Novo paradigma dos mercados de energia el ´etrica

Com os avanc¸os da tecnologia de informac¸ ˜ao e da eletr ˆonica permitindo progressos nos campos de infraestrutura de medic¸ ˜ao de energia el ´etrica e na conec- tividade de aparelhos, o n ´umero de entidades interessadas em obter vantagens com a disponibilidade de DERs vai continuar crescendo exponencialmente (PRADO; QIAO, 2018). Como consequ ˆencia desse fen ˆomeno, cargas convencionais se tornam cargas inteligentes e construc¸ ˜oes convencionais se transformam em construc¸ ˜oes inteligentes, redes inteligentes e nesse curso singular os consumidores, antes passivos, tornam-se componentes vitais e ativos para a manutenc¸ ˜ao da comercializac¸ ˜ao no mercado de varejo de energia el ´etrica (PRADO; QIAO, 2018;AMANBEK et al., 2018).

De acordo com Prado e Qiao (2018), a futura gerac¸ ˜ao do mercado de varejo de energia el ´etrica, considerando como um novo paradigma de comercializac¸ ˜ao de energia el ´etrica, pode ser atribu´ıdo a quatro caracter´ısticas importantes: Otimizac¸ ˜ao operacional, flexibilidade, sustentabilidade e integrac¸ ˜ao de todos os agentes. Essas caracter´ısticas e seus n ´ucleos centrais de sustentac¸ ˜ao est ˜ao dispostos na Figura 12 e ser ˜ao discutidos em seguida.

4.2 Discuss ˜ao de portf ´olio 47 Sistemas de geração distribuída ESS Carros elétricos IEMSs e SMSs Smart Loads Gerenciamento de congestionamento e perdas Mercados para serviços ancilares Gerenciamento de demanda Controle e otimização Planejamento de expansão da rede Previsões Comunicação Cibersegurança Liberalização e descentralização Novos agentes Transactive Energy Competitividade Otimização operacional

Sustentabilidade Integração detodos os

agentes Flexibilidade

Máxima integração de fontes de  energia renovável Eficiência energética

Integração de novas tecnologias e novos agentes de mercado Capacidade de lidar com incertezas Rápida, amigável e eficientes plataformas de interação entre todos os agentes do mercado Maximização do bem­estar social Decisões economicamente viáveis, oportunas e precisas Operações de redes e transações confiáveis Integração eficiente com mercado de atacado de energia elétrica Novos modelos de negócios  Infraestrutura de rede e operações  DER como provedores de serviços à rede  Tecnologias em DER e inovações 

Figura 12: Vis ˜ao geral da pr ´oxima gerac¸ ˜ao do mercado de energia el ´etrica. Fonte: Adaptado de Prado e Qiao (2018).

Com refer ˆencia a Figura 12, os principais desafios para o alcance desse novo desenho de mercado de energia el ´etrica est ˜ao divididos em quatro n ´ucleos cen- trais: Novos modelos de neg ´ocio, avanc¸os na infraestrutura de rede e operac¸ ˜oes, inovac¸ ˜ao em tecnologias relacionadas a disponibilidade de DERs e DERs atuando como provedores de servic¸os `a rede (PRADO; QIAO, 2018).

Como o escopo do trabalho inclui relacionar a comercializac¸ ˜ao de energia el ´etrica com a tecnologia Blockchain, na Figura 12, os t ´opicos destacados em negrito fazem parte do contexto em que o Blockchain est ´a sustentado para operar como tec- nologia madura a oferecer valor significativo que coincida com as caracter´ısticas desse novo mercado de energia el ´etrica (PRADO; QIAO, 2018;RICHTER et al., 2018).

Ao discorrer sobre comercializac¸ ˜ao de energia el ´etrica ´e necess ´ario o de- sacoplamento conceitual da perspectiva f´ısica e da perspectiva de mercado. Quando algu ´em compra energia de algum agente ele n ˜ao est ´a necessariamente comprando do agente especificado. Dentro de uma perspectiva f´ısica, a energia que ´e produzida para o sistema ´e a mesma que todos os agentes t ˆem acesso. Em teoria, ´e imposs´ıvel iden- tificar qual foi a origem a energia gerada pois a contabilidade desse contrato comercial

4.2 Discuss ˜ao de portf ´olio 48

´e com base no desconto da energia gerada pela energia utilizada ou contratada (BELL; GILL, 2018).

Sendo assim, a aplicac¸ ˜ao de descentralizac¸ ˜ao de gerac¸ ˜ao e consumo de energia el ´etrica com informac¸ ˜ao distribu´ıda entre os agentes ´e com o simpl ´orio objetivo de otimizac¸ ˜ao do fluxo de pot ˆencia e n ˜ao aplicar mecanicamente o conceito de internet para a energia el ´etrica, visto que fisicamente isso se torna imposs´ıvel (PARK; YONG, 2017).

Os sistemas de gerenciamento de energia inteligentes (IEMS) e sistemas de medic¸ ˜ao inteligentes (SMS), ao coletarem informac¸ ˜oes importantes sobre o con- sumo e gerac¸ ˜ao dos agentes dentro desse paradigma, tornam a otimizac¸ ˜ao desse fluxo de pot ˆencia mais segura e vantajosa do ponto de vista energ ´etico, j ´a que se ve- rifica perdas tanto no ponto de gerac¸ ˜ao e entrega da energia para a rede local e no consumo do pr ´oprio agente (GIOTITSAS et al., 2015;PRADO; QIAO, 2018).

Entretanto, operar dentro de um LEM acarreta em algumas desvantagens. De acordo com Amanbek et al. (2018), em sistemas operados por m ´ultiplas micror- redes, em quase todos os casos o excedente de energia gerado ´e baixo e o d ´eficit energ ´etico ´e alto. Para solucionar esse impasse mercadol ´ogico, princ´ıpios devem ser adotados com o objetivo de tornar o mercado de energia el ´etrica local convidativo e eficiente para novos agentes participarem, bem como os fornecedores de DERs. Outra grave fragilidade, como aponta Teotia e Bhakar (2016), ´e o alto custo de in- vestimento de um sistema de energia renov ´avel e dos sistemas de armazenamento de energia el ´etrica (ESS). Os pontos citados acima se n ˜ao solucionados tornaria um LEM ineficiente por n ˜ao suprir as demandas dos agentes que participam do mercado. Segundo Conejo e Sioshansi (2018), os princ´ıpios para um mercado de energia se tornar eficiente e operar com base nas caracter´ısticas propostas por Prado e Qiao (2018) s ˜ao:

• M ´ultiplas e sucessivas atualizac¸ ˜oes de prec¸os de comercializac¸ ˜ao, com a utiliza- c¸ ˜ao dos recursos de IEMSs e SMSs para a implementac¸ ˜ao de pol´ıticas de prec¸os em tempo real que incentive agentes com a transpar ˆencia realizada;

• Precisa representac¸ ˜ao da disponibilidade f´ısica de recursos (DERs) atrav ´es das tecnologias emergentes relacionadas aos ESS;

• Co-otimizac¸ ˜ao do uso da energia e das reservas dispon´ıveis com a utilizac¸ ˜ao da conectividade entre as redes e os agentes participantes do mercado local;

4.2 Discuss ˜ao de portf ´olio 49

• Participac¸ ˜ao ativa do lado da demanda e a definic¸ ˜ao do papel da concession ´aria, visto que a inserc¸ ˜ao de novos agentes, como os prosumers, redefinem as res- ponsabilidades com relac¸ ˜ao `a rede.

4.2.1.1 IMPLICAC¸ ˜OES REGULAT ´ORIAS

Para qualquer avanc¸o significativo relacionado `a comercializac¸ ˜ao entre mi- crorredes no ˆambito das LEMs, identificar os entraves regulat ´orios ´e crucial e por vezes mais desafiador e complexo que as quest ˜oes t ´ecnicas envolvidas para uma estrutura operar de forma eficiente (BELL; GILL, 2018).

O presente trabalho n ˜ao identificou nenhuma estrutura-base que fornec¸am agentes definidos e processos que maximizem as operac¸ ˜oes da entrega de energia el ´etrica em um ambiente regulat ´orio. Segundo Teotia e Bhakar (2016), apesar do processo de desregulac¸ ˜ao do setor de energia el ´etrica no mundo, ainda n ˜ao h ´a uma clara estrutura de atuac¸ ˜ao ou incentivos que possa operar o modelo descentralizado de microrredes como as LEMs.

De acordo com Bell e Gill (2018) e Teotia e Bhakar (2016), mesmo com as tecnologias relacionadas as LEMs ainda estarem em an ´alise e testes, h ´a uma clara necessidade de se avaliar pol´ıticas futuras j ´a incluindo poss´ıveis participantes, objeti- vos e estrat ´egias que considerem a implementac¸ ˜ao do LEM como uma realidade.

4.2.1.2 IMPLICAC¸ ˜OES T ´ECNICAS

As barreiras t ´ecnicas que dificultam a aplicac¸ ˜ao das LEMs incluem o de- sign, a instalac¸ ˜ao, a disponibilidade de recursos locais, infraestrutura e habilidades profissionais e t ´ecnicas requeridas para manutenc¸ ˜ao e operac¸ ˜ao de uma LEMs (TEO- TIA; BHAKAR, 2016).

De forma mais espec´ıfica, Rosado e Khadem (2017) apresentam os desa- fios da implementac¸ ˜ao das LEMs com os seguintes pontos a serem superados:

• N´ıvel de tens ˜ao e variabilidade da gerac¸ ˜ao; • Distorc¸ ˜ao harm ˆonica;

• Estabilidade.

Com relac¸ ˜ao aos n´ıveis de tens ˜ao e variabilidade da gerac¸ ˜ao, a inserc¸ ˜ao de DERs altera a pot ˆencia reativa que flui na rede. Em um sistema radial de distribuic¸ ˜ao,

4.2 Discuss ˜ao de portf ´olio 50

a quantidade de pot ˆencia ativa e reativa na rede impacta diretamente o perfil de tens ˜ao ao longo dos alimentadores (ROSADO; KHADEM, 2017). Como a variac¸ ˜ao dos n´ıveis de tens ˜ao, ´e necess ´aria a compensac¸ ˜ao desses n´ıveis de pot ˆencia reativa, visto que as t ´ecnicas de controle de pot ˆencia ativa, como reguladores s ´erie, s ˜ao raramente utilizados no ˆambito da distribuic¸ ˜ao devido a resposta lenta com o sistema (ROSADO; KHADEM, 2017; AMANBEK et al., 2018). Uma sugest ˜ao proposta por Rosado e Khadem (2017) ´e a utilizac¸ ˜ao de compensadores reativos.

J ´a referente `a distorc¸ ˜ao harm ˆonica, sabe-se que conversores de pot ˆencia utilizados em aplicac¸ ˜oes de DERs introduzem harmonicas na rede (NOOR et al., 2018). A possibilidade do acr ´escimo de n´ıveis de distorc¸ ˜ao intoler ´aveis poderia vir da agrega- c¸ ˜ao de DERs dentro dos agentes agregadores, tornando a LEM altamente polu´ıda (ROSADO; KHADEM, 2017; NOOR et al., 2018). A evoluc¸ ˜ao e a utilizac¸ ˜ao de filtros, ati- vos ou passivos, em conversores pode tornar vi ´avel a operac¸ ˜ao das LEMs (ROSADO; KHADEM, 2017).

Por ´ultimo, ao se discutir estabilidade, segundo (ROSADO; KHADEM, 2017), pode-se dividir conceitualmente em pequenos sinais, relacionados com interac¸ ˜oes en- tre dispositivos, e grandes sinais, relacionados com s ´ubitas mudanc¸as de estado que alteram as condic¸ ˜oes de operac¸ ˜ao. Com relac¸ ˜ao ao LEM e problemas relacionados com pequenos sinais, a presenc¸a de equipamentos como motores de induc¸ ˜ao po- dem afetar negativamente a rede, o que exige do sistema t ´ecnicas de identificac¸ ˜ao e determinac¸ ˜ao dessa instabilidade (ROSADO; KHADEM, 2017). J ´a os grandes sinais, s ´ubitas variac¸ ˜oes na fonte prim ´aria de gerac¸ ˜ao (como sombreamento dos pain ´eis fo- tovoltaicos) podem causar desbalanc¸o de carga. A utilizac¸ ˜ao de ESS e de IEMSs, de forma integrada ´e uma soluc¸ ˜ao vi ´avel do ponto de vista t ´ecnico (PRADO; QIAO, 2018; ROSADO; KHADEM, 2017).

4.2.2 AN ´ALISE T ´ECNICA, REGULAT ´ORIA E TECNOL ´OGICA DO BLOCKCHAIN