propostas de incrementos ou decrementos de potência, consoante a situação. Podem ser ativados mecanismos de separação de mercados, Market Splitting, em literatura inglesa, assunto que será alvo de uma abordagem mais aprofundada no Capítulo 3 [1].
2.4
Serviços de Sistema
Na exploração de um Sistema Elétrico de Energia é necessário garantir a capacidade do sistema de alimentar as cargas de uma forma contínua, mantendo as caraterísticas de tensão e frequência dentro de valores apertados de tolerância, de modo a que os equipamentos dos consumidores possam operar de maneira satisfatória. O Operador de Sistema, ISO, muitas vezes fundido em TSO, Transmission System Operator, tem precisamente como função o controlo e correção dessas grandezas [10]. A grandeza frequência está relacionada com o equilíbrio entre as potências ativas geradas e consumidas em cada momento. A título ilustrativo, uma rede isolada composta apenas por um gerador ligado a uma carga onde se desprezam as perdas existentes no sistema, permite estabelecer a equação do balanço energético (2.8) [2] [10].
PM− PC=
dWcin
dt (2.8)
Nesta formulação:
• PM – potência mecânica fornecida pela máquina primária (por exemplo, uma turbina) ao
gerador;
• PC– potência da carga;
• Wcin– energia cinética das massas girantes.
A energia cinética de um corpo animado de movimento de rotação pode ser descrita pela equa- ção (2.9) [2] [10].
Wcin=
1
2× I × ω
2 (2.9)
É possível concluir então que a energia cinética é proporcional ao quadrado da velocidade angular, ω = 2π f , e portanto, proporcional à frequência. Caso haja um desequilíbrio nas potências produzidas e de carga haverá também uma variação de energia e, consequentemente, um aumento ou diminuição da velocidade/frequência, conforme o sinal desta variação. Este cenário, associado às dificuldades em termos de armazenamento de energia faz com que, na operação do sistema seja imperativo manter o equilíbrio entre a produção e o consumo [10].
Quanto à tensão, necessita também de ser controlada na exploração dos sistemas elétricos, ainda que seja alvo de um controlo menos rigoroso quando comparado com o da frequência. Sendo que a maior parte da energia é transmitida ao nível da rede de transporte, é possível afir- mar que o controlo de tensão está associado ao controlo da energia reativa, grandezas fortemente
relacionadas. Os níveis de tensão nos terminais dos equipamentos devem ser mantidos dentro de valores aceitáveis, prevenindo assim eventuais danos e piores desempenhos dos mesmos. Por outro lado, é conveniente minimizar o trânsito de potência reativa na rede, diminuindo-se assim as perdas e maximizando-se a capacidade de transferência de energia ativa [2]. Os Serviços de Sistema, são então responsáveis pela garantia de qualidade, estabilidade, fiabilidade e segurança do fornecimento de energia elétrica. Mais concretamente, estes serviços abrangem o controlo frequência e potência ativa, com o objetivo de assegurar o equilíbrio entre a produção e a carga, o controlo tensão e potência reativa, e blackstart, embora a sua definição não seja alvo de completa unanimidade [2]. Os Serviços de Sistema podem ser de cariz obrigatório, podem ser negociados em mercados específicos geridos normalmente pelo Operador de Sistema e/ou podem também ser negociados através do estabelecimento de contratos bilaterais [11].
2.4.1 Controlo de Frequência e Reservas de Potência Ativa
Os serviços relativos ao controlo de frequência e às reservas de potência ativa são realizados ao nível das centrais e da própria rede de transporte. Podem ser divididos em três grandes categorias: controlo primário, controlo secundário e controlo terciário [12]. No caso europeu, a entidade ENTSO-E, European Network of Transmission System Operators of Electricty, agrega todos os TSO’s da União Europeia e de outras redes a ela ligadas, e lida com questões ao nível técnico e de mercado, com o objetivo de promover o desenvolvimento das interligações das redes europeias. Para manter a harmonia em termos do funcionamento global deste sistema, a ENTSO-E definiu vários critérios relativos aos serviços de sistema incluindo a distinção entre os vários tipos de reservas, relacionados com a sequência da sua activação, o seu tempo de resposta e a sua forma de ativação, como é observável na Figura 2.9 [11].
Figura 2.9: Ativação das reservas após perturbação [11].
A reserva primária corresponde à primeira resposta aquando do surgimento de uma perturba- ção no sistema. É ativada apenas alguns segundos após a ocorrência do incidente e está associada à resposta automática local das unidades produtoras a variações rápidas de carga. São normal- mente insuficientes para trazer a frequência de volta ao seu valor nominal. Com a ocorrência de uma perturbação responsável pelo desvio de frequência, todas as máquinas sincronizadas com o
2.4 Serviços de Sistema 19
sistema elétrico e com capacidade de controlo local, são alvo da ativação do controlo primário, antes do desvio ser superior a 50 mHz. No caso europeu, a ENTSO-E define uma potência de reserva primária total de 3000 MW, alocada às diversas áreas de controlo [11] [13].
A gestão da reserva secundária é da responsabilidade do Operador de Sistema e a sua ativação deve ocorrer até 30 segundos após a ocorrência do distúrbio, depois da ação da reserva primária estar completa. Deve ser terminada ao fim de 15 minutos e tem como objetivo retornar o sistema às suas condições normais de funcionamento. É ativada pelo sistema de Automatic Generation Con- trol, AGC, e está relacionada com o controlo zonal de frequência e com o controlo de intercâmbios de potência entre áreas, assistido por teleregulação [11] [12] [13].
Finalmente, a reserva terciária é a última a ser ativada, após a reserva secundária. Ocorre de forma não automática, ao contrário da reserva secundária, e é determinada pelo Operador de Sistema, através do arranque de grupos produtores ou através de programas de importação. Tem como objetivo o restabelecimento dos níveis de reserva e de segurança de exploração adequados [11] [13].
2.4.2 Controlo de Tensão e Potência Reativa
O controlo de tensão e potência reativa tem como objetivo manter o módulo das tensões nos nós da rede dentro de níveis admissíveis. É realizado de uma forma menos centralizada que o controlo de frequência e potência ativa. É também feito nas centrais, através de equipamentos im- plementados nas redes de transporte e distribuição, bem como ao nível das próprias cargas. Podem ser divididos em dois tipos: serviço obrigatório, relacionado com a regulação automática de ten- são, devido ao funcionamento dos reguladores de tensão, e serviço remunerado, que corresponde ao controlo de tensão e de potência reativa. Neste último caso, o controlo é da responsabilidade do Operador do Sistema, que define as quantidades de energia reativa a produzir ou absorver por cada entidade envolvida [11]. No entanto, é frequentemente um serviço com caráter obrigatório e não remunerado devido ao facto de ser crucial para a adequada operação dos sistemas elétricos, bem como devido à dificuldade de atribuição de custos à energia reativa [12].
2.4.3 Blackstart
O blackstart é um serviço do sistema que exige grupos geradores com possibilidade de ar- ranque autónomo sendo este serviço fornecido por máquinas que possuem a capacidade de ser energizadas sem se encontrarem ligadas ao sistema elétrico [12]. Com este serviço o sistema tem a capacidade de passar de um estado de não operacionalidade, devido por exemplo a um “apagão” ou blackout, para uma situação de operacionalidade sem a necessidade de qualquer outra rede de energia elétrica auxiliar [11] [12].