Energia Eólica

PEE – COPPE/UFRJ

DEE – Poli/UFRJ

Prof. Carmen L. T. Borges

Resumo

Sistema Elétrico Brasileiro

Geração Eólica no Brasil

Incertezas no Planejamento e Operação

Complementaridade Energética

Planejamento do Sistema Transmissão

Rede de Pesquisa em Energia Eólica

Sistema Elétrico Brasileiro

Belém

Jacui

Porto Alegre

Florianópolis

Curitiba

SÃO PAULO

Rio de Janeiro

Paraíba do Sul

Uruguai

Vitória

Belo

Horizonte

ITAIPU

GRANDE

Paranaíba

Paraná/Tietê

C.Grande

Iguaçu

Tocantins

S.Francisco

Parnaíba

S.Luís

Teresina

Fortaleza

Natal

J. Pessoa

RECIFE

Maceió

Aracajú

Salvador

Goiânia

BRASILIA

Argentina

Paranapanema

Cuiabá

MANAUS

VENEZUELA

Boa Vista Macapá

Rondônia

O SIN

Grandes Bacias Hidrográficas

Sistema Interligado Nacional

O Sistema Elétrico Brasileiro

Acre

Grandes interligações

O sistema de transmissão brasileiro

comparado à Europa.

Uma visão relativa da Transmissão

2200 km

1500 km

O Sistema Elétrico Brasileiro no futuro próximo

2013

2013

Madeira

Tucuruí-Manaus-Macapá

PR

SC

RS

RJ SP

MS

GO

BA

TO

PA

MT

RO

AC

AM

RR

AP

MA CE

PI PE

RN

PB

AL Recife

300 Km

Venezuela

Colômbia Suriname

Guiana Francesa

Bolívia

Salvador

ES

Paraguai

Uruguai

Argentina

São Paulo

MG

SE

Guiana

Belo Horizonte

Rio de Janeiro

Grandes Projetos

hidroelétricos

Outra Visão do Futuro

Madeira Tapajós

Xingu

Médio/ Longo Prazo

Novas

Fronteiras do SIN

O Sistema Elétrico Brasileiro

A Oferta de Energia Elétrica no SIN

• Geração hidroelétrica é predominante:

cerca de 75% da capacidade instalada

chegando a 85% da produção

• Usinas implantadas em 12 grandes

bacias interligadas por sistema de

transmissão em extra-alta tensão

• Reservatórios de regularização cada

vez menores por questões ambientais

mais de 80 mil km

Principal

Ativo de

Produção

No Brasil, as vazões são

variáveis e sazonais

Furnas

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

2400

2600

2800

3000

3200

3400

3600

3800

4000

JANAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

LO

UTJA

NAB

RJU

L

Periodo: Janeiro de 1931 à Dezembro de 2003

m3

/s

Mar/47 - 3757 m3/s

Jan/83- 3506 m3/s

Ago/34 - 204 m3/s Set/69 - 214 m3/s

Jan/97- 3621

m3/s

Exemplo das vazões históricas afluentes a UHE Furnas

Volatilidade da oferta de energia

29877

2663

10837

47902

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

Vazões da UHE Sto Antônio (m³/s)

1941

1938

MLT

m³/s m3/s

Volta > 33

A Variabilidade e Sazonalidade das Vazões Afluentes

Geração Eólica no Brasil

Eólicas em operação/Licitadas

Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012

RN CE RS BA Demais Estados

Outorgados 2.252 1.592 997 717 754

em operação 304 519 364 95 376

em construção 704 242 68 432 35

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

Po

tên

cia

MW

Total Brasil: 9.450 MW

Em operação: 1.658 MW

Em Construção: 1.480 MW

Outorgados: 6.312 MW

Fonte: EPE Fonte: EPE

Usinas eólicas vencedoras dos leilões 2009-2011

(potência instalada por município)

2009 2010 2011

A-3 0 0 1068

A-5 0 0 976

FA 0 1520 0

Reserva 1806 528 861

0

500

1.000

1.500

2.000

2.500

3.000

3.500

Po

tên

cia

MW

Resultados dos Últimos Leilões – Geração Eólica

71 eólicas

1.805,7 MW

70 eólicas

2.047,8 MW

117 eólicas

2.904,4 MW

Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012

Resultados dos Últimos Leilões – Preço (R$)

Preço Médio da Energia Eólica (R$/MWh)

148

123133

99 100 105

Reserva Reserva FA A-3 Reserva A-5

2009 2010 2011

Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012

Resultados dos Últimos Leilões – Preço (R$)

144

78

145 148147

89

146

130

0

97 101 101

PCH UHE UTE EOL

2009

2010

2011

Preço Médio da Energia por tipo de fonte

(R$)

Fonte: Dados retirados do site da ANEEL em 23/08/2012

Incertezas no Planejamento e

Operação

$/MWh

O problema da Operação Hidro Térmica Eólica

Principal

Ativo de

Produção

?

? combustível

?

? = Incertezas

Geração + Transmissão Carga

?

? vento

Necessidade de Planejar para

Operar com Segurança

Planejamento da Expansão: ◦ programa de construção e instalação de novas unidades de

geração, transmissão e controle do sistema

◦ inventário das bacias hidrográficas e parques eólicos

Planejamento de Operação: ◦ aproveitamento racional dos recursos

◦ qualidade e segurança no atendimento à demanda e às restrições

operativas

Planejamento Energético: Geração

Planejamento Elétrico: Transmissão

Planejamento da Operação

Quais unidades geradoras e quanto de energia cada

uma deve produzir, de modo a suprir a demanda ao

menor custo possível

Custo de operação de cada unidade geradora é

função da energia utilizada

Na operação de sistema, existe relação entre a

decisão tomada em um estágio qualquer e sua

conseqüência futura

Acoplamento Temporal

Eólica

?

Necessidade de Estudos

Técnicos

Disponibilidade da Geração Eólica

Inserção no SIN

Modelagem da Usina Eólica

Modelo do vento

Modelo da turbina

eólica

Modelo da usina eólica

Variações do Vento

Diária Sazonal

Variações do Vento

Mensal Anual

Distribuição Mensal Média Anual

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

Jane

iro

Fevere

iro

Mar

çoAbr

il

Mai

o

Junh

o

Julho

Agosto

Setem

bro

Out

ubro

Nov

embr

o

Dez

embr

o

Mês

Ve

loc

ida

de

(m

/s)

Séries de Ventos Brasileiros Nordeste I Nordeste II

Sul Sudeste

2007 IEEE PES GM

24-28 June 2007 27

Séries de Ventos Brasileiros

NE S SE

No. of different states 165 196 179

Mean speed (m/s) 7.58 7.00 6.59

Minimum speed (m/s) 0 0 0

Maximum speed (m/s) 18.7 20 18.7

Turbina Eólica

rotor

eixo caixa de

engrenagens

torre

gerador

nacele

controle de

direção

sistema de

controle

ventilação

anemômetro

Tempo Médio de Reparo

Função de:

Condições climáticas

Logística da O&M da usina

Velocidade de vento no instante da falha

Fator crítico para lugares remotos e usinas offshore

Tempo médio de reparo: 1 semana a 1 mês

Característica Turbinas Eólicas

Estimativa da Geração

O conhecimento da velocidade média não é

suficiente para a estimativa da geração

• Para vmédia=7 m/s

teríamos geração

anual de 377 kW x

8760 horas

Eg = 3.300 MWh

Estimativa da Geração Procedimento correto: considerar a distribuição de

ocorrências da velocidade de vento ou a própria

série temporal

Eg = 4.500 MWh

Disponibilidade de Energia Elétrica

Probabilities (%)

Non-null generation 93.80

Null generation (due wind) 1.95

Null generation (due turbine) 4.17

Capacity Factor 36.92

Cenário Eólico Brasileiro

2 GW de capacidade instalada

Fator capacidade: chega 40 a 50%

PDE 2021: 80% baseada três fontes

◦ Hidro (50% da expansão)

◦ Biomassa cana (co-geração competitiva)

◦ Eólica (mais cresce, passará biomassa)

Previsão 14GW eólica 2020 (~Itaipú)

Estudos Técnicos

MME contratará estudo 2013 sobre

aspectos técnicos inserção eólica SIN

Nível ideal de inserção (10/15%)

Caso Dinamarca – 25% eólica

◦ Integrada North Pool por interligações

◦ Compra hidráulica dia e vende eólica noite

para Noruega (base hidráulica)

Brasil - estocar água nos reservatórios

Complementaridade hidro-eólica certas

regiões

Complementariedade entre

Bacias e Hidro-Eólica

200 -

160 -

150 -

140 -

120 -

100 -

80 -

60 -

40 -

20 -

- | | | | | | | | | | | |

JAN FEV MAR ABR MAI JUN JUL AGO SET OUT NOV DEZ

SUL

SUDESTE-CO/ N / NE

%

período seco

(médias mensais de todo o histórico/ Média Anual)

....existem anos mais secos

e anos mais úmidos

período úmido

Média

Anual

Complementaridade e Sazonalidade Hidrológica

ENA

Fonte: Amarante. Atlas do Potencial

Eólico Brasileiro. MME. 1ª edição. 2001.

Complementaridade Chuva - Ventos no Território Brasileiro

Complementaridade NE

Fonte: Marinho M.H.N.,OFERTA DE ENERGIA ATRAVÉS DA COMPLEMENTARIDADE SAZONAL HIDRO-EÓLICA NO ESTADO DE

PERNAMBUCO

Eólica Hidráulica Nordeste

Fonte: Amarante et all, Complementaridade Sazonal dos Regimes Hidrológico e Eólico no Brasil DEWI Magazin Nr. 19, August 2001

Eólica Hidráulica Sul

Eólica Sul Hidráulica Sudeste

Complementaridade S/SE

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12

Po

tên

cia

(pu

)

Mês

Eólica NE1

PCH

Exemplos de Complementaridade Curva de Potência PCH e Eólica NE 1

(Correlação = -0,22)

Curva de Potência PCH e Eólica NE 2

(Correlação = -0,56)

Curva de Potência PCH e Carga 1

(Correlação = 0,06)

Curva de Potência PCH e Carga 2

(Correlação = 0,65)

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

0.80

0.90

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Po

tên

cia

(pu

)

Mês

Eólica NE2

PCH

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Po

tên

cia

(pu

)

Mês

Carga 1

PCH

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Po

tên

cia

(pu

)

Mês

Carga 2

PCH

Planejamento do Sistema de

Transmissão

Desafio

Brasil acostumado planejar transmissão

para grandes plantas hidráulicas

Desafio planejar transmissão para

conectar eólicas espalhadas pelo SIN

ICG – Instalação de Transmissão de

Interesse Exclusivo de Centrais de

Geração para Conexão

Compartilhada

Banabuiú

Russas

Fortaleza

Cauípe

CE

Pecém II

Quixadá

490,6 MW (283,6 MW + 207 ,4MW (1))

Ceará - Eólicas Contratadas (2009-2011)

ICG Ibiapina

70MW (1)

292 MW

Aracati II

Sobral III

Sobral lI

(1) Montante relativo ao Mercado Livre (ML) (2) Estudo da Ampliação das Interligações para Nordeste frente à Necessidade de

Exportação do Excedente de Energia

(2)

LT 230 kV

LT 500 kV

265,5 MW

138,5 MW

54 MW

104,6 MW

40 MW

72 MW

ICG Acaraú II

TOTAL: 1.653 MW (incluindo 462,5 MW – Proinfa)

125,4MW

Fonte: EPE

Mossoró II

Açu II RN

Natal III

Extremoz

ICG J.Câmara I

Campina Grande II

Rio Grande do Norte - Eólicas Contratadas (2009-2011)

ICG Lagoa Nova

Ceará Mirim

ICG João Câmara II

Campina Grande III

150 MW (1)

ICG Mossoró III

85 MW

48,8 MW

113,6 MW

275 MW

1135,5 MW (866,1 MW + 269,4 MW (1))

349,2 MW

Paraíso

(1) Montante relativo ao Mercado Livre (ML) (2) A ser licitada

Natal II

Açu III

Milagres II

LT 230 kV

LT 500 kV

TOTAL: 2.969,4 MW (incluindo 199,7 MW – Proinfa)

150,4 MW

49,3 MW

612,6 MW (424,6 MW + 188 MW (1))

(2)

ICG Touros

Fonte: EPE

Bahia – Eólicas Contratadas (2009 – 2011)

Rio da Éguas

Bom Jesus

da Lapa II Ibicoara

Brumado

Camaçari II

Olindina

Igaporã II

Barreiras

Jaguariri

Sobradinho

Juazeiro

Brotas de

Macaúbas

ICG Morro do Chapéu

769,6 MW (682 MW + 87,6 MW (1))

ICG Pindaí 246,4 MW

ICG Igaporã

30 MW (1)

TOTAL: 1.540,4 MW

Sapeaçu

S. Bonfim

Camaçari IV

Funil

Sapeaçu

Eunápolis

T. Freitas II

(1) Montante relativo ao Mercado Livre (ML) (2) Estudo da Ampliação das Interligações para Nordeste frente à Necessidade de Exportação do Excedente de Energia (3) Ampliação das Interligações Norte/Nordeste/Sudeste para escoamento da geração excedente nas regiões Norte/Nordeste

(2)

(2) (2)

Irecê

Poções

(2)

(3)

Itapebi

LT 230 kV

LT 500 kV

90 MW

90 MW

314,4 MW

Fonte: EPE

Rede Brasileira de Pesquisa em

Energia Eólica (RBPEE)

Brazil Wind Power 2012 – 29 a 31 de

Agosto – Rio de Janeiro

Iniciativa ABEEólica

Ambiente para troca e construção de

conhecimento

Promover interação universidades,

centros pesquisa e empresas

Plataforma on-line em nuvem

RBPEE

Estrutura Interação:

◦ Boletins mensais

◦ Seminários

◦ Projetos P&D

Projetos Estruturantes

Projetos Bilaterais

Projetos da Cadeia Produtiva

Normatização equipamentos

Planejamento expansão e operação

Assinado convênio com a COPPE

Obrigada!

Carmen Borges

carmen@nacad.ufrj.br

Tel: 2562-8027