Internal Processes and Functioning

Neste capítulo, será efectuada uma revisão do estado actual dos estudos de análise da adequação da cobertura, na literatura científica e nas publicações disponibilizadas pelo meio industrial, sendo indicados alguns padrões de referência utilizados internacionalmente para o índice LOLE. Será ainda apresentado um conjunto de regras e de metodologias utilizadas para a determinação dos níveis adequados de reserva operacional, adoptadas por diversos operadores de sistemas em vários países da Europa, do Brasil e dos EUA. Pretende-se assim providenciar uma visão geral sobre o estado da arte e a situação internacional destas metodologias, tendo em conta, por um lado, os mais recentes estudos de investigação realizados pela comunidade científica e, por outro lado, as práticas adoptadas pelas empresas do sector eléctrico.

Importa salientar que o estado da arte apresentado ao longo deste capítulo não encontra correspondência exacta com o domínio científico de alguns dos trabalhos que serão apresentados nos restantes capítulos da presente dissertação. Com efeito, tendo os estudos efectuados pelo autor resultado da necessidade de adaptar os trabalhos conducentes à presente dissertação ao desenvolvimento do Projecto Reservas, a multiplicidade dos temas abordados na sua realização ultrapassa o contexto dos assuntos mencionados no parágrafo anterior. Esta situação justifica-se pelo facto de alguns dos estudos que serão apresentados em capítulos posteriores se basearem em abordagens novas ou recentes, havendo poucos estudos semelhantes publicados na literatura científica internacional. Assim, o conteúdo do presente capítulo cinge-se exclusivamente aos temas documentados na literatura científica no âmbito da análise da adequação dos sistemas eléctricos e pelo meio industrial no que respeita ao estabelecimento de regras para a quantificação dos volumes de reserva operacional.

Em termos de análise da cobertura dos sistemas eléctricos, foram realizados diversos trabalhos desde o final dos anos quarenta do séc. XX, estando disponíveis artigos, livros e outras publicações relacionadas com esta área. Não obstante, a incorporação destes métodos nos processos de decisão das empresas do sector eléctrico é relativamente recente, não havendo uma metodologia adoptada universalmente pela maioria dos operadores de sistema. Neste contexto, será apresentada uma explanação

genérica da metodologia utilizada pela UCTE1 (Union for the Co-ordination of

Transmission of Electricity) para a caracterização da adequação dos sistemas

electroprodutores dos seus estados membros. Serão também indicados alguns valores de referência para o índice LOLE, utilizados como padrão para a segurança de abastecimento em diversos países dos continentes europeu e americano.

No que respeita à análise reserva operacional, verifica-se a existência de um menor número de publicações na literatura científica, em especial no âmbito da integração da produção eólica. Da parte dos operadores de sistema, as necessidades de reserva operacional nas suas áreas de controlo são geralmente calculadas através de regras determinísticas ou seguindo uma recomendação empírica da UCTE que não leva em conta os efeitos decorrentes da variabilidade da produção eólica. Ao longo deste capítulo, serão apresentadas algumas dessas regras, utilizadas pelos operadores de sistema em diversos países da Europa e nalguns estados dos EUA para determinar os níveis adequados de reserva operacional dos seus sistemas electroprodutores. As recomendações dos grupos de trabalho da UCTE foram utilizadas como base do estudo.

A quantificação da disponibilidade de reserva operacional reveste-se de uma grande importância no contexto da segurança de abastecimento dos sistemas de produção de energia eléctrica contemporâneos [61]. Esta situação deve-se ao aumento da incerteza associada à operação destes sistemas devido, por um lado, à transição da organização tradicional do sector eléctrico baseada numa estrutura verticalmente integrada para um ambiente de mercado e, por outro lado, devido ao aumento recente da produção de carácter intermitente, em especial da produção eólica.

O crescimento rápido dos níveis de penetração da energia eólica a que se tem assistido nos últimos anos nalguns sistemas eléctricos da Europa, tem vindo a exigir a adopção de novas filosofias de planeamento e a implementação de novas metodologias que permitam incorporar os efeitos da variabilidade da produção eólica no processo de quantificação do aumento dos volumes de reserva operacional [62]. Uma vez que a produção eólica só pode substituir as centrais convencionais de produção até uma determinada percentagem da carga, dada a sua dependência das condições de disponibilidade do vento, apenas pode assegurar a satisfação de uma pequena parcela

1 _{A UCTE é o organismo responsável pela coordenação da operação e pelo desenvolvimento/expansão}

das redes de transmissão de diversos estados europeus, desde Portugal à Polónia e desde a Holanda até à Roménia e Grécia, sendo constituída por 24 estados membros, nos quais se incluem Espanha e Portugal.

dos consumos [63]. Não é por isso possível utilizar a produção eólica para fornecer energia eléctrica aos consumidores de uma forma contínua, fiável e segura, sem recorrer ao apoio das unidades de produção convencional (térmicas e hídricas) [64].

A quantidade de reserva operacional necessária pode ser determinada utilizando métodos determinísticos ou métodos probabilísticos. Os métodos determinísticos baseiam-se na satisfação de um critério de fiabilidade definido a priori, e.g. garantir que o fornecimento de energia eléctrica aos consumidores não é interrompido na eventualidade da saída de serviço da maior unidade de produção do sistema, ou estabelecer um valor para a percentagem de reserva em função do maior nível de carga previsto, ou ainda definir o valor da reserva com base num cenário especial que represente as condições mais desfavoráveis de operação do sistema [65].

Em termos da sua formulação matemática e implementação prática, os métodos determinísticos de quantificação da reserva operacional são relativamente simples. Todavia, não capturam toda a diversidade de situações que podem ocorrer no contexto da exploração do sistema eléctrico, apresentando diferenças importantes do ponto de vista do tratamento das questões relacionadas com a perda de carga e, sobretudo, não reflectindo a natureza estocástica do comportamento do sistema eléctrico [66].

Os métodos probabilísticos são mais complexos, envolvendo geralmente a estimativa da probabilidade de ocorrência de perda de carga para diferentes configurações do parque de produção, efectuada a partir de dados históricos da disponibilidade dos diferentes grupos. Neste caso, a quantificação do volume de reserva operacional necessária é efectuada recorrendo ao cálculo de índices de fiabilidade, como a probabilidade de perda de carga (LOLP) ou a potência esperada não fornecida (EPNS). Estes índices são utilizados como indicadores da performance global do sistema e, em conjunto com considerações de ordem técnica e restrições de carácter económico, permitem quantificar níveis adequados de reserva operacional [67].