser mais negativo quanto maior for a geração eólica, demonstrando o baixo nível de contratação desta forma de geração.

Desequilibrio Desequilibrio ROCs ROCs Eólica no Reino Unido Eólica recebe o valor dos ROCs (Certificados de Geração Renovável Obrigatória), recebe o valor fixado em contratos e fica com os ônus e bônus do desequilibrio entre geração e montante contratado.

Geração do agente 2 Geração do agente 1 contrato contrato desequilibrio desequilibrio Geração combinada Alocação do agente 1 Alocação do agente 2 contrato contrato desequilibrio desequilibrio Efeito do MRE no Desequilibrio Exemplo Didático : Agentes Perfeitamente Complementares

Principais Resultados da Simulação Sobra da geração é liquidada no mercado SPOT pelo preço de venda do sistema. Déficit da geração é liquidado pelo preço de compra do sistema. Valor do contrato é fixado com o preço da energia do mês seguinte. Fatores de correlação entre a geração dos parques eólicos. Poucos parques apresentam fatores de correlação negativos entre si.

Principais Resultados da Simulação 2 Barras representam o nível ótimo de contratação sem o MRE. Pontos representam o nível ótimo de contratação com o MRE. O MRE incentiva os parques eólicos a alocarem mais energia em contratos, reduzindo o desequilíbrio sistêmico. Receitas individuais dos parques eólicos aumentaram até 28% e a receita total aumentou 5%.

MRE eólico no Sistema Brasileiro Interligado

Geração Mensal das Usinas sem MRE Geração de cada usina eólica do parque brasileiro existente.

Geração Mensal das Usinas com MRE Com o MRE cada usina recebe a sua parte da geração total das usinas eólicas, ou seja, quando o sistema tem sobras de geração, as usinas tem mais energia alocada e quando o sistema gera menos, a usina tem menos energia alocada.

Modelo Econômico e Risco da Geração Eólica Geração da eólica (m,c) Montante Contratado Contabilização no MCP (m,s,c) Investidor deseja maximizar a expectativa de Receita de seu portfólio, representada pela receita média, bem como reduzir sua exposição ao risco, que é obtida pela maximização do CVaR. Receita do contrato Custo de Geração e do MCP (m,s,c) Receita Total (m,s,c) Onde: m = mês s = série hidrológica c = cenário eólico (com e sem MRE)

MRE Brasil – Simulação do Risco sem MRE CVaR representa o valor esperado da receita em risco. Otimização da receita é obtida com o máximo de contratação, pois o preço do contrato é maior que o PLD médio.

MRE Brasil – Simulação do Risco com MRE CVaR representa o valor esperado da receita em risco. Otimização da receita é obtida com o máximo de contratação, pois o preço do contrato é maior que o PLD médio.

Resultados Com o MRE o risco de receitas baixa do sistema eólico é reduzido, isto pode ser notado pelo aumento dos valores de CVaR. O MRE aplicado às usinas do sistema brasileiro resultou em um acréscimo médio de aproximadamente 4% da receita em risco.

Considerações • O Mecanismo de Realocação de Energia para as usinas eólicas traz benefício para o sistema na medida em que os empreendedores podem comprometer uma parte maior de sua energia em contratos e traz benefícios para os empreendedores, pois reduz o risco de receitas baixas. • O caso analisado captura os benefícios da complementação sazonal entre as eólicas, sendo que os ganhos serão ainda maiores se forem consideradas as variações de geração entre os anos. • A expansão da matriz eólica trará uma maior diversificação na geração e deverá aumentar os ganhos do MRE.

Fatores de capacidade mensais A fonte eólica apresenta grande incerteza de geração, devido a variabilidade das condições de vento.

Modelo Econômico e Risco da Geração Eólica Geração da eólica (m,c) Montante Contratado Contabilização no MCP (m,s,c) Investidor deseja maximizar a expectativa de Receita de seu portfólio, representada pela receita média, bem como reduzir sua exposição ao risco, que é obtida pela maximização do CVaR. Receita do contrato Custo de Geração e do MCP (m,s,c) Receita Total (m,s,c) Onde: m = mês s = série hidrológica c = cenário eólico

Geração “Determinística” Pequeno risco de receitas baixas.

Geração Probabilística Grande variabilidade das receitas para os cenários eólicos e aumento expressivo do risco de receitas baixas.

Cenário Determinístico x Probabilístico A receita média é igual para as duas formas de simulação, pois as duas apresentam as mesmas médias dos fatores de capacidade. O cenário probabilístico tem um grande aumento do risco de receitas baixas para altos níveis de contratação.

Considerações • O cálculo econômico-financeiro da geração eólica utilizando apenas os valores médios de fator de capacidade subdimensiona o seu critério de risco. • Neste caso, a geração da fonte é considerada “determinística” para todos os meses e cenários do horizonte de planejamento. • A consideração da variabilidade do vento e, por consequência, do risco de geração, torna a análise mais realista e captura as situações de baixa receita a que o investidor está exposto.

Geração Hidráulica X Eólica Complementaridade entre as fontes reduz o risco de exposição durante os meses.

Modelo Econômico e Risco do Portfólio Geração da usina (m,c) Montante Contratado Contabilização no MCP (m,c) Investidor deseja maximizar a expectativa de Receita de seu portfólio, representada pela receita média, bem como reduzir sua exposição ao risco, que é obtida pela maximização do CVaR. Receita do contrato Custo de Geração e do MCP (m,c) Receita Total (m,c) Onde: m = mês c = cenário

Portfólio Hidro-Eólico 100% Eólica 100% Contratado 55% Eólica 45% PCH 80% Contratado 100% PCH 100% Contratado 100% PCH 59% Contratado 100% PCH 0% Contratado 100% Eólica 84% Contratado 100% Eólica 0% Contratado

Oferta e Demanda de Energia: Balanço do SIN

Região Norte Oferta e Demanda de Energia: Balanços Regionais

Região Nordeste Oferta e Demanda de Energia: Balanços Regionais

Região Sul Oferta e Demanda de Energia: Balanços Regionais

Região Sudeste/Centro-Oeste Oferta e Demanda de Energia: Balanços Regionais

Limites de transmissão entre os submercados (MW) Observa-se que a Região Nordeste apresenta o maior superávit de Garantia Física em relação ao seu mercado e, ao mesmo tempo, possui uma conexão de exportação muito fraca para as Regiões Norte e Sudeste/Centro-Oeste.

Oferta e Demanda de Energia: Balanços Regionais • Considerandos: • Esta relação entre sobra de energia e conexão a outras regiões recomenda, sob o ponto de vista técnico, a conveniência da Regionalização da Oferta do Leilão de Eólicas. • Caso contrário, corre-se o risco de, em algumas situações operativas, a Região Nordeste apresentar sobra de energia que simplesmente não possa ser exportada para as demais regiões. • Para esta energia tornar-se exportável, investimentos de grande volume precisam ser realizados no sistema de transmissão, encarecendo assim a energia disponibilizada aos clientes finais. • Cabe ressaltar que a energia eólica, no contexto dos leilões em perspectiva, está sendo planejada para incorporação ao montante existente de energia de reserva e, justamente por isso, a conveniência de regionalização da oferta a ser contratada fica reforçada, posto que exatamente quando sua contribuição for vital ao sistema, em momentos de hidrologia crítica nas Bacias Hidrográficas ao Sul, sua geração pode não estar sendo aproveitada para minimizar possíveis restrições operativas.

Perdas no Sistema de Transmissão Os desequilíbrios energéticos regionais são, à medida do possível, compensados pela intensificação do fluxo de energia entre os submercados. Quanto maior o fluxo de energia entre as regiões, maior a utilização do sistema de transmissão e, conseqüentemente, maior o valor das perdas elétricas. Nos próximos anos, a manutenção dos desequilíbrios energéticos regionais, ou mesmo sua acentuação, terão impacto direto sobre as Perdas de Transmissão, provocando significativa elevação. Neste sentido, a Regionalização dos Leilões de Eólicas, ao agregar energia a partir de fontes eletricamente próximas aos centros de consumo, contribui para reduzir a intensidade dos fluxos energéticos inter-regionais, permitindo a redução nas perdas de transmissão.

Diversificação do Regime de Ventos A concentração de muitos projetos eólicos em uma única região, além de apresentar o efeito indesejado de acentuar os desequilíbrios regionais, traz a desvantagem da dependência praticamente única e exclusiva da geração de energia eólica em função do regime de ventos de uma única região. Se todos os projetos se instalarem próximos uns aos outros, mesmo que em média estes locais sejam os que produzam maiores volumes de energia, a ocorrência de um “ano bom” determinará geração elevada em todos os projetos, ao passo que a ocorrência de um “ano ruim” praticamente determinará ausência de geração eólica (é o chamado “modo de falha comum”da Teoria de Confiabilidade de Sistemas Elétricos). Sob o ponto de vista da Teoria de Portfólio Ótimo, desenvolvida por Markowitz, faz mais sentido diversificar a localidade das usinas, criando mecanismos no Leilão que produzam, como resultado, projetos vencedores que são os mais eficientes segundo o regime de ventos de cada Região. Como resultado, parques distantes (no Nordeste e no Sul do país, por exemplo) tenderão a possuir regimes de vento diferentes, de modo que gerações elevadas em uma região sejam compensadas por gerações de menor valor em outra, e vice-versa, aproveitando-se a diversidade, similar ao conceito de diversidade hidrológica, tão bem aproveitado no parque hidrelétrico interligado brasileiro.

Compensação de Vocações Naturais Algumas regiões possuem recursos energéticos naturais não-renováveis que, pela competitividade econômica (muitas vezes decorrentes de incentivos fiscais) ou mesmo domínio tecnológico, passaram a ser utilizados como fonte de energia produtora de eletricidade. A Região Sul do país, por exemplo, tem poucos reservatórios de regularização das vazões naturais e apresenta um regime hidrológico sem uma sazonalidade definida. De fato, para a Região Sul, poucos meses de estiagem são capazes de fazer as usinas hidroelétricas oscilarem entre completamente cheias e completamente vazias. Para mitigar este risco, investimentos significativos têm sido realizados nos sistemas de transmissão que conectam esta região à região sudeste/centro-oeste. Além disso, a Região Sul tem utilizado de forma intensa suas usinas termoelétricas a carvão mineral nacional, que apresenta alta emissão de CO2 e baixo conteúdo energético. A Regionalização do Leilão de Eólicas, alocando percentual da demanda sistêmica para suprimento através de projetos localizados na Região Sul, fará com que esta dependência energética seja reduzida ao longo do tempo e permitirá a substituição de fontes complementares poluentes e ineficientes por fontes sustentáveis de geração. Por oportuno, cumpre salientar que o potencial eólico disponível para aproveitamento na Região Sul é bastante expressivo, viabilizando perfeitamente a proposta de regionalização da expansão da oferta eólica que se está propugnando.

Desenvolvimento Industrial Cadeia de Valor da Indústria Eólica. A Regionalização do Leilão de Eólicas, ao possibilitar a instalação de parques em diversas regiões do país, permite também o desenvolvimento da indústria eólica de forma regionalizada. Esse desenvolvimento regional traduz-se em nichos de mercado para diversos fabricantes (componentes e aerogeradores) e empreendedores locais, além do desenvolvimento de Centros de Pesquisa regionais. Em um horizonte de médio prazo, a Regionalização do Leilão de Eólicas e o conseqüente desenvolvimento de parques em diversas partes do país tende a criar uma indústria pulverizada, com diversos Agentes, contribuindo para a concorrência e o desenvolvimento tecnológico, com impactos sensíveis na redução do preço dos equipamentos, além de ganho de competitividade em mercados externos.

Leilões Regionalizados _ Considerações Finais Nos primeiros Leilões de Energia Nova a falta de relação espacial entre oferta e demanda não era preocupante. No entanto, após a ocorrência de vários leilões, chegou-se à situação apresentada anteriormente, com desequilíbrios regionais sensíveis e a sinalização de situações potenciais em que pode ser necessário recorrer ao racionamento em uma região, sem que o excedente de outra possa ser exportado para atenuar e/ou eliminar a restrição ao consumo. A definição mais exata, estabelecendo o “trade-off”entre regionalização da oferta e acréscimo de capacidade nas interligações regionais, deve contemplar o cotejo entre custo adicional de adição de capacidade de oferta menos econômica versus custo de reforço das redes de interconexão entre regiões.

Conclusões • As Eólicas, individualmente, apresentam riscos inerentes a geração intermitente que, dependendo do porte e do apetite ao risco do Agente empreendedor, inviabilizam a comercialização de energia no mercado livre. • O Mecanismo de Realocação de Energia pode ser uma solução para as eólicas, pois mitiga o risco individual. • A consideração da variabilidade do vento, e conseqüentemente do risco de geração, torna a análise mais realista e captura as situações de baixa receita a que o investidor esta exposto. • O portfólio formado com usinas eólicas e hidráulicas reduz o risco de receitas baixas, aproveitando-se da complementaridade entra a geração destas fontes. O mesmo estudo pode ser aplicado para usinas hidráulicas participantes do MRE, para Biomassa e outras fontes de geração.

Recomendações Projeto de P&D Estratégico deverá contemplar, na vertente de “Arranjos Comerciais”, pelo menos os seguintes tópicos: • Análise de alternativas e viabilidade regulatória para a implementação de Mecanismo de Realocação de Energia para empreendimentos eólicos, com eventual extensão para empreendimentos de cogeração e geração movidos a biomassa. • Tratamento estatístico de medições de vento existentes e desenvolvimento de modelagem estocástica para séries temporais de vento . • Análise de complementaridade energética e otimização de portfólio para empreendimentos de geração sazonal complementar, com aferição da existência do grau de “hedge” natural entre essas fontes. • Avaliação da conveniência de se adotar leilões regionalizados para a energia eólica e aferição do impacto sistêmico e empresarial da perpetuação da modalidade de leilão de reserva e/ou energia nova de âmbito nacional.

Obrigado!!! Prof. Dr. Dorel Soares Ramos – dorelram@usp.br

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