Aula 01
EN3457
REGULAÇÃO E MERCADO DE ENERGIA
ELÉTRICA
Prof.: Haroldo de Faria Jr
haroldo.faria@ufabc.edu.br
SEP
Sistema de energia elétrica Geração –Transmissão -Distribuição
345kV, 500 kV
SEP
• Os sistemas elétricos de potência (SEP`s) constituem elemento básico no desenvolvimento econômico e social das sociedades modernas
• Por razões técnicas e econômicas, esses sistemas evoluíram de um conjunto de pequenos sistemas isolados para grandes e complexos sistemas interligados com dimensões nacionais ou, até mesmo, continentais
• O elevado número de componentes, geograficamente distribuídos por todo um país ou continente, associado com as incertezas na demanda de potência e disponibilidade de recursos energéticos, tornam o projeto e operação destes sistemas uma tarefa altamente complexa
Os SEP`s têm como função básica atender à demanda de energia elétrica dos consumidores da maneira mais econômica possível, dentro de padrões de continuidade, qualidade e segurança aceitáveis
Histórico
• A importância dos SEP`s se origina de uma série de razões técnicas, econômicas
e sociais
• Podemos separar a forma de operação e planejamento da indústria de
eletricidade em dois péríodos: antes da desregulamentação e depois
• No início da década de 90 começaram as transformações
• Os problemas técnicos ficaram mais críticos e sua complexidade tem crescido
com a necessidade de satisfazer considerações econômicas e de regulação no
contexto recente de competição aberta
Histórico
•
Nas últimas duas décadas, os setores de energia elétrica no mundo tem evoluído
para uma estrutura de mercado, seguindo o exemplo de outros setores da
economia.
• O preço passa a ser o instrumento de orientação dos agentes.
• Desverticalização
*
– Separação das atividades de geração, transmissão e
distribuição, surgindo o segmento de comercialização de energia.
• Países pioneiros : Chile (1982), Reino Unido (1990) e Noruega (1990).
* Integração vertical é um arranjo no qual a mesma empresa é proprietária dos diferentes processos de produção, venda e entrega de um produto ou serviço
Histórico
Objetivos
• Redução do preço da energia através do livre acesso à transmissão por todos os
agentes do mercado
• Ganhos de eficiência na indústria
• Atrair o capital privado
Histórico
Requisitos para o Funcionamento Adequado de um Mercado de
Energia Elétrica
• A prestação dos serviços não pode ser discriminatória e a universalização dos
serviços deve ser perseguida;
• Auto-sustentação da indústria de modo a garantir a expansão do sistema;
• Operação do sistema com elevado grau de confiabilidade em consonância com
requisitos de qualidade impostos pela sociedade;
Histórico
Além da participação dos agentes de geração, comercialização, transmissão e
distribuição, temos a participação de outros agentes.
Agentes de Mercado
• Operador independente do sistema
• Operador do mercado
• Regulador do mercado
• Planejador do sistema
Histórico
Agentes de Mercado
A organização dos agentes depende das características próprias de cada mercado
• Reino Unido – Funções centralizadas na NGC (National Grid Company)
• Califórnia – Agentes independentes
• Brasil:
• Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS)
• Câmara de Comercialização de Energia Elétrica (CCEE)
• Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL)
• Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
Operador independente do sistema Operador do mercado
Regulador do mercado Planejador do sistema
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
• A administração de um SEP em termos econômicos é muito complexa devido à amplitude da tarefa que envolve fatores econômicos, sociais, ambientais, financeiros, sem
mencionar o planejamento da expansão e a operação do sistema, estes últimos mais relacionados com os aspectos tecnológicos dos sistemas.
• O planejamento e a operação de um SEP é o resultado de uma complexa cadeia de decisões.
• Provisões de longo termo
Ex: Expansão da capacidade de geração e contratos de suprimento de combustível • Planejamento de médio termo
Ex: Programas de manutenção de equipamentos e administração hidroelétrica • Especificações de curto termo
Ex: Conexão de unidades geradoras e reserva de capacidade de geração • Operação em tempo real
Ex: Regulação de frequência, despacho de unidades geradoras e resposta a possíveis situações emergenciais
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Centralizado
• Nesse contexto, um agente coordenador centralizado, controlado pelo governo, é responsável pelas decisões operativas e pelo controle e monitoramento do SEP. A formulação de planos de expansão também é de responsabilidade desse agente.
• O critério para o processo de tomada de decisões é a maximização da utilidade social na produção e no consumo de energia elétrica.
- Minimização da cadeia de custos incorridos para prover o serviço (investimento e operação) - Confiabilidade do sistema deve ser satisfatória
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Centralizado – Longo Termo • Constitui-se no processo de decisão de primeiro nível: 2 a 15 anos no futuro
• Utilizado para a definição de investimentos em plantas de geração e em redes de transmissão e distribuição
• A incerteza é um fator determinante nessa etapa e a operação do sistema não precisa ser avaliada em detalhes.
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Centralizado – Médio Termo • Constitui-se no processo de decisão de segundo nível: 1 a 3 anos no futuro
• Utilizado para a definição dos programas de manutenção de unidades geradoras e redes, política de aquisição de combustível e o uso mais eficiente das plantas de geração
sujeitas a limitações de energia primária ou a restrições de produção anual devido a razões ambientais.
• Em ambientes hidrotérmicos, esse planejamento é denominado de coordenação hidrotérmica.
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Centralizado – Curto Termo • Processo de decisão de alguns dias até um mês
• Processo que envolve a determinação do plano de produção para hidroelétricas e termelétricas em base horária para cada dia da semana ou mês. Esse processo deve observar as instruções recebidas do nível de decisão superior em conexão com ações de manutenção, planos de emissão, administração mensal ou semanal hidroelétrica, cotas de combustível, etc.
• Nesse nível, os detalhes do sistema são importantes e deve-se considerar aspectos como processos de partida e desligamento de unidades geradoras a vapor e custos associados, restrições hidrológicas em bacias hidrográficas, perfis de demanda, capacidade de
geração de reserva, etc. Confiabilidade também é importante nesse nível. Expansão e Operação em Ambiente Centralizado – Tempo Real
• Funções de operação em tempo real são baseadas essencialmente em critérios de segurança, ao invés de considerações financeiras.
• A componente econômica do processo é definida por decisões em níveis superiores, sem deixar de lado os aspectos econômicos da confiabilidade.
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Descentralizado
• A desregulamentação da indústria de energia elétrica trouxe a descentralização das atividades de planejamento e operação. A expansão do sistema, agora focada no investimento, e a operação são o resultado de decisões individuais de companhias baseadas na maximização do lucro. O risco econômico e financeiro e o retorno dos investimentos ao invés do tradicional critério de minimização de custos, orientam a tomada de decisão.
• O desafio das autoridades administrativas e regulatórias é elaborar regras de mercado que garanta que o comportamento de investidores dos agentes de mercado leve à minimização dos custos do sistema, refletidos nas tarifas cobradas dos consumidores. • A operação em tempo real continua sendo uma tarefa centralizada (ISO).
• As empresas do mercado tem que se adaptar a novas funções como formalização de contratos, propostas, elaboração de receita anual – receitas menos gastos operativos – e tudo isso dentro de uma política de gerenciamento de riscos.
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Descentralizado – Longo Termo
• A descentralização das decisões de investimento atribui a cada agente a viabilidade de investimento em nova geração baseado em análise de custo-benefício. Novos
investimentos são estudados pela perspectiva da receita estimada em um período de vários anos (desempenho do mercado).
• As análises levam em conta fatores como preços de combustível, níveis de demanda, novos investimentos de terceiros e preços de mercado. O risco financeiro é um
importante fator nesse processo.
• O planejamento da expansão do sistema de transmissão continua centralizado, mas as decisões estão sujeitas a incertezas. Tradicionalmente, a rede era planejada baseada nas decisões de investimento na geração. Essa informação, em ambiente competitivo, não é conhecida a priori, mas resultado de decisões de negócios de agentes individuais em certo instante.
• A quantidade e localização de novos investimentos de geração não é conhecida quando a rede é planejada.
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Descentralizado – Médio Termo
• Os agentes que devem otimizar seus objetivos de médio e curto prazo são consumidores, produtores e fornecedores (comercializadores).
• No contexto operativo, os produtores devem formular projeções econômicas de médio termo como:
- Projeções de receita.
- Suporte às decisões de longo termo como administração de contratos e avaliações financeiras. - Prover suporte a funções de curto termo, em particular a formulação de lances em mercados
diários de energia elétrica e serviços ancilares*.
• Novos modelos computacionais precisam ser desenvolvidos para a tomada de decisões de cada agente usando novas teorias microeconômicas e teoria de jogos†.
* Conjunto de serviços requeridos para para assegurar uma operação eficiente e segura do sistema. (Ex. Suporte de potência reativa para o controle de tensão e provimento de regulação de frequência para o sistema
† Os mercados podem ser vistos como resultado de um certo jogo em que as regras estabelecidas impõe uma estratégia a ser seguida por cada agente como resposta às reações de todos os outros.
Planejamento e Operação
Ambiente Econômico
Expansão e Operação em Ambiente Descentralizado – Curto Termo
• Apesar de existir várias maneiras de se organizar mercados de energia, existem mercados de curto termo (diários), de serviços ancilares ou intra-diários, nos quais as gerações das unidades geradoras são determinadas.
• Operações de curto termo tendem a girar em torno de elaboração de lances (ofertas) diárias em mercados de curto prazo.
Expansão e Operação em Ambiente Descentralizado – Tempo Real • A operação em tempo real é influenciada por questões de segurança e tem uma
estrutura similar à do ambiente centralizado.
• Esforços têm sido aplicados para diferenciar e valorar os serviços ancilares oferecidos por cada agente.
Estruturas de
Mercado
•
As estruturas básicas de mercado sob competição estão fundamentadas nos
modelos Pool e Bilateral.
Pool
– Estabelece a necessidade de um controle centralizado dos recursos do
sistema. É um mercado centralizado que lida com transações de compra e venda
de energia no curto prazo.
Bilateral
– Permite o livre arranjo de transações entre geradores e cargas.
Híbrido
– Combinação dos modelos Pool e Bilateral.
Esses modelos dependem de um operador independente do sistema para coordenar as funções de transmissão de forma justa, administrar os fluxos de potência no sistema de transmissão e assegurar confiabilidade e segurança ao sistema.
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
• Em um mercado pool, o objetivo é obter o mínimo custo de operação,
despachando os geradores disponíveis por ordem de mérito
*
, até atender a carga
total do sistema de acordo com os preços ofertados por estes. O operador faz a
previsão da demanda para o dia seguinte e recebe ofertas que irão atender a
demanda aos menores custos e preços para a eletricidade na base do gerador mais
caro em operação (gerador marginal).
• Devido à liberdade na elaboração das ofertas, são necessários mecanismos que
incentivem os agentes a ofertarem preços que sejam os mais próximos de seus
custos reais:
- Preço marginal do sistema (PMS)
- Preços nodais (PNO)
* Critério que define a ordem de despacho das usinas em função de seus custos
operacionais, onde as unidades hidrelétricas com os menores valores de água e as usinas térmicas com menores custos de combustíveis têm preferência para o despacho.
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
• Modelo predominante
• O despacho do sistema é definido em bases técnico-econômicas, determinando-se
o preço spot a partir da livre interação entre oferta e demanda.
• O preço de equilíbrio em um mercado spot é o denominado PMS.
• Nesse modelo, os geradores declaram os montantes que desejam comercializar
com os respectivos preços enquanto as demandas declaram os montantes que
desejam adquirir com os respectivos preços.
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
MWh $/MWh S D PMSPonto de equilíbrio no mercado spot Pool Bilateral
As demandas (D) e as ofertas de suprimento são agrupadas por preços e o ponto de
cruzamento entre as curvas determina o PMS. As ofertas de geração com preços acima do PMS não são despachadas e, do mesmo modo, as demandas com preços abaixo do PMS não são atendidas.
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
MWh $/MWh S D PMSPonto de equilíbrio no mercado spot Pool Unilateral
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
•
Se considerarmos possíveis restrições na rede de transmissão, em um segundo
estágio, a viabilidade da solução é examinada.
•
Se existir congestionamento, alguns geradores fora de ordem de mérito são
despachados para substituir geradores na ordem de mérito. O custo desta ação
resulta no preço da energia:
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
•
Um modelo pool pode operar um mercado de dia seguinte ou um mercado
perto do tempo real (cinco minutos à frente)
•
Podem existir também combinações (mercado seguinte, intra-dia e cinco
minutos à frente)
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
•
A implementação de contratos bilaterais nesse esquema de mercado requer o
uso de instrumentos financeiros, tais como contratos por diferença (CFDs). Esses
mecanismos têm por finalidade reduzir o risco devido a flutuações do preço
spot
*
.
•
Compradores e vendedores fixam um preço para a transferência de energia
através do pool, onde parte do preço não coberto pelo PMS é assumida por um
dos participantes do contrato.
* O mercado spot é onde os geradores do mercado são pagos pela eletricidade que eles venderam ao mercado pool e os consumidores do mercado são cobrados pelo seu consumo de eletricidade.
Ex: Um comprador (carga) e um vendedor (gerador) concordam em um preço de $5/MWh. Quando o preço do pool cai para $4/MWh, o comprador paga $4/MWh para o pool e $1/MWh (diferença) para o vendedor. Quando o PMS aumenta para $6/MWh, o comprador paga $6/MWh ao pool e recebe
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
Impacto do preço no consumo
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
Impacto do preço no consumo
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
• PMS
-Todos os geradores despachados por mérito são remunerados ao preço marginal
do último recurso despachado (similar a um leilão não discriminatório).
- Este processo provê os incentivos para que os agentes de mercado criem
estratégias de oferta de preços próximos a seus verdadeiros custos.
- A fixação de um preço uniforme (PMS) pode dar sinais incorretos para a
localização de novas usinas no sistema, pois se todos são remunerados pelo PMS,
pra estes geradores é indiferente sua localização.
A sinalização incorreta pode ser corrigida, separando-se o sistema por zonas (cada
uma com um preço) ou corrigir o preço levando em conta as perdas no sistema de
transmissão e o congestionamento.
Estruturas de
Mercado
Modelo Pool
• PNO
- O seu objetivo é fazer com que os valores da energia em cada ponto do sistema
reflitam os impactos causados pelo sistema de transmissão. Este enfoque é
discriminatório, pois os geradores são remunerados a diferentes preços,
dependendo da localização no sistema de transmissão. Estas diferenças de preços
são resultantes das perdas e dos congestionamentos da transmissão.
- Os consumidores pagam a energia transacionada aos preços fixados pelos
geradores e não ao preço do gerador despachado com maior preço.
- O gerador que ocupa uma posição estratégica na rede poderá exercer poder de
mercado.
Estruturas de
Mercado
Modelo Bilateral
• Vendedores e compradores estabelecem contratos visando a realização de
transações físicas de energia, com o operador do sistema interferindo
minimamente no despacho.
• Entidades conhecidas como Coordenadores de despacho são encarregadas de
fechar o balanço entre geração e carga. Caso haja congestionamentos no sistema de
transmissão, o problema é resolvido modificando-se minimamente os contratos já
fixados.
Estruturas de
Mercado
Modelo Híbrido
• O modelo híbrido combina características dos modelos Pool e Bilateral
• A utilização do pool não é obrigatória e consumidores podem assinar contratos
bilaterais e escolher supridores do pool.
• O mercado pool serve todos os participantes que escolhem não assinar contratos
bilaterais.
Estruturas de
Mercado
Despacho do Sistema
• O despacho do sistema é inerente ao modelo pool, visto que no modelo bilateral
os agentes programam suas transações (físicas) de energia de forma autônoma,
com o operador interferindo minimamente no despacho.
•
Sistema Térmico – Despacho térmico
•
Sistema hidrotérmico – Despacho hidrotérmico
A geração térmica (carvão, gás e óleo) é a fonte principal de energia para a maioria dos países. Entretanto, uma dependência alta de hidrelétricas é observada no Brasil (85%),
