Capítulo 1 Introdução
1.1. Motivação
O estudo sobre o funcionamento dos mercados de energia eléctrica tem ganho cada vez mais importância devido aos novos desafios que a liberalização do sector eléctrico levantou nas últimas décadas. A introdução deste novo paradigma deu-se de forma faseada, tendo-se iniciado apenas pelos clientes de maior consumo (clientes elegíveis), que estavam ligados a níveis de tensão mais elevados. Gradualmente o estatuto de cliente elegível estendeu-se até aos clientes residenciais, de baixa tensão normal, originando que todos os consumidores sejam “livres” de escolher o seu fornecedor de energia eléctrica. Esta restruturação teve como objectivo último, criar mercados de energia liberalizados e competitivos, que ainda hoje se encontram em desenvolvimento e evolução [Sioshansi F., 2013]. A restruturação trouxe várias mudanças nas regras de operação dos mercados, permitindo uma maior eficiência do sector e proporcionando o aumento da competitividade e complexidade dos mercados de energia, forçando os seus intervenientes a repensar os seus instrumentos de apoio à decisão, o seu comportamento e as suas estratégias de mercado [Boltz W., 2013].
A utilização cada vez mais intensiva de centrais de produção de energia eléctrica renovável, trouxe vantagens indiscutíveis do ponto de vista ambiental e da segurança energética [Sharma K. C. et al., 2014]. Embora estas vantagens sejam indiscutíveis há aspectos importantes que têm que ser considerados ao nível técnico e económico. Aspectos relacionados com o despacho, principalmente nas produções eólicas e solares, a participação de pequenos produtores nos mercados e elevados custos de manutenção, são limitações que têm que ser ultrapassadas [Bjorndal E. et al., 2018]. Assim torna-se evidente a necessidade de desenvolver modelos que permitam a coexistência entre a produção centralizada e a produção distribuída. É necessária a integração de tecnologias de informação e comunicação, que transformem o sistema numa rede inteligente e interactiva. Nesse sentido na Europa e nos Estados Unidos surgiram vários projectos de investigação onde se destacam as Redes Activas [Fontela M. et al., 2004], as Microgrids [Hirsch A. et al., 2018], Agentes Virtuais [Morais H. et al., 2005], e as Smart Grids [Aleksic S. and Mujan V., 2018]. Mais recentemente um novo conceito chamado de Supergrid [Elliott D., 2013], começa também a ganhar forma.
A implementação de redes inteligentes obriga ao desenvolvimento de novos modelos de negócio, capazes de lidar com as novas oportunidades. Este conceito dá uma nova dimensão à forma como as empresas concessionárias gerem os seus activos de rede e se relacionam com os seus clientes. Assim é promovida a automação integrada e segura das redes, através de sistemas de medição, geração e armazenamento distribuído de energia eléctrica. Desta forma, em tempo quase real, há possibilidade da rede se reconfigurar de forma automática para de forma optimizada, atender às necessidades das pessoas e do próprio sistema eléctrico. Estes tipos de redes terão que considerar a interacção com fontes de geração e armazenamento distribuídos de energia (DG), ligados directamente à rede ou aos consumidores. Terá que ser considerada também a “gestão do consumo”, ou possibilidade de modificação nos padrões de consumo de electricidade por parte dos consumidores finais, em resposta a variações nos preços da electricidade ou a qualquer outro sinal relacionado com restrições técnicas da rede ou condicionamentos dos mercados de energia eléctrica (demand response - DR) [Yang Z. et al., 2015]. Assim é essencial a implementação de novas tarifas, que possibilitem aos consumidores o acesso a preços diferenciados que variam de acordo com fatores como o horário em que a energia eléctrica é utilizada. As tarifas dinâmicas assumem aqui um papel importante, na gestão das cargas, assim como os programas de Real Time Pricing – RTP [Wang K. et al., 2015], [Faria P. and Vale Z., 2014].
Embora a maior parte dos programas de DR sejam orientados para recursos de larga escala [Kilkki O. et al., 2015], o potencial de recursos de pequena escala está ainda pouco explorado, actualmente existem empresas autorizadas a actuar como interface entre os operadores de sistema (ISO) e os consumidores finais, são entidades designadas de Curtailment
Service Provider – CSP [Grayson C. et al., 2006], contudo é urgente a criação de modelos mais
flexíveis e eficientes.
A caracterização e conhecimento da procura é da maior importância, a agregação de consumos e a sua respectiva caracterização, são requisitos fundamentais no sucesso da implementação e consolidação do sector eléctrico e dos mercados de energia eléctrica. Assim, torna-se fundamental o desenvolvimento de metodologias capazes de caracterizar a procura de energia eléctrica, ao mesmo tempo que procura associar essa procura aos preços de energia eléctrica formados no mercado, de forma a identificar condicionamentos da procura no âmbito dos mercados liberalizados. As estratégias de agregação proporcionam quer às empresas comercializadoras, quer aos agentes agregadores, vantagens técnicas e comerciais, através de uma ferramenta de previsão e conhecimento do comportamento do consumo de energia
eléctrica dos seus clientes. Além disso os agregadores conseguem alcançar maiores lucros devido às vantagens específicas de um mix de tecnologias de produtores/consumidores de energia eléctrica, para superar as desvantagens de algumas tecnologias. A agregação de agentes produtores e outros agentes que possam actuar no mercado, como os consumidores e produção distribuída, dá origem ao conceito, Virtual Power Player - VPP, [Vrba P. et al, 2014], [Dang V. and Jennings N., 2004]. Ao agregar recursos de pequena escala (DR e DG), o VPP consegue potenciar a disseminação da partição de recursos, tornando-a lucrativa através de abordagens ao mercado.
Este trabalho de doutoramento surge da necessidade de criar mecanismos que permitam levar os mercados de energia um passo à frente, dotando os VPPs com capacidade de cobrar o consumo de energia, bem como remunerar de forma estratégica a produção e serviços dos agentes a si agregados, com base em tarifas e contratos estrategicamente definidos de acordo com características, perfis e comportamentos de agentes. São desenvolvidas metodologias relativas ao comportamento estratégico dos VPPs, considerando a gestão inteligente das cargas, da produção e as estratégias de oferta de estruturas tarifárias diferenciadas para o perfil típico de consumo de cada carga, o valor do preço da energia formado no mercado diário e o valor da produção de energia eólica e solar verificadas no sistema.