Capítulo 1
Introdução
1.1 – Alterações nos sectores eléctricos
Até recentemente, o sector eléctrico caracterizava-se pela sua estrutura de monopólio vertical, em que a mesma entidade tinha a seu cargo as funções de produzir, transportar e distribuir a energia eléctrica numa determinada região. Existia, então, um sector eléctrico fortemente regulado, com carácter de serviço público, em regime de monopólio. As próprias características de um sistema eléctrico, mais precisamente a sua complexidade e a característica de monopólio natural, conduziram a que se centralizasse esta actividade, tornando mais fácil não só a sua operação, mas também as decisões sobre novos investimentos com vista a garantir o futuro da actividade. Esta filosofia de negócio garantia às empresas que operavam no sector eléctrico a total recuperação dos seus custos através de uma tarifa, devidamente regulada, paga pelo consumidor final. Era a filosofia da remuneração em função do custo de serviço.
As necessidades de redução dos custos da energia eléctrica, do aumento de eficiência dos sistemas eléctricos, do fornecimento de um produto com melhor qualidade, de atenuar as diferenças muito significativas entre diferentes empresas de fornecimento de electricidade e de facultar ao consumidor a possibilidade de escolher o seu fornecedor de energia têm vindo a orientar os sectores eléctricos para uma restruturação. A experiência noutros sectores da actividade económica (como por exemplo as telecomunicações, os transportes aéreos e o gás) onde os preços finais dos bens foram reduzidos com a liberalização, incentivaram também esta tendência no sector eléctrico. Um outro contributo deve-se ao aparecimento de novas tecnologias de geração de energia eléctrica como sejam as turbinas a gás de ciclo combinado ou os avanços nos aproveitamentos da energia eólica, que facilitam a introdução da concorrência na produção de energia eléctrica.
A restruturação a que actualmente se assiste um pouco por todo o mundo, está a dividir o negócio da energia eléctrica num conjunto de negócios separados, permitindo introduzir a concorrência na produção e na venda desta energia.
As economias de escala presentes na transmissão da energia eléctrica (transporte e distribuição) fazem com que a função de transmissão até aos consumidores, em ambiente competitivo, apresente maior eficiência quando efectuada através de uma única rede. Por outro lado, a competição no “negócio das redes” não é desejável porque implicaria a duplicação de recursos a qual, regra geral, não é do interesse das diferentes partes envolvidas num mercado de energia eléctrica, não só pelos custos envolvidos na duplicação das redes mas também por motivos de utilização do solo.
consumidores e também os interesses de quem opera as redes. Na ausência desta regulação os benefícios das reformas no sector eléctrico podem ser capturados exclusivamente pelos detentores dos negócios de rede, em vez de serem atribuídos aos consumidores. Percebe-se então que uma condição essencial para o desenvolvimento da competição nos mercados da energia eléctrica seja o livre acesso, numa base não discriminatória, às redes de transmissão de energia eléctrica.
No subsistema eléctrico de distribuição, por força da restruturação do sector eléctrico, assiste-se à separação das suas actividades tradicionais, ou seja, o “negócio de rede” e o negócio da venda de energia estão a ser separados. A introdução da competição na venda de energia está a ser feita de forma diferente em vários países. Alguns optaram pela introdução imediata da competição para todas as classes de consumidores (Noruega), outros optaram por uma solução gradual, estabelecendo uma determinada condição para que um cliente possa ter liberdade de escolha do seu fornecedor de energia (Portugal, França, Espanha). Em Portugal, como noutros países essa condição relaciona-se com um valor de consumo mínimo de energia e com o nível de tensão de alimentação do consumidor. Este valor irá progressivamente sendo reduzido até que se obtenha a competição total, tal como estabelecem as regras comuns para o mercado interno de electricidade da União Europeia. Em qualquer dos casos, para se obter uma competição efectiva torna-se necessário garantir o livre acesso às redes de distribuição pelos diferentes agentes que operem no mercado eléctrico, pelo que as actividades de rede devem ser separadas das actividades de retalho e de geração da energia, devendo ainda ser devidamente reguladas.
Perante este cenário, as redes físicas de distribuição tenderão a ser controladas por um operador independente do sistema, o qual será o responsável pela manutenção da sua fiabilidade. O acesso a estas redes terá de ser livre, tendo a companhia detentora dos direitos sobre a rede física a obrigação de facultar, de forma não discriminatória, uma ligação eléctrica entre o vendedor e o comprador da energia. Esta é a característica chave de um sistema de distribuição aberto. Neste contexto, as companhias de distribuição, que até então detinham o monopólio na venda de energia, vão ter de competir com outras entidades. Consequentemente, se a companhia de distribuição continua a exercer a actividade de venda de energia, as suas actividades de rede devem dela ser separadas. Esta separação pode ser efectuada de duas formas distintas, podendo consistir numa separação legal em duas companhias, uma responsável pelo “negócio das redes” e outra pelo negócio da energia, ou então uma separação apenas funcional, mas devidamente regulada. Actualmente em Portugal, existe uma entidade única que detêm as actividade de distribuição e de comercialização da energia eléctrica. Dado que, na actual legislação, estão previstos clientes vinculados e clientes não vinculados, está implementado um conjunto de medidas que permitem que o acesso dos clientes não vinculados às redes, se efectue de forma não discriminatória. Estes utilizadores têm de suportar um conjunto de encargos que funcionam como pagamento pelo serviço prestado pela concessionária da rede física.
Esta alteração à organização do subsistema de distribuição impõe também alterações noutras actividades de rede como sejam a facturação, a medição da energia, a produção distribuída, as acções de gestão da procura e os programas de gestão racional de energia. Grande parte da reforma no sector eléctrico terá obrigatoriamente de consistir na criação de mecanismos capazes de possibilitar a competição nestas actividades.
Em especial, a obrigação, por parte da entidade detentora dos direitos sobre a rede física, de facultar livre acesso à rede terá de ser recompensada com um retorno financeiro que permita o pagamento dos custos incorridos acrescida de uma taxa de lucro.
Existem cinco tipos de custos associados aos serviços de distribuição de energia: os custos de operação, os custos de capital ou custos embebidos, os custos de oportunidade, os custos de fiabilidade e os custos de expansão do sistema.
Os custos de operação incluem, entre outros, os valores dos custos das perdas e dos meios humanos necessários à gestão e operacionalização das redes. Os custos de capital procuram traduzir os custos devido ao investimento de capitais da empresa. Os custos de oportunidade traduzem benefícios que a companhia detentora dos direitos da rede física perde em consequência das restrições de operação que surgem devido à entrada de um novo utilizador da rede. Os custos de fiabilidade relacionam-se com o facto de que, cada novo utilizador que o sistema tem de acomodar implicar alterações no nível de fiabilidade do sistema, tornando-se necessário repor o nível desta, ou pelo menos tentar aproximar o valor anterior. Estes custos são extremamente difíceis de contabilizar e de alocar uma vez que são uma função de vários factores tais como o regime de utilização da rede pelo novo utilizador e das suas necessidades de serviços. Os custos de expansão dos sistemas incluem investimentos para acomodar novos utilizadores e os próprios investimentos necessários para garantir o funcionamento do sistema no futuro.
Todos estes custos têm de ser alocados aos utilizadores da rede de acordo com regras bem definidas e claras. Frequentemente, estes custos são divididos em duas componentes, uma que traduz os custos de ligação outra que traduz os custos do uso do sistema, o que acontece actualmente em Portugal. É evidente que a recuperação dos custos referidos deve ser efectuada de forma diferente consoante o tipo de custos envolvidos.
1.2 – Dificuldades no estabelecimento de tarifas
Atendendo ao elevado número de instalações e de clientes das redes de distribuição, complexos problemas técnicos e práticos surgem na implementação de tarifas.
Geralmente, na alocação de custos entre os diferentes utilizadores de uma rede de distribuição, existem situações de subsidiação cruzada, quer espacial quer temporal. Existe subsidiação cruzada quando um grupo de consumidores suporta maiores custos que aqueles que efectivamente geram, existindo em contrapartida outro grupo que suporta menos custos que os efectivamente gerados.
Estas situações de subsidiação cruzada são de todo indesejadas do ponto de vista económico, mas podem ser necessárias do ponto de vista social.
O processo de alocação dos custos a cada um dos utilizadores da rede deve ser baseado em princípios simples e transparentes, transmitindo ainda sinais económicos tendentes a melhorar a eficiência do sistema.
O preço do serviço de transmissão da energia, quer na rede de transporte quer na de distribuição, é um dos assuntos mais complexos no processo de restruturação dos sectores eléctricos devido às leis físicas que governam os trânsitos de potência nas redes eléctricas. O facto de produtores em regime especial (PRE) e consumidores estarem todos ligados à mesma rede, faz com que as acções de um destes possam ter consequências significativas para outros participantes do sistema, tornando-se muito complicado determinar os custos pelos quais é responsável cada um dos participantes. A natureza não linear das equações que regem os sistemas eléctricos torna complicada a missão de efectuar uma separação perfeita do trânsito de potência em cada elemento de um sistema, nas suas diferentes componentes criadas por
cada um dos utilizadores (consumidores ou produtores), e portanto torna complexo o problema de alocação dos custos.
A estas dificuldades acresce ainda o facto de as injecções e os consumos individuais de energia serem variáveis, carregando de forma variável a rede. Em consequência, as condições do sistema alteram-se quer no tempo quer no espaço, uma vez que se altera a própria extensão de rede utilizada por um qualquer utilizador.
A forma como a alocação dos diferentes custos é efectuada condiciona, de forma decisiva, a política de preços utilizada para tarifar o acesso à rede de distribuição. Por outro lado, esta política de preços é determinante para o bom funcionamento do sistema, uma vez que condiciona a localização dos produtores e das cargas, bem como os custos de exploração e expansão das redes. Neste contexto, a forma como a alocação de custos é efectuada numa rede de distribuição partilhada pode evitar comportamentos por parte dos seus utilizadores que conduza à má operação do sistema, fundamentalmente no que se refere ao afastamento do seu funcionamento óptimo.
Perante esta situação percebe-se a necessidade de identificar, de forma clara, todas as componentes do custo de acesso às redes e alocar estes custos a todos os seus utilizadores procurando evitar subsidiações cruzadas quer no tempo quer no espaço.
Tal como referem Expósito et al (2000), um dos pontos chave deste ambiente de reestruturação refere-se à necessidade de os custos do serviço de transmissão serem alocados de forma satisfatória entre todas as entidades envolvidas, tendo em conta, tanto quanto possível, o impacto real que cada utilizador da rede tem nestes custos. A necessidade de evitar situações de subsidiação cruzada entre utilizadores da rede, quer no espaço quer no tempo, é um dos requisitos fundamentais no que se refere aos sinais económicos a transmitir aos utilizadores das redes. Por outras palavras, cada utilizador de uma rede deve sentir os custos que de facto provoca.
1.3 – Objectivo do trabalho
Como constatamos nos pontos anteriores, o irreversível processo de liberalização dos sectores eléctricos e o consequente uso partilhado das redes eléctricas por diferentes agentes implicam a necessidade de se alocar custos a cada um dos seus utilizadores, entre os quais os custos das perdas. Como referem Expósito et al (2000), a correcta alocação das perdas é um assunto de importância económica extrema. O problema consiste, como refere Bialek (1998), em como alocar os custos entre todos os utilizadores do sistema de forma não discriminatória e ao mesmo tempo fornecer sinais económicos adequados.
O objectivo fundamental deste trabalho é o de descrever e discutir diferentes metodologias, umas já existentes outras que serão propostas, para alocação dos custos das perdas eléctricas em redes de distribuição partilhadas, entre os seus diferentes utilizadores. Consideram-se utilizadores da rede de distribuição, os consumidores alimentados pela rede e os produtores em regime especial. O aparecimento dos PRE ligados às redes de distribuição condiciona a alocação dos custos das perdas destas redes. De facto, paralelamente à reestruturação do sector eléctrico, tem-se assistido a uma crescente penetração da produção distribuída, principalmente nas redes de distribuição. A presença desta produção distribuída altera radicalmente a forma como as redes de distribuição devem ser vistas, quer nos aspectos
interligadas com a rede de distribuição, transformam estas redes de passivas com trânsitos de potência unidireccionais em redes activas com trânsitos de potência bidireccionais. Estas alterações implicam que os tradicionais modelos utilizados para tratar as redes de distribuição deixem de ser aplicáveis, e, obviamente, a alocação de custos de perdas ganha uma nova dimensão.
As metodologias que serão apresentadas, permitem, de forma geral, a imputação de custos de perdas aos comercializadores de energia. Para tal basta efectuar a alocação das perdas aos consumidores e posteriormente imputar o somatório das perdas dos clientes de cada comercializador a este.
1.4 – Metodologia de trabalho
Para se atingirem os objectivos do trabalho referidos no ponto 1.3, torna-se necessário, primeiro conhecer o problema da alocação das perdas, em especial as não linearidades envolvidas, depois discutir metodologias existentes para efectuar tal alocação e finalmente procurar melhorar tais metodologias, propondo alterações às existentes ou criando novas. O problema da alocação de perdas em redes eléctricas partilhadas, em especial em redes eléctricas de distribuição com produtores em regime especial, não se encontra ainda exaustivamente estudado. Muitas das metodologias propostas para alocação dos custos das perdas nestas redes derivaram das metodologias usadas na alocação dos custos globais (não só das perdas) em redes de transporte. Por este motivo, a metodologia de trabalho envolve a procura de, por um lado adaptar metodologias existentes ao caso específico da alocação de custos de perdas e por outro a procura de novas metodologias para efectuar tal alocação. A consideração dos produtores em regime especial, tal como referido anteriormente, condiciona também a metodologia utilizada para abordar o problema, uma vez que a sua presença nas redes altera a condição de operação destas, conduzindo a uma nova dimensão este problema.
1.5 – Organização da Tese
A presente tese encontra-se dividida em 6 capítulos, incluindo este e o último onde são apresentadas as principais conclusões do trabalho desenvolvido e se formulam algumas propostas para trabalhos futuros.
No segundo capítulo efectua-se a classificação das perdas que ocorrem nas redes de distribuição, uma descrição do problema da alocação dos custos das perdas e descrevem-se os princípios julgados como fundamentais para a alocação ideal de perdas. Ainda nesse capítulo, analisam-se os regulamentos aplicáveis em Portugal e em especial a forma como as perdas são alocadas nas redes de distribuição portuguesas.
O terceiro capítulo aborda as metodologias de alocação de perdas e encontra-se fraccionado em três partes. Na primeira parte descrevem-se metodologias que permitem linearizar o trânsito de potências nos elementos de uma rede eléctrica. Neste âmbito são apresentados vários algoritmos que permitem tornar iguais os trânsitos de potência em ambas
as extremidades de cada elemento de uma rede eléctrica (linearização), sem que as perdas sejam desprezadas.
Na segunda parte desse capítulo, são descritas algumas metodologias existentes e outras propostas para alocação de custos de perdas aos consumidores ligados às redes de distribuição. Efectua-se ainda uma análise critica a cada uma das metodologias apresentadas.
A terceira e última parte desse capítulo contém a descrição e discussão de alguns métodos que permitem a alocação de custos de perdas aos produtores em regime especial ligados às redes de distribuição.
No capítulo quarto efectua-se uma análise comparada, dos diferentes métodos propostos. Efectua-se ainda a classificação dos métodos quanto aos princípios julgados ideais para uma alocação de perdas definidos no capítulo 2.
No capítulo quinto propõe-se uma metodologia para alocação das perdas em redes eléctricas de distribuição com produção em regime especial e avalia-se o seu comportamento face aos princípios para uma alocação de perdas ideal discutidos no capítulo 2. Ainda neste capítulo a metodologia proposta é aplicada a uma rede de distribuição de 15 kV para validar os seus resultados.
