Smart Grids

Introduo Desregulamentao Comrcio de energia Precificao Regulao Mercado G/T

PEA5918 Redes Eltricas Inteligentes eMicrorredes (Smart Grids e Microgrids)

Introduo Smart Grids

Giovanni Manassero Junior

Depto. de Engenharia de Energia e Automao EltricasEscola Politcnica da USP

Julho/2011


IntroduoA indstria de Samuel Insull

Os sistemas eltricos de potncia normalmente so considerados osmaiores e mais complexos sistemas dinmicos j construdos pelahumanidade;

um conjunto de equipamentos (condutores, mquinas, torres,disjuntores, cargas, etc.) conectados entre si para desempenhar asfunes de gerao, transmisso e distribuio;

Essa estrutura deve garantir confiabilidade, qualidade e preo reduzidopara o consumidor de energia eltrica;

O modelo da estrutura descrita foi estabelecido por Samuel Insull apartir da empresa Chicago Edison Company.


A estruturaOs pilares de indstria de Insull

A viso de Samuel Insull a respeito da indstria de energia eltrica baseada em quatro pilares fundamentais:

Consumo de massa: economicamente vantajoso fornecerenergia eltrica a consumidores conectados em uma grande redeeltrica interconectada, uma vez que h aumento naconfiabilidade;

Economia de escala: aumento na produo de energia eltricaresulta em diminuio dos custos por unidade de energiaproduzida, bem como garantia de entrega da energia eltrica;

Estratgia de marketing: descontos proporcionais ao consumo deenergia eltrica (sell more and charge less);

Regulao: proporciona estabilidade de investimentos a umaindstria de capital intensivo e grande interao poltica.


Os desafios tcnicosComo garantir a operao desses sistemas

Qualquer sistema eltrico de potncia deve garantir o suprimento deenergia aos consumidores, de forma confivel e ininterrupta,respeitando os limites de variao de frequncia e tenso;

Neste contexto, os grandes desafios tcnicos dos sistemas eltricosinterligados residem nas etapas de especificao, projeto e operao,de modo a garantir sua integridade nas mais diversas situaes:

Na presena de variaes instantneas no consumo de energia:conexo e desconexo de cargas;

Na eventualidade de distrbios: curtos-circuitos nosequipamentos que compem os sistemas, perda de grandesblocos de carga, etc.


Os desafios tcnicosComo garantir a operao desses sistemas

Em meados da dcada de sessenta, a indstria de energia eltricainiciou o uso da eletrnica analgica e digital para efetuar omonitoramento, a automao e o controle dos sistemas eltricos depotncia;

Alm disso, os avanos na tecnologia da computao permitiram aelaborao e utilizao de ferramentas computacionais para asimulao dos sistemas eltricos de potncia, de modo a planejar suaoperao durante contingncias;

Atualmente, a utilizao de equipamentos e ferramentascomputacionais para esse fim bastante difundida nas usinas degerao de energia eltrica, bem como nos sistemas de transmisso e,em menor escala, nas redes de distribuio.


Novos paradigmasA necessidade de adaptao nova realidade

Atualmente existem outros desafios que se impem especificao,projeto e operao dos sistemas eltricos:

Reduo do impacto da atividade humana sobre o meioambiente: consenso na comunidade cientfica que os gases deefeito estufa ocasionam mudanas climticas e, portanto, devemser mantidos em nveis seguros. Dentre estes gases, esto odixido de carbono (CO2), o metano (CH4), o xido nitroso(N2O), Perfluorcarbonetos (PFCs ) e tambm o vapor de gua;

Independncia de fontes de energia no-renovveis: a oferta deenergia obtida por meio de fontes no-renovveis deveapresentar declnio ao longo dos anos e, como consequncia, opreo deve se elevar.


Novos paradigmasReduo do impacto da atividade humana sobre o meio ambiente

A questo das mudanas climticas impe um grande desafio indstria de energia eltrica. Em alguns pases h polticas emdiscusso para a reduo da emisso de gases do efeito estufa (p. ex.nos EUA, h discusses sobre a reduo em 80% ou mais, at o anode 2050);

Para atingir esses objetivos, a indstria de energia eltrica deveempregar diferentes fontes de energia, o que implica mudana nasusinas de gerao;

Deve-se ressaltar que o desafio no se resume apenas em modificaras usinas de gerao para acomodar fontes de energia menospoluentes. Alm disso, deve-se verificar o impacto dessas modificaesnos ndices de confiabilidade e qualidade de energia eltrica.



Associado a essa mudana preciso investir em programas deeficincia energtica, porm, essa premissa colide com uma das basesfundamentais da indstria (sell more and charge less);

Desta forma, redirecionar os propsitos da indstria de energia eltricapara a comercializao e, simultaneamente, para a economia deenergia eltrica pode colocar em xeque os modelos de gerenciamentoatuais, os meios de financiamento e os mecanismos de regulao.



Electricity Flow, 2008(Quadrillion Btu)

Energy Information Administration / Annual Energy Review 2008

1 Blast furnace gas, propane gas, and other manufactured and waste gases derived fromfossil fuels.

2 Batteries, chemicals, hydrogen, pitch, purchased steam, sulfur, miscellaneous technologies,and non-renewable waste (municipal solid waste from non-biogenic sources, and tire-derivedfuels).

3 Data collection frame differences and nonsampling error. Derived for the diagram bysubtracting the T & D Losses estimate from T & D Losses and Unaccounted for derived fromTable 8.1.

4 Electric energy used in the operation of power plants.5 Transmission and distribution losses (electricity losses that occur between the point of

generation and delivery to the customer) are estimated as 7 percent of gross generation.6 Use of electricity that is 1) self-generated, 2) produced by either the same entity that

consumes the power or an affiliate, and 3) used in direct support of a service or industrialprocess located within the same facility or group of facilities that house the generating equip-ment. Direct use is exclusive of station use.

Notes: Data are preliminary. See Note, Electrical System Energy Losses, at theend of Section 2. Values are derived from source data prior to rounding for publication. Totals may not equal sum of components due to independent rounding.

Sources: Tables 8.1, 8.4a, 8.9, A6 (column 4), and Energy Information Administration,Form EIA-923, "Power Plant Operations Report."

COAL20.59

NATURAL GAS7.02

PETROLEUM 0.48

OTHER GASES1 0.1O

NUCLEAR ELEC.8.46

RENEWABLE 3.88

OTHER28.46

FOSSIL FUELS28.18

ENERGY CONSUMED TO GENERATE ELEC-

TRICITY40.67

CONVERSION LOSSES

25.81

GROSS GENERATION OF ELECTRICTY

14.86

UNACCOUNTED3 0.12

NET GENERATION OF ELECTRICTY

14.02

NET IMPORTS 0.11

END USE13.21

PLANT USE4 0.84

TRANSMISSION & DISTRIBUTION LOSSES5 1.04

RESIDENTIAL 4.71

COMMERCIAL 4.61

INDUSTRIAL 3.35

TRANSPORTATION 0.03

DIRECT USE6 0.52


Novas direesO fim da era Insull

medida que a indstria de energia eltrica caminha para a mudananas fontes de energia e direciona esforos para a eficincia energtica,as tecnologias adotadas atualmente se tornam obsoletas;

Nas prximas dcadas, a arquitetura dos sistemas eltricos podemudar significativamente;

A prevalncia de grandes usinas de gerao de energia eltrica e docontrole centralizado deve ser sucedida pela presena de pequenasunidades geradoras e inteligncia descentralizada;

No centro dessa transformao se encontram as Redes EltricasInteligentes, que devem marcar essa mudana (possivelmente a maiormudana na indstria, desde a Batalha das Correntes).


DefiniesComo definir o conceito de Redes Eltricas Inteligentes

Nesse contexto, redes eltricas inteligentes so redes que utilizamextensivamente:

Equipamentos eletrnicos;

Sistemas de comunicao; e

Ferramentas computacionais.

Com o objetivo de ampliar o desempenho dos sistemas eltricos, noque se refere produtividade, eficincia energtica, qualidade edesempenho ambiental.


A desregulamentao do setor de energia eltricaA dcada de 1990

O incio da dcada de 1990 foi marcado pelo consenso de que ospreos praticados pela indstria de gerao de energia eltricadeveriam ser definidos pelo mercado e no pelos governos;

A desregulamentao do setor de energia eltrica ocorreu de formasdistintas nos pases onde foi implantada;

A Inglaterra um exemplo de implementao bem sucedida, porm um sistema de dimenses reduzidas;

Nos Estados Unidos, a forma como a desregulamentao foiimplementada resultou na crise energtica enfrentada pela Califrniano incio do sculo XXI.


A desregulamentao do setor de energia eltricaEstados Unidos

Nos Estados Unidos, a desregulamentao do setor de energia eltricafoi implementada em apenas vinte e trs estados e, atualmente, todosesto reestruturando o processo;

A agncia reguladora americana denominada FERC FederalEnergy Regulatory Commission;

Cabe FERC definir os preos para a transmisso de energia eltricaem todas as regies sob sua responsabilidade, porm a FERC no tempoderes para definir concesses para a construo de novas linhas detransmisso.


Estados UnidosO processo de desregulamentao

O processo de desregulamentao foi impulsionado pela perspectivade redues significativas no preo final da energia eltrica;

No entanto, esse processo foi implantado de forma independente pelosestados, sem uma poltica nacional. Inicialmente, os estados queaderiram ao processo possuam preos mais elevados que a mdianacional;

medida que o processo foi se consolidando, a FERC permitiu o livreacesso aos sistemas de transmisso e, em seguida, permitiu queempresas de gerao comercializassem a energia eltrica no mercadode energia.


Estados UnidosO por qu da implantao parcial

O argumento utilizado para a implantao da desregulamentao dosetor no garantiu a participao dos estados que possuam preosinferiores mdia nacional;

Alm disso, a experincia resultante do processo nacional dedesregulamentao do setor de telefonia influenciou negativamente adeciso poltica dos estados;

Ademais, poucos estados possuam capacidade para garantir osucesso do processo de desregulamentao, isto : um nmerosuficiente de empresas de gerao, capacidade de transmisso paraacomodar todas essas empresas e regras de livre acessoconsolidadas.


Estados UnidosAlternativas de consumo

Para evitar o impacto negativo da implantao do processo dedesregulamentao, os estados permitiram que os consumidoresoptassem pelo livre mercado ou pelo mercado regulado;

Os preos praticados pelo mercado regulado foram denominadosPOLR rates PrOvider of Last Resort rates, e foram ajustados paravalores inferiores aos normalmente praticados;

Para que as POLR rates pudessem ser modificadas, era necessrioobter permisso dos governos estaduais;

Como consequncia, os preos praticados pelo livre mercado noforam capazes de competir com as POLR rates.


Estados UnidosA crise da Califrnia

A crise da Califrnia teve incio com a escassez de recursos naturaisno estado, principalmente gs natural;

Em decorrncia da reduo na oferta das fontes de energia, os preosda energia eltrica se elevaram rapidamente, ocasionando um aumentode preos em toda regio oeste;

Para evitar maiores danos, os estados dessa regio iniciaram planospara reduo no consumo de energia eltrica e viabilizaramfinanciamentos para construo de novas usinas de gerao.


Estados UnidosA crise da Califrnia

Entre junho de 2000 e junho de 2001 os cidados da regio oeste dosEstados Unidos gastaram aproximadamente quarenta bilhes dedlares a mais do que nos doze meses anteriores;

Durante esse perodo houve blecautes e cortes no fornecimento deenergia eltrica;

Entretanto, o pior dano talvez tenha sido a falsa ideia de que adesregulamentao do setor eltrico no capaz de proporcionarbenefcios ao setor.


Estados UnidosA situao atual

Cada estado possui uma agncia reguladora de servios pblicos queestabelece, junto s concessionrias privadas de distribuio deenergia (IOUs Investor Owned Utilities), os preos praticados aoconsumidor final;

Normalmente, as concessionrias pblicas definem os preos a serempraticados sem a interferncia dessas agncias;

Nos Estados Unidos h trs sistemas de transmisso interligadosdistintos;

Com exceo do Texas, esses sistemas esto sob jurisdio da FERCe devem seguir as normas de confiabilidade definidas pela NERC North American Electric Reliability Corporation.


A desregulamentao do setor de energia eltricaEstados Unidos


O incio das redes eltricas inteligentesSequim Washington

No incio do ano de 2005, pesquisadores do PNNL Pacific NorthwestNational Laboratory efetuaram a primeira instalao de medidoresinteligentes nos Estados Unidos;

Essa instalao foi conduzida em conjunto com a concessionriapblica da cidade de Sequim, em Washington (Clallam Public Utility),com o objetivo de postergar a ampliao do sistema eltrico dessaconcessionria;

A empresa Whirlpool, gigante do setor de eletrodomsticos, participoudesse processo.


O incio das redes eltricas inteligentesResposta pelo lado da demanda

Os medidores inteligentes empregados em Sequim foramdesenvolvidos para receber informaes atualizadas sobre os preosda energia eltrica ao longo do dia;

Desta maneira, o consumidor podia decidir sobre quando e comoutilizar a energia eltrica disponvel;

Em ltima anlise, o consumidor podia decidir sobre pagar o preo daenergia durante os horrios de pico, ou mudar seus hbitos deconsumo para reduzir despesas.


Medidores eltricos inteligentesAumento na confiabilidade dos sistemas

Permitir que os consumidores pudessem decidir sobre como e quandoconsumir a energia eltrica disponvel era apenas parte do experimentoconduzido pelos pesquisadores da PNNL;

Alm disso, o experimento consistia em investigar se o empregodesses medidores era capaz de ampliar os ndices de confiabilidade dosistema;

Para tanto, esses medidores foram dotados de atuadores responsveispor ligar/desligar cargas dentro das residncias dos consumidores.


Os resultados do experimento em SequimExpectativas positivas

Os pesquisadores da PNNL chegaram concluso que osconsumidores que participaram da iniciativa foram beneficiados comredues de cerca de dez por cento na conta de energia eltrica;

Esse resultado foi obtido apenas com a mudana nos hbitos deconsumo e no com a reduo no consumo individual de energiaeltrica;

Durante o incio do experimento, o mercado apresentou algumasvariaes significativas de preo, at os consumidores se habituaremcom o sistema de tarifao.


Produo de solues semelhantes em escalaDetalhes do experimento

O custo individual dos medidores inteligentes desenvolvidos pelo PNNLera da ordem de mil dlares;

Os pesquisadores do PNNL forneceram suporte tcnico em tempointegral de modo a garantir o funcionamento adequado dessesmedidores inteligentes;

A participao macia dos consumidores de Sequim foi alcanada coma garantia de que haveria uma reduo significativa na conta deenergia eltrica;

Sendo assim, a poltica de preos praticada pela concessionria aindaera, de certa forma, regulada.


Custos de produoDetalhes

Alm dos custos de capital, pode-se incluir os seguintes custos naatividade de gerao de energia eltrica:

Combustvel: usinas de gerao que no empregam fontes deenergia renovveis possuem custos associados compra dessasfontes;

Manuteno: qualquer usina de gerao possui um custo demanuteno que varia conforme o tipo de equipamento econforme a idade desses equipamentos;

Capacidade reserva: a garantia de atendimento s cargasconectadas nos sistemas eltricos depende da manuteno deunidades geradoras em stand by ;

Outros: custos de administrao, salrios, despesas gerais, etc.


Custos de produoOperao dos sistemas interligados

Parte das atribuies dos operadores dos sistemas interligados decidir como agregar a capacidade reserva ao longo do dia,considerando as variaes de carga do sistema e o custo de produode energia eltrica nessas condies;

Essa tarefa deve ser realizada de modo que o custo total de produode energia eltrica seja o menor possvel, para garantir o maior retornoao setor;

De maneira simplista, isso significa manter, na base do sistemaprodutivo, as usinas que tm custo operacional mais baixo e, medidaque a carga aumenta, colocar em operao as usinas que possuemcusto operacional mais elevado, para manter os ndices deconfiabilidade do sistema.


Custos de produoConsumo de fontes de energia


Custos de produoVariao de preos


Tarifao de energia eltricaO medidor de energia eltrica convencional

A medio de energia eltrica individual no considera a variao depreos apresentada;

A maioria dos consumidores no paga o valor correto pela energiaconsumida em funo do instante em que essa energia foi consumida;

It is like weighing your grocery cart when you check out at the supermarket andcharging you per pound of groceries in the cart, without prices for any of thespecific items you chose to buy that day, whether it be caviar or pet food.

Peter Fox-Penner


Medidores eletrnicos inteligentesPanorama futuro

No contexto apresentado, o modelo de precificao da energia eltricaconsumida deve incluir, alm dos custos mencionados (capital,investimentos, manuteno, operacional, etc.), o risco associado aquisio de fontes de energia cujo preo definido pelo mercado;

Com o objetivo de simplificar a precificao e, alm disso, informar osconsumidores sobre seus hbitos de consumo, algumasconcessionrias tm implantado sistemas de medio inteligente;

Os medidores inteligentes que integram esses sistemas so capazesde registrar o consumo de energia eltrica e associ-lo a uma etiquetade tempo;

Sendo assim, possvel tarifar o consumidor de maneira maisadequada.


Medidores eletrnicos inteligentesCapacidades

A medio inteligente baseada em preos variveis ao longo do diaapresenta um novo panorama de possibilidades:

O modelo de precificao pode ser mais simples e, alm disso,novas opes de preo podem ser oferecidas aos consumidores;

Medidores inteligentes podem trabalhar em conjunto com osequipamentos dos consumidores, de modo a alterar padres deconsumo automaticamente, em funo do preo praticado pelasconcessionrias;

Alm disso, esses medidores podem facilitar a integrao depequenos geradores e unidades de armazenamento dosconsumidores;

Em conjunto com ferramentas computacionais adequadas, osmedidores podem efetuar o gerenciamento do consumo,produo e armazenamento dos consumidores.


Medidores eletrnicos inteligentesAlteraes nos padres de consumo

Nesse novo panorama, a garantia de integridade dos sistemas eltricosde potncia, na presena de variaes instantneas de carga, ainda de responsabilidade dos operadores;

Porm, a presena de consumidores capazes de modificar seushbitos de consumo para reduzir seus custos com energia eltricatorna-se uma ferramenta adicional para o atendimento desse requisito.


Smart GridsNovas definies para conceito de Redes Eltricas Inteligentes

Existem diversas definies para o conceito de redes eltricasinteligentes. Entretanto, pode-se destacar a seguinte:

Combining time-based prices with the technologies that can be set by users toautomatically control their use and self-production, lowering their power costsand offering other benefits such as increased reliability to the system as a whole.

Peter Fox-Penner

De uma maneira bastante simplista, pode-se dizer que redes eltricasinteligentes so o resultado da combinao de sistemas eltricos depotncia e tecnologia da informao.


Smart GridsUm conceito abrangente

De acordo com o departamento de energia dos Estados Unidos, oconceito de redes eltricas inteligentes engloba duas situaesdistintas:

Smarter Grid : consiste na integrao entre as tecnologias digitaisdisponveis atualmente e as redes eltricas;

Smart Grid : consiste na pesquisa e desenvolvimento de soluesque viabilizem redes eltricas capazes de garantir nveis deconfiabilidade ainda maiores sem o aumento dos custosassociados a esse benefcio, integrar autoprodutores de energia,reduzir os nveis de emisso de gases do efeito estufa, etc.


Smart GridsUm conceito abrangente


Smart GridsCaractersticas das redes eltricas inteligentes

Ainda de acordo com o departamento de energia dos Estados Unidos,as caractersticas a serem pesquisadas e desenvolvidas so:

Participao dos consumidores;

Capacidade de acomodao de autoprodutores de energiaeltrica;

Viabilizao de novos produtos e servios;

Qualidade de energia de acordo com as necessidades;

Otimizao dos ativos e eficincia energtica;

Operao resiliente a distrbios, ataques e desastres naturais.


Smart GridsParticipao dos consumidores

Os consumidores se tornam parte integrante dos sistemas eltricos depotncia e podem contribuir para o equilbrio entre oferta e demanda;

A mudana na maneira como compram e utilizam a energia eltricapode ampliar a confiabilidade dos sistemas eltricos;

Essas mudanas decorrem das novas escolhas disponveis aosconsumidores, por meio de novas tecnologias, informaes sobre seushbitos de consumo, novas formas de tarifao e incentivos.


Smart GridsCapacidade de acomodao de autoprodutores de energia eltrica

Redes eltricas inteligentes devem acomodar de maneira equnime asusinas de gerao centralizada e os autoprodutores de energia eltrica(DER Distributed Energy Resources);

A garantia dessa capacidade de acomodao deve incentivar ocrescimento da cadeia produtiva associada indstria de geraodistribuda (fornecedores e clientes);

Os tipos de gerao distribuda sero diversificados e devem incluirenergias renovveis e dispositivos de armazenamento de energia.


Smart GridsViabilizao de novos produtos e servios

O aumento do poder dos consumidores de energia eltrica, aliado garantia de capacidade de acomodao de novos produtores poderesultar em novos produtos e servios;

Esses produtos e servios esto relacionados diretamente com ogerenciamento dos sistemas eltricos de potncia e os investimentosrelacionados. So eles: gerenciamento da energia e da capacidade degerao, localizao de novos empreendimentos, qualidade da energiafornecida, produtos agregados (broadband over power line, p. ex).


Smart GridsQualidade de energia de acordo com as necessidades

Nem todos os consumidores de energia eltrica precisam da mesmaqualidade de energia;

Redes eltricas inteligentes devem permitir diferentes nveis dequalidade de energia e precificar adequadamente os diferentes nveis;

Mtodos avanados de controle podem monitorar componentesessenciais dos sistemas eltricos, permitindo rpido o diagnstico esolues precisas para eventos de qualidade de energia (surtosproduzidos por descargas atmosfricas, surtos de manobra,curtos-circuitos e contedos harmnicos).


Smart GridsOtimizao dos ativos e eficincia energtica

A otimizao dos ativos pode ser atingida com avaliaes sobre o seucomportamento dinmico. Essas avaliaes permitem que os ativossejam utilizados continuamente, prximos dos seus valores nominais;

A operao otimizada dos ativos deve ser vinculada s atividades demanuteno. Para tanto, pode-se utilizar sistemas de manutenopreditiva, que sinalizam a necessidade de manuteno deequipamentos, precisamente no momento certo;

A operao adequada dos ativos garante reduo nocongestionamento dos sistemas e, portanto, pode colaborar com oaumento da eficincia energtica desses sistemas.


Smart GridsOperao resiliente distrbios, ataques e desastres naturais

Resilincia refere-se capacidade de um sistema manter-se emfuncionamento, total ou parcialmente, na ocorrncia de situaesimprevistas e/ou indesejadas;

Redes eltricas inteligentes devem ter a capacidade de isolar essassituaes e assegurar a entrega de energia eltrica aos consumidores,de forma rpida e eficiente;

Alm das situaes decorrentes de desastres naturais ou acidentes, asredes eltricas inteligentes devem ser capazes de assegurar a entregade energia, mesmo nas situaes de ataques terroristas (ataquesfsicos ou cibernticos).


Smart GridsSistemas de transmisso de energia eltrica

O sistemas de transmisso de energia eltrica interligadoscaracterizam-se pelo uso extensivo de ferramentas computacionais,sistemas de automao, controle, superviso, e comunicao;

The way we look at it, the grids been smart for a while. It takes some prettysophisticated tools to monitor, dispatch, and control electricity flow.

Peter Fox-Penner

Apesar disso, ferramentas computacionais evoluem constantemente e,portanto, podem oferecer novos mtodos aos operadores dos sistemasde transmisso;

Deve-se ressaltar que os impactos dos conceitos de redes eltricasinteligentes nos sistemas de transmisso devem ocorrer de formaincremental, diferentemente das redes de distribuio.


PrecificaoMtodos de precificao

Conforme apresentado anteriormente o preo da energia eltricaconsumida inclui os custos de capital, dos investimentos, damanuteno e operao, bem como do risco associado aquisio defontes de energia cujo preo definido pelo mercado;

Como resultado dessa composio, preo pode variar ao longo do dia,de acordo com a demanda por energia e a disponibilidade do sistema;

Existem alguns mtodos de precificao que utilizam essa variao.So eles:

TOU Time of use rates;

CPP Critical peak pricing;

RTP Real time pricing.


PrecificaoMtodos de precificao


Mtodos de precificaoVantagens dos mtodos de precificao dinmica

A precificao dinmica estimula os consumidores a mudarem seushbitos de consumo, reduzindo o consumo nos horrios de pico, semreduzir o consumo total;

Isso significa que a precificao dinmica no altera o lucro dasconcessionrias de energia eltrica, uma vez que o consumo mantido;

Porm, a mudana nos padres de consumo permite uma utilizaomais eficiente da infraestrutura existente, reduzindo a necessidade deampliaes.


Precificao dinmicaPeak shaving

A precificao dinmica atua diretamente na demanda de pico uma vezque os preos da energia eltrica nessas condies so bastanteelevados;

Estima-se que os mtodos de precificao possuam as seguintescaractersticas:

TOU: pode estimular uma reduo de at 5% na demanda depico;

CPP: neste caso, a reduo estimada da ordem de 20% nademanda de pico;

RTP: a implantao desse modelo de precificao ainda experimental e, portanto, no h estimativas concretas sobre oseu impacto.



importante ressaltar que o modo de implantao da precificaodinmica, atualmente, depende de decises dos consumidores quantoao seu consumo durante o dia;

No entanto, a utilizao extensiva de medidores eletrnicos inteligentespermite atingir redues ainda maiores;

O emprego dessa tecnologia estimula os consumidores a ajustaremseus equipamentos para efetuarem o corte seletivo de cargas em suasinstalaes, a partir de ajustes efetuados pelos prprios consumidores.


Precificao dinmicaBarreiras e resistncia

A reduo na demanda de pico, ocasionada pela precificaodinmica, resulta em vantagens para todos os consumidores;

Entretanto, para que a precificao dinmica seja implantada comsucesso deve-se investir em AMI Advanced Metering Infrastructure;

AMI composta pelos medidores eletrnicos inteligentes, pelainfraestrutura de comunicao entre medidores e centros de operao,bem como pelos modelos de precificao dinmica;

O custo dessa infraestrutura para a implantao em larga escala deveestar entre duzentos e quinhentos dlares por medidor.


IntroduoUma coleo de tecnologias

O conceito de redes eltricas inteligentes consiste em um conjunto detecnologias capazes de alterar a indstria de energia eltrica;

Nesse contexto necessrio que os envolvidos no seudesenvolvimento, implementao e regulamentao analisemcuidadosamente as potenciais vantagens e desvantagens, com oobjetivo de evitar seu fracasso, como no caso da desregulamentaodo setor nos Estados Unidos;

Deve-se ressaltar que a implantao das tecnologias que compem asredes eltricas inteligentes requer grandes investimentos;

O sucesso dessa implantao de responsabilidade dosconsumidores, em grande parte. Portanto, difcil mensurar o retornodos investimentos.


Avaliao de benefciosO valor de no se construir

Um dos benefcios da implantao das tecnologias associadas aoconceito de redes eltricas inteligentes a mudana nos hbitos dosconsumidores e, portanto, na possibilidade de se evitar a necessidadede construo de novos empreendimentos;

Traduzir em nmeros esse benefcio tarefa complicada, pois anecessidade de construo de novas usinas vem associada sespecificaes quanto ao seu tamanho, fonte de energia a ser utilizada,localizao, etc.;

Uma alternativa a essa tarefa poderia ser elaborada, levando-se emconsiderao a economia proporcionada pela menor utilizao dareserva girante, porm no adequada.


O valor de no se construirComplexidade de se avaliar o valor de no se construir

A seguir so apresentados alguns requisitos para a anlise emquesto:

Previso do valor da reduo de custos, em cada ponto da redeonde gerao de energia eltrica, ao longo do dia;

O valor da energia produzida ou economizada nesses instantes;

O custo marginal da gerao distribuda para o atendimento scargas;

O custo da implantao de corte seletivo de carga, para o caso deimpossibilidade de atendimento.


Benefcios difceis de se mensurarGerao distribuda e resposta pelo lado da demanda

Possible Offsetting How Value Is Conveyed to

Type of Benefit Examples Disbenefits Beneficiaries DR and DG Providers?

Planning and Investment Less risk of new plant Less certainty over num- All utility customers in the State and federal policies that

cost overruns ber, type, and location region or market encourage DG and DR over

Less risk of overbuild- of future DR and DG central supplies

ing due to long lead providers

times

Security and Reliability Resilience against cas- Greater cyber-security All system customers Policies as in Row 1 above

cading blackouts and threats to smart grid

terrorist acts

Reduced System More sources of regula- All system customers In deregulated markets, some

Operating Costs tion, ramping, and ability to sell these products

reactive power separately

Lower resource or fuel All system customers Policies as in Row 1 above

price volatility

Better management of All system customers Good DR and DG pricing will

distribution system pay directly for measurable

voltage locational benefits

Fewer large-unit stops, All utility customers in the Policies as in Row 1 above

starts, and idling region or market

periods

Environment, Energy Greater use of dispersed Economies of scale in Owners of dispersed renew- Policies as in Row 1 above

Efficiency, and renewable sources; large renewable ables and utility customers

Social/Community land use changes projects


Normatizao do setorNormatizao e segurana

Para que seja possvel implantar as tecnologias previstas, osequipamentos eltricos devem interoperar em uma rede decomunicaes onipresente;

Os sistemas de resposta pelo lado da demanda devem receber asmensagens dos centros de operao em um formato digital;

Para tanto, devem ser empregadas linguagens de comunicaonormatizadas e mensagens formatadas;

Os medidores eletrnicos inteligentes devem integrar as redes AMI deforma plug&play ;

Os sistemas computacionais dos usurios devem ser capazes de secomunicar com seus equipamentos eltricos.



Nos Estados Unidos, o instituto responsvel pela elaborao dasnormas a serem empregadas pela indstria de energia eltrica, nocaso de redes eltricas inteligentes, o NIST National Institute ofStandards and Technology ;

There are so many standards to consider that his organizations primaryresponsibility is simply prioritizing the order in which standards should bedeveloped.

Patrick Gallagherdeputy director of NIST

Outras agncias tm colaborado para a elaborao dessas normas(IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers e IEC International Electrotechnical Commission).



6


Segurana cibernticaAvaliao do cenrio

H uma preocupao crescente em permitir que equipamentosinstalados nos consumidores de energia eltrica se comuniquemdiretamente com os centros de operao;

O departamento de defesa dos Estados Unidos tem investigadoataques cibernticos em diversos setores da economia.

But its not just that hackers are getting more organized and more powerful. Gridbreaches are occurring because new IT and communications technologies aremaking life easier for operators, and at the same time, more dangerous forcustomers.

Tom Donahuecyber security analyst of CIA


Incerteza das vendasEvoluo das vendas da indstria

A indstria de energia eltrica uma indstria de capital intensivo;

Para obter os financiamentos necessrios ao seu desenvolvimento, necessrio manter-se economicamente saudvel e apresentarperspectivas slidas de crescimento;

Em economias consolidadas o crescimento de energia eltrica modesto porm positivo, o que ainda viabiliza o investimento nessaindstria;

Porm, caso haja um declnio nas vendas de energia eltrica,certamente ficar mais difcil captar recursos.


Incerteza das vendasFatores que influenciam as vendas a longo prazo

Existem seis fatores principais que influenciam as vendas a longoprazo. Trs so positivos e trs so negativos;

Os fatores positivos so: crescimento populacional, crescimentoeconmico e aumento da eletrificao da sociedade, p. ex. aeletrificao das frotas de veculos (PHEVs Plugin Hybrid ElecricalVehicles e PEVs Plugin Elecrical Vehicles);

Os fatores negativos so: aumento nos preos da energia eltrica,programas de eficincia energtica e a implantao das tecnologias deSmart Grids.


Possibilidades futurasMeios de transporte eltricos

Nos cenrios mais pessimistas, os PHEVs e PEVs ocuparo apenas2% do montante de vendas anual de veculos nos Estados Unidos(200.000 a 300.000 veculos);

Nos cenrios mais otimistas, cerca de 50% do mercado (5.000.000 a7.500.000 veculos);

Os cenrios mais otimistas indicam que sero necessrios282.000.000 [MWh] para alimentar esses veculos.


Investimentos na indstriaPrevises para a indstria de energia eltrica

A seguir so apresentadas as previses da EIA Energy InformationAdministration acerca da evoluo do consumo de energia eltrica, embilhes de [kWh].

2008 Average Annual

EIA Reference 2030 Actual Growth Rate

Scenarios 4,527 3,725 0.89%

Adjustments Added sales from plug-in hybrids +21

Reduced sales from higher prices 86

Reduced sales from stronger

energy-efficiency policies 398

Reduced sales from Smart Grid

enabled technologies 181

Reduced sales from expanded

nonutility-distributed generation 30

Net Adjusted Sales 2030 3,853 3,725 0.15%


Transmisso de energia eltricaIntroduo

A atividade de desenvolvimento, regulamentao, operao emanuteno dos sistemas de transmisso bastante complexa e degrande interao poltica. Essa atividade dividida nos seguintestpicos:

Planejamento;

Regulamentao;

Financiamentos e alocao de custos;

Modernizao do sistema existente;

Confiabilidade.


Transmisso de energia eltricaA necessidade de construo de um sistema de transmisso

If we want to implement a federal renewable portfolio standard, such as the 25%proposed by the Obama administration, or the current watered-down version of 15%[proposed] in the Senate, then we will need to look at both local and remote renewableresources.

solveclimate.com


Transmisso de energia eltricaA necessidade de fortalecimento da gerao distribuda

To be clear, very few people in the West want our open spaces permanentlydestroyed and industrialized while our built environment bakes and sprawls and is notallowed to produce its own energy, just so Big Energy can, once again, profiteer on ourbacks. What we want (unlike our legislators who are owned by Big Energy) is lowinterest loans for point of use solutions like efficiency and solar rooftops. The DOEdetermined, back in 2003, that 100% of the U.S. electricity needs could easily be metby using super-cheap thin film PV on existing rooftops. An additional 90% could beproduced with the same material on in-city brownfields. So, 190% of U.S. electricityneeds can be met in the built environment without eminent domain,transmission-caused SF6 increases in global warming, water waste, dead ecosystemsor wasted taxpayer and ratepayer dollars.

solveclimate.com


Planejamento do sistema de transmissoConflito de vises

Existem duas vises bastante antagnicas no que se refere aoplanejamento de novos sistemas de transmisso. Ambas levam emconsiderao os benefcios proporcionados pela utilizao de fontesrenovveis de energia;

Por um lado, espera-se que os Estados Unidos construam um vastosistema de transmisso (national transmission superhighway ), que sejacapaz de absorver a energia proporcionada por fontes renovveis;

Por outro lado, espera-se que no sejam mais construdas linhas detransmisso e que as necessidades energticas sejam supridas porgerao distribuda prxima carga;

Ambas as alternativas devem coexistir e o sucesso de ambas dependedo custo envolvido.


Transmisso de energia eltricaSituao atual nos Estados Unidos

Table 1. High Voltage Transmission by Owner and Region

Data in Miles [and Regional %] for the 48 Contiguous States for Transmission Lines of 230 kV and Higher

Owner Type

Northeast /Midwest Southeast Southwest

Upper Plains West U.S. Total

Federal 21 [0%] 2,768 [7%] 0 [0%] 2,541 [17%] 18,214 [27%] 23,544 [14%]

Other Public Power

964 [3%] 2,079 [5%] 731 [5%] 1,798 [12%] 5,525 [8%] 11,098 [7%]

Cooperative 0 [0%] 2,993 [8%] 387 [2%] 2,908 [20%] 4,496 [7%] 10,784 [6%]

Subtotal All Public Power and Cooperatives

986 [3%] 7,840 [20%] 1,118 [7%] 7,247 [49%] 28,235 [42%] 45,426 [27%]

Independent Transmission Companies

4,640 [15%] 0 [0%] 351 [2%] 1,045 [7%] 0 [0%] 6,036 [4%]

Investor Owned Utilities

24,968 [81%] 31,412 [79%] 12,408 [80%] 5,402 [36%] 37,034 [56%] 111,223 [66%]

N/A 260 [1%] 264 [1%] 1,686 [11%] 1,148 [8%] 1,250 [2%] 4,609 [3%]

Total 30,853 [100%]

39,516 [100%]

15,563 [100%]

14,843 [100%]

66,519 [100%]

167,294 [100%]

Source: Data downloaded from Platts POWERmap, information on entity ownership type provided by the


Planejamento do sistema de transmissoPanorama dos Estados Unidos

As evidenced by the absence of major transmission projects undertaken in NorthAmerica over the past 10 to 15 years, utilities have found ways to increase theutilization of their existing facilities to meet increasing demands without addingsignificant high-voltage equipment. Without intervention, this trend is likely to continue.Pushing the system harder will undoubtedly increase reliability challenges. Specialprotection schemes may be relied on more to deal with particular challenges, but thesystem still will be less able to withstand unexpected contingencies. A smallertransmission margin for reliability makes the preservation of system reliability a harderjob than it used to be. The system is being operated closer to the edge of reliabilitythan it was just a few years ago.

Blackout in the United States and Canada: Causes and Recommendations.U.S.-Canada Power System Outage Task Force, Final Report on the August 14, 2003.


Planejamento do sistema de transmissoPanorama dos Estados Unidos

Conforme apresentado, pode-se presumir que haja a necessidade deconstruo de novas linhas de transmisso, para mitigar os efeitos docongestionamento de certas reas do sistema eltrico;

Considerando essa hiptese, surgem algumas questes: Onde deve-seconstruir as novas linhas de transmisso? Qual a prioridade? Que tipode linhas devem ser construdas? Qual o prazo para sua construo?;

A prioridade para a construo de novas linhas de transmisso deveatender os seguintes objetivos:

Expanso aos locais onde fontes renovveis so abundantes;

Reduo no congestionamento da rede, visando o aumento naconfiabilidade do sistema como um todo.


Planejamento do sistema de transmissoExpanso aos locais onde h fontes renovveis de energia

A expanso dos sistemas de transmisso para atender a demanda porfontes renovveis de energia pode ser executada com a criao deuma transmission superhighway ;

Deve-se levar em considerao tambm a possibilidade de interligaocompleta dos sistemas existentes e construo de novas linhas detransmisso apenas para atender aos casos especficos;

Vale ressaltar que, especificamente no caso dos Estados Unidos, opotencial elico encontra-se bastante disponvel no centro (cinturesagrcolas) enquanto o potencial solar encontra-se no sudoeste (regiesdesrticas), ambas regies com baixa densidade demogrfica;


Planejamento do sistema de transmissoExpanso aos locais onde h fontes renovveis de energia

A vantagem proporcionada por essa abordagem :

A expanso pode acelerar o desenvolvimento das tecnologiasque utilizam fontes renovveis;

As desvantagens proporcionadas por essa abordagem so:

Infraestrutura de custo bastante elevado, visto que uma parte dasfontes renovveis de energia no capaz de produzir energia demaneira constante;

Por essa razo, o emprego dessa abordagem pode reduzir aconfiabilidade do sistema;

Alm disso, no soluciona o problema de congestionamento.


Planejamento do sistema de transmissoTransmission superhighwayaccommodate 400 GW of wind energy (AEP 2007)


Planejamento do sistema de transmissoReduo no congestionamento da rede e aumento de confiabilidade

O congestionamento caracterizado pelo carregamento excessivo daslinhas de transmisso e pode ser minimizado com o emprego decaminhos alternativos ou com a alterao na operao das usinas degerao;

Entretanto, essa alterao pode implicar a utilizao de usinas quepossuem custo de produo mais elevado;

Segundo o DOE, o custo com o congestionamento das redes podeatingir a ordem de centenas de milhes de dlares at alguns bilhes;

A confiabilidade de um sistema de transmisso consiste na capacidadede atendimento demanda, de forma contnua, bem como naresilincia para suportar grandes falhas (p. ex. a isolao de uma linhade transmisso na ocorrncia de um defeito).


Regulamentao do sistema de transmissoPanorama dos Estados Unidos

A regulamentao dos sistemas de transmisso de energia eltrica atividade que compete FERC;

Sua atuao consiste no estabelecimento das tarifas das linhas detransmisso, bem como na aprovao para a construo de novaslinhas de transmisso;

Porm, a concesso para a construo de novas linhas depende daaprovao das agncias estaduais e, no caso de linhas que passampor diversos estados, a aprovao individual de cada estado.


Regulamentao do sistema de transmissoPanorama dos Estados Unidos

Os crticos argumentam que a necessidade de aprovao individual decada estado pode atrasar, ou at mesmo impedir, a construo denovas linhas de transmisso;

A soluo adotada pelos Estados Unidos, no Energy Policy Act of 2005 EPACT05, consistiu em:

Relatrios trienais elaborados pelo DOE estimam ocongestionamento do sistema de transmisso e, com basenesses relatrios pode-se estabelecer National Interest ElectricTransmission Corridors NIETC;

A concesso para a construo de linhas de transmisso nessescorredores pode ser fornecida pela FERC, desde que o(s)estado(s) no se manifeste(m) em at um ano aps a solicitaoda concessionria.


Financiamentos e alocao de custos da transmissoPanorama dos Estados Unidos

1977 2007, in Millions of Dollars

$-

$1,000

$2,000

$3,000

$4,000

$5,000

$6,000

$7,000

$8,000

$9,000

19

77

19

78

19

79

19

80

19

81

19

82

19

83

19

84

19

85

19

86

19

87

19

88

19

89

19

90

19

91

19

92

19

93

19

94

19

95

19

96

19

97

19

98

19

99

20

00

20

01

20

02

20

03

20

04

20

05

20

06

20

07

Mi l

l io

ns

of

Do

l la

rs

TRANSMISSION INVESTMENT NOMINAL $ TRANSMISSION INVESTMENT 2000$

Source: nominal dollar from the Edison Electric Institute website at



Existem dois problemas associados construo de novas linhas esistemas de transmisso: captao de recursos e alocao de custos;

Captao de recursos:

Normalmente a captao de recursos para a construo de novaslinhas de transmisso depende de garantias quanto quantidadede energia que ser transmitida e sua qualidade;

A construo de usinas de gerao de energia eltrica para oaproveitamento de fontes renovveis demorada e desprovida derecursos. Portanto, no h garantia de interconexo dessasusinas ao sistema interligado.



Alocao de custos:

A alocao de custos entre consumidores que utilizam as linhasde transmisso outro problema que agrava a construo denovas linhas de transmisso;

Normalmente, os novos empreendimentos em transmissosubmetidos aprovao da FERC devem apresentar um plano dealocao de custos, e no h recomendaes sobre comoproceder na sua elaborao;

Uma forma dividir os custos entre todos os usurios dossistemas interligados, o que comumente denominadosocializao dos custos.


Modernizao dos sistemas de transmissoPossibilidades futuras

A modernizao dos sistemas de transmisso consiste na utilizao deferramentas que viabilizem a operao segura desses sistemas, sobquaisquer situaes;

Nesse contexto, espera-se que essas ferramentas possuam osseguintes recursos:

Monitoramento e controle das condies operativas dos ativos,em tempo real;

Diagnstico automatizado das ocorrncias, para auxlio aosoperadores das redes de transmisso;

Minimizao das ocorrncias que podem produzir efeitos emcascata;


Modernizao dos sistemas de transmissoPossibilidades futuras

Nesse contexto, espera-se que essas ferramentas possuam osseguintes recursos:

Habilidade de acomodao automtica de novos produtores deenergia eltrica, com a reduo no tempo dispendido paraestudos para a interconexo;

Capacidade de gerenciar gerao proveniente de fontesrenovveis de energia eltrica, considerando as incertezas novolume de produo.


Confiabilidade dos sistemas de transmissoQuestes prticas

Para garantir a confiabilidade dos sistemas de transmisso importante a manuteno de uma base de dados confivel, quepermita a anlise do seu comportamento ao longo do tempo. Comoresultado, pode-se reavaliar as prticas e normas adotadas, de modo amelhorar os ndices de continuidade de servio;

A modernizao dos sistemas de transmisso pode postergar anecessidade de investimentos em novas linhas de transmisso, semproduzir impactos na confiabilidade do sistema;

Mudanas na matriz energtica, com a incluso de fontes de energiarenovveis, e o emprego de gerao distribuda devem ser avaliadaspara no produzir impactos negativos nesses sistemas.


Gerao de energia eltricaMatriz energtica mundial

A matriz energtica mundial baseada em fontes fsseis.

Hydro Other**NuclearFossil thermal

0

4 000

8 000

12 000

16 000

20 000

24 000

1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2008

Evolution from 1971 to 2008 of world electricity generation*by fuel (TWh)


Gerao de energia eltricaMatriz energtica mundial

A matriz energtica mundial baseada em fontes fsseis.

1973 and 2008 fuel shares of

electricity generation*

6 116 TWh 20 181 TWh

*Excludes pumped storage.

Other**0.6%

Hydro21.0%

Nuclear3.3%

Gas12.1%

Oil24.7%

Coal/peat38.3%

Other**2.8%

Nuclear13.5%

Oil5.5%

Coal/peat41.0%

Gas21.3%

Hydro15.9%

1973 2008


Gerao de energia eltricaMatriz energtica brasileira

A matriz energtica brasileira no acompanha a matir energticamundial.

Grfico 1.1.1 | Oferta Interna de Energia Eltrica por Fonte 2009Chart 1.1.1| Domestic Electricity Supply by Source 2009

Importao / Imports8,1%

Biomassa2 / Biomass2

5,4%

Elica / Wind0,2%

Gs natural / Natural gas2,6%

Derivados do petrleo / Oil products2,9%

Nuclear / Nuclear2,5%

Carvo e derivados1 / Coal1

1,3%

Hidrulica / Hydro76,9%


Gerao de energia eltricaCarvo

Conforme ilustrado, o uso do carvo para a gerao de energia eltricaainda ocupa posio de destaque na matriz energtica mundial;

Entretanto, essas usinas so responsveis pela grande maioria dasemisses de gases do efeito estufa produzidos pela indstria deenergia eltrica;

Para reduzir seu impacto no meio ambiente, deve-se investir nodesenvolvimento de mecanismos artificiais de captura e sequestro decarbono;

Atualmente existem trs tecnologias sendo empregadas paramaximizar o uso do carvo no processo de produo de energiaeltrica e, assim, facilitar o processo de captura de carbono;



As tecnologias so:

Pulverizao do carvo: as usinas queimam carvo pulverizadoem altas temperaturas, com o objetivo de aprimorar o processode queima do combustvel e o carbono capturado em filtrosespecialmente projetados para tal;

Converso para gs natural: por meio de processos qumicos ocarvo convertido em gs e o material slido resultante doprocesso, considerado o resultado da captura do carbono;

Oxi-combusto: a utilizao dessa tcnica permite que o carvoatinja altas temperaturas, melhorando o seu processo de queimae, em consequncia, o processo de captura de carbono.



O sequestro de carbono uma tecnologia ainda mais incipiente e aindano h alternativas em escala comercial. Atualmente, os mecanismosde sequestro de carbono so:

Armazenamento geolgico: injeo do gs carbnico no estadosupercrtico diretamente em formaes geolgicas subterrneas,tais como poos de petrleo esgotados;

Armazenamento ocenico: injeo de gs carbnico aprofundidades elevadas, dando origem a lagos de gs carbnico,ou outras formas de armazenagem;

Armazenamento mineral: produo de carbonatos a partir dereaes exotrmicas entre o gs carbnico e xidos metlicos. o mesmo processo que, naturalmente, d origem ao calcrio.



Alm dos problemas de ordem tcnica e possivelmente jurdica, hproblemas de ordem logstica para os mecanismos de sequestro decarbono;

Supondo que os Estados Unidos consigam capturar no estadosupercrtico, 60% do gs carbnico produzido pelas suas usinas acarvo, sero produzidos vinte milhes de barris do gs nesse estado,por dia;

Para que seja possvel efetuar o seu armazenamento geolgico, serianecessrio investir na construo de aproximadamente quarenta ecinco mil quilmetros de dutos;

Alm dos problemas ambientais, consenso que as reservas esto seesgotanto, apesar da abundncia de carvo em vrias regies doplaneta.


Gerao de energia eltricaGs natural

Nos ltimos anos, o gs natural tm ocupado posio de destaque namatriz energtica global;

O gs natural utilizado como combustivel em usinas termoeltricas.H dois tipos de usinas que utilizam gs natural: usinas de ciclosimples; e de ciclo combinado;

As usinas de ciclo simples possuem baixo rendimento e, portanto, nooperam de maneira constante. No entanto, essas usinas possuemgrande flexibilidade e, portanto, so empregadas para fornecer energiadurante os horrios de pico;

As usinas de ciclo combinado possuem um rendimento de cerca de60% e, portanto, so utilizadas de maneira constante.


Gerao de energia eltricaGs natural

Termoeltricas a gs de ciclo combinado apresentam um custobastante reduzido quando comparadas com outras alternativas. NosEstados Unidos, o custo atual encontra-se em aproximadamente948 US$kW de capacidade;

Previses para o ano de 2030 indicam que o custo pode reduzir paraaproximadamente 717 US$kW de capacidade, com um aumento de 6% nasua eficincia;

Entretanto, vale ressaltar que o custo da energia eltrica produzida apartir do gs natural fica sujeito variao no custo do gs e na suadisponibilidade.


Gerao de energia eltricaNuclear

O emprego de energia proveniente da fisso nuclear para a produode energia eltrica ocupa posio de destaque na matriz energtica dealguns pases. Principalmente Frana, Japo, China e Estados Unidos;

A utilizao desse tipo de energia bastante controversa e h diversossetores da sociedade que se opem sua construo devido aosriscos de acidentes e s polticas para a armazenagem dos resduos;

O custo do combustvel dessas usinas bastante reduzido, quandocomparado com as alternativas de combustveis fsseis, entretanto, ocusto de construo muito elevado;

Atualmente, o custo atual encontra-se em aproximadamente 4000 US$kWde capacidade, podendo reduzir cerca de 25% at 2030.


Gerao de energia eltricaHidroeltrica

Atualmente a explorao do potencial hidrulico resume-se a pasesque tm potencial e capital para empreender;

Normalmente os pases que possuem a indstria eltrica consolidada,provavelmente esgotaram todo o potencial de grande monta;

No entanto, os pases em desenvolvimento que poderiam usufruir dosbenefcios desse potencial, sofrem grande oposio sua explorao;

Assim como no caso das usinas nucleares, o custo de construo dasusinas hidreltricas bastante elevado.


Gerao de energia eltricaElica

O emprego da energia elica para a produo de energia eltrica umexcelente exemplo para ilustrar o potencial das fontes renovveis deenergia;

A tecnologia utilizada est relativamente consolidada e o modelo denegcios tambm, portanto bastante atrativa;

Fazendas elicas localizadas prximas s linhas de transmisso,submetidas a regimes de vento de aproximadamente 15 kmh durante25% do tempo, possuem custo de capacidade similar s usinas a gs;

A medida que a tecnologia avana, espera-se que haja uma reduonesse custo entre 10-15%.

Porm, importante ressaltar que o regime de ventos no constantee nem sempre adequado para atender a curva de demanda dosconsumidores.


Gerao de energia eltricaEnergia solar concentrada

A energia solar concentrada consiste na utilizao de painis concavosrefletores, que so responsveis pela concentrao dos raios solares;

Os raios solares so concentrados para produzir calor emcompartimentos ou tubulaes, e a energia eltrica obtida com o usode turbinas a vapor convencionais;

Assim como no caso das fazendas elicas, o custo da capacidadedas usinas de energia solar concentrada esto diretamenterelacionados disponibilidade de acesso ao sistema detransmisso;

Esse tipo de tecnologia empregado em larga escala e ocupagrandes reas;

Alm disso, utiliza gua no processo e produz apenas durante odia.


Gerao de energia eltricaEnergia solar concentrada

Energy_101_Concentrating_Solar_Power.wmvMedia File (video/x-ms-wmv)


Gerao de energia eltricaOutras formas

Existem outras formas de gerao de energia empregadas atualmente:

Clulas fotovoltaicas: h dois tipos de clulas, os painis solarestradicionais e painis solares de pelcula fina;

Biomassa: consiste na queima dos resduo da atividade humanapara produo de energia eltrica;

Geotrmica: utiliza fontes de gua aquecida pela terra;

Oceanos: pode-se utilizar a energia das mars, das ondas, aenergia termal ocenica.


Gerao de energia eltricaEscolhendo entre as alternativas

Table 8-1. Supply Technologies: Average Costs and Major Issues (All Costs Adjusted for Inflation)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

Observed Observed Cost Observed Cost

Cost 2030 (/kWh), 2030 (/kWh),

Today**, Excluding Including

Including Current Tax Current Tax Indirect

Tax Credits Credits (no Credits ($50/Ton Cost Depends Utility-Incurred

(/kWh) carbon costs) cost CO2) Strongly on . . . Costs or Benefits Other Issues

Large-Scale Sources

(1) Natural Gas 4.37.8 4.27.7 6.27.7* Price of natural gas Supplies seem ample, but

Combined Cycle* concerns over hydro-

Price of carbon fracturing

emissions

Over reliance on gas-

reliability and price shocks

(2) Coal with Carbon 7.715 6.615 7.115 Price of coal Cost of carbon emis- Technology must prove

Capture and sions permits under costs-effective at scale

Sequestration Technical progress cap-and-trade rules and

(CCS) #, ## other greenhouse gas New questions about size

Tax credits and limits of resource base and envi-

other subsidies ronmental concerns over

Technical risks of CCS mining practices

lead to higher financial

and regulatory risks Critical need for sequestra-

tion regulatory framework

Scale and timing of seques-

tration of infrastructure



Table 8-1. Continued

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)


Cost 2030 (/kWh), 2030 (/kWh),





(3) Nuclear Power## 5.713 5.713 5.713 Cost of construction High levels of financial Challenges to Supply chain

and regulatory risk

Loan guarantees or Waste disposal

other supports

(4) OnshoreWind 4.6 5.1 5.1 Quality of wind at Output variability re- Regulatory approvals for

each site quires investments in transmission

balancing resources and

Wind turbine prices new operating Technical limits on

procedures amounts of wind that can

Tax credits and be integrated into the grid

other supports Costs of transmission

expansion

(5) OffshoreWind 8.0 8.0 8.0 Quality of wind at Output variability re- Same as onshore wind

each site quires investments in

balancing resources

Wind turbine prices and new operating

procedures



Overall construc-

tion costs Transmission is critical

Tax credits and

other supports

(6) Photovoltaic Solar 14.6 13.2 13.2 Costs and efficiency Output variability re- Cost of backup/storage in-

(Large-Scale Plant) of PV cells quires investments in tegration; inherent system

balancing resources limits

Tax credits and and new operating

other supports procedures

Transmission is critical

(7) Concentrating 15.226.6 14.4 14.4 Construction costs Cost of transmission to Requires large land area

Solar Power Plants and plant sunny areas

performance Transmission is critical

Cost of balancing sys-

Tax credits and tem loads with plant Technology needs

other supports production verification

Water use can be an issue

In-plant storage is valuable

but as yet unproven




(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)


Cost 2030 (/kWh), 2030 (/kWh),





(8) Biomass Power 5.6 5.6 6.1 Cost of fuel, which Energy crops must be

Plants is often site specific grown sustainably and not

compete with food

Tax credits and production

other supports

(9) Geothermal Power 5.4 6.6 6.6 Quality of natural Limited to high-potential

Plants heat resource sites in western United

States

Tax credits and

other supports

Small-Scale Sources

(1) Natural Gas Com- 3.9 3.4 6.1 Price of natural gas, Reduced utility control Constrained by practical

bined Heat and site-specific condi- can lead to higher sys- difficulties, land use pat-

Power@ tions, and state tem balancing costs terns, and some utility

regulations and backup power policies

requirements

Tax credits



Avoided upstream gen-

eration, transmission,

and distribution invest-

ments; may be included

in observed cost

(2) Natural Gas 9.2 7.3 10.9 Price of natural gas Same as above Unfamiliar technology

Microturbine with more complex

Technical progress installation

Tax Credits

(3) Natural Gas Fuel 19.1 13.7 13.7 Price of natural gas

Cell

Technical progress

(4) Photovoltaic Solar 33.9 32.9 3.29 Costs and efficiency Output variability re- Government and utility in-

(on Rooftop) of PV cells quires investments in centives play a critical role

balancing resources and in making systems

Site-specific installa- new operating affordable

tion costs procedures

Tax credits and Avoided upstream gen-

other supports eration, transmission,



in observed cost




(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)


Cost 2030 (/kWh), 2030 (/kWh),





(5) Small-ScaleWind 20.2 13.7 13.7 Quality of wind at Output variability re- Government and utility in-

Turbines each site quires investments in centives play a critical role

balancing resources in making systems

Wind turbine prices and new operating affordable

procedures

Tax credits and

other supports Avoided upstream gen-

eration, transmission,



in observed cost

Notes:

* Lower price based on $4/MMBtu gas; upper price $10/MMBtu; see Appendix 2.# Coal prices assumed constant at $21/MWh (2008 dollars).

** Costs do not reflect renewable energy credits.@ Reflects a 50% reduction in costs as a credit for value of heat produced.## Upper end reflects the range in Americans Energy Future, National Research Council, 2009, and is not adjusted for technical progress by 2030.

Sources:Authors calculations; see Appendix 2.


Gerao de energia eltricaProjeo da matriz energtica em 2030

Table 9-1. Projected Electric Power Resource Mix in Five Assorted Studies (2030)

Environmental National Renewable Union of Charles River

Percentage of Supply From . . . Protection Agency Google.org Energy Laboratory Concerned Scientists Associates

Coal with Coal Capture & Sequestration 5% 0% 0% 0% 3%

Coal 46% 0% 33% 6% 38%

Natural Gas & Oil 13% 24% 28% 58% 16%

Subtotal 64% 24% 61% 64% 57%

Nuclear Energy 20% 9% 10% 12% 27%

Subtotal 20% 9% 10% 12% 27%

Hydro 7% 6% 8% 4% 7%

Wind 31% 12%

Solar 9% 21% 5% 21% 9%

Other Renewables & Distributed Generation 8% 5%

Subtotal 16% 67% 30% 24% 16%

Total 100% 100% 100% 100% 100%

Note: Numbers may not total to one hundred due to rounding.

Sources:

EPA Analysis of the American Clean Energy and Security Act of 2009, H.R. 2454 in the 111th Congress, U.S. Environmental Projection Agency, June 23, 2009. Avail-

able at: http://www.epa.gov/climatechange/economics/pdfs/HR2454_Analysis.pdf

Jeffrey Greenblatt, Clean Energy 2030: Googles Proposal for Reducing U.S. Dependence on Fossil Fuels, Google.com, October 6, 2008. Available at: http://knol

.google.com/k/jeffery-greenblatt/clean-energy-2030/15x31uzlqeo5n/1

Patrick Sullivan, Jeffrey Logan, Lori Bird, and Walter Short, Comparative Analysis of Three Proposed Renewable Electricity Standards, National Renewable Energy

Lab, May 2009. Available at: http://www.nrel.gov/docs/fy09osti/45877.pdf

Rachel Cleetus, Steven Clemmer, and David Friedman, Climate 2030: A National Blueprint for a Clean Energy Economy, Union of Concerned Scientists, May 19,

2009. Available at: http://www.ucsusa.org/global_warming/solutions/big_picture_solutions/climate-2030-blueprint.html

Scott J. Bloomberg and Anne E. Smith, Analysis of H.R. 2454 (the Waxman-Markey), Charles River Associates, June 17, 2009.

Available at: http://www.nma.org/pdf/040808_crai_presentation.pdf

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IntroduoDesregulamentaoComrcio de energiaPrecificaoRegulaoMercadoG/T

Smart Grids

Documents

consumo de energia

energia eltricaestratgia

energia eltricaresulta

energia eltricainiciou

engenharia de energia

sistemas eltricosinterligados

complexos sistemas dinmicos

consumo de massa