2.4.1
Generalidades
Como o consumo de energia elétrica tem vindo a aumentar, de forma gradual, é de extrema importância satisfazer os consumos com uma elevada fiabilidade e qualidade de serviço. Na exploração do Sistema Elétrico de Energia, SEE, é necessário garantir a segurança de toda a operação, sendo que isto pressupõe a alimentação das cargas de forma contínua e com os valores de grandezas como os valores de tensão e frequência dentro de gamas ditas normais, de maneira a garantir que os equipamentos dos consumidores funcionam corretamente e sem problemas . Os centros de controlo (TSO) têm como função principal a supervisão do estado do sistema elétrico, de modo a garantir esse mesmo objetivo [10]. A frequência relaciona-se com o equilíbrio entre a produção e o consumo de potência ativa em cada intervalo de tempo. A título exemplificativo, se se considerar uma rede isolada compostas por um gerador ligado a uma carga, onde não são consideradas perdas no sistema, a equação do balanco energético é dada por (2.8) [2].
𝑃A− 𝑃)=
𝑑𝑊:*D
𝑑𝑡 (2.8)
Nesta formulação:
• 𝑃A – potência mecânica fornecida pela máquina primária ao gerador;
• 𝑃) – potência de carga;
• 𝑊:*D – energia cinética das massas girantes.
Assim, a equação da energia cinética das massas girantes é dada por (2.9), em que 𝐼 corresponde ao momento de inércia e w representa a velocidade angular [2].
𝑊:*D=
1
2× 𝐼 × 𝜔J (2.9)
Deste modo, conclui-se que a energia cinética é proporcional ao quadrado da velocidade angular, 𝜔 = 2𝜋𝑟, e, por isso, também é proprorcional à frequência, sendo 𝑟 o raio. Caso ocorra um desequilíbrio entre as potências produzida e de carga ocorrerá, também, uma variação de energia o que implica um incremento ou decréscimo da velocidade/frequência, tendo em conta o sinal de desequilíbrio [10]. Devido a esta situação juntamente com as dificuldades de armazenamento de energia, torna-se crucial manter o equilíbrio entre a produção e o consumo recorrendo-se então a diversos tipos de reservas [10].
Em relação à tensão, esta grandeza também é sujeita a controlo, apesar de o seu controlo não ser minucioso como se verifica com a frequência, uma vez que esta grandeza está fortemente relacionada com o controlo da energia reativa, visto que grande parte da energia é transmitida a nível da rede de transmissão. A manutenção dos valores da tensão dentro de uma gama de valores
Mercados de Eletricidade 18
aceitáveis nos terminais dos equipamentos é de extrema importância, de modo a prevenir eventuais danos e piores desempenhos destes. Além disso, é necessário reduzir o trânsito de potência reativa nas redes, reduzindo as perdas e maximizando a capacidade de transferência de energia ativa [2].
Os Serviços de Sistema são responsáveis por garantir a qualidade, a fiabilidade e a segurança do fornecimento de energia elétrica e incluem o controlo de frequência e potência ativa, o controlo de tensão e potência reativa e o blackstart. Os Serviços de Sistema podem ser negociados em mercados específicos, podem ser negociados recorrendo a contratos bilaterais ou podem ser considerados obrigatórios, isto é, por exemplo, os agentes produtores podem ser obrigados a disponibilizar alguns desses serviços como condição para participarem no mercado [2][3].
2.4.2
Controlo da Frequência e Reservas da Potência Ativa
O controlo da frequência e dos serviços referentes às reservas de potência ativa são assegurados pelas centrais e pela própria rede de transporte. Estes serviços estão relacionados com diferentes tipos de controlo: controlo primário, controlo secundário e controlo terciário [11].
Na Europa, a ENTSO-E, European Network of Transmission System Operators of Electricity, reúne os TSO da União Europeia, bem como de outras rede ligadas a esta, deparando-se com diversas questões técnicas e de mercado, de forma a promover o desenvolvimento das interligações europeias. Assim, a ENTSO-E fixou diversos critérios relacionados com os serviços de sistema, tais como a distinção dos diversos tipos de reserva, a sequência em que são ativados e o seu tempo de resposta, como é possível verificar na Figura 2.11 [3].
Figura 2.11 - Mecanismo de ativação das reservas após a ocorrência de uma perturbação [6]
A reserva primária corresponde à primeira responda aquando da ocorrência de determinada perturbação no sistema, sendo ativada no espaço de alguns segundos após a mesma. Esta relacionada com uma resposta automática local das entidades produtoras a variações rápidas de carga. Todavia, estas respostas são, normalmente, insuficientes para que a frequência retorne ao seu valor nominal. Caso ocorra uma perturbação que origine um desvio de frequência, é ativado o controlo primário
Ativação do controlo de reserva primária
Ativação do controlo de reserva secundária
Ativação programada do controlo de reserva terciária
Controlo de reserva terciária diretamente ativado
Serviços de Sistema 19
pelos reguladores de velocidade dos geradores, atuando a nível das máquinas sincronizadas com o sistema elétrico em causa com capacidade de controlo local, antes que o desvio de frequência seja superior a 50 mHz. Na Europa, a ENTSO-E especifica uma potência de reserva primária total de 3000 MW, alocada pelas diferentes áreas de controlo [3][12].
A reserva secundária é controlada, diretamente, pelo Operador de Sistema devendo ser ativada até 30 segundos após a ocorrência da perturbação, depois da ação da reserva primária ter terminado, devendo estar completamente disponível ao final de 15 minutos. É ativada pelo Automatic Generation Control, AGC, que envia a informação automaticamente e está associado ao controlo zonal da frequência e controlo de intercâmbios de potência entre áreas de controlo [3][11][12].
Por último, a reserva terciária é a última a ser acionada, ocorrendo, por norma, de forma não automática e deverá cobrir a maior perda de potência esperada no sistema. É determinada pelo Operador de Sistema recorrendo ao arranque de grupos geradores ou acionando programas de importação [3][12].
2.4.3
Controlo da Tensão e da Potência Reativa
O controlo de tensão e potência reativa deverá assegurar a manutenção do módulo das tensões nos nós da rede dentro dos limites admissíveis. Este é realizado de maneira menos centralizada relativamente ao controlo da frequência e potência ativa e é realizado nas centrais, recorrendo à utilização de equipamentos da rede, bem como nos próprios locais de consumo. Pode ser organizado em dois tipos: serviço obrigatório, que se refere à regulação automática da tensão, sendo relacionado com o funcionamento dos reguladores de tensão; serviço remunerado, que corresponde ao controlo da tensão e potência reativa, sendo regido pelo Operado de Sistema que define as quantidades de energia a produzir ou absorver por cada unidade envolvida. O mais usual é este serviço ser obrigatório e não remunerado, de modo a que a operação dos sistemas elétricos seja a mais adequada [3][7][11].
2.4.4
Blackstart
O blackstart é um serviço do sistema que é fornecido por máquinas que possuem a capacidade de ser energizadas sem se encontrarem ligadas ao sistema elétrico, de modo a que, caso ocorra interrupção, sejam capazes de restabelecer o fornecimento de energia de modo eficaz, rápido e seguro. Este serviço é fornecido por um pequeno número de geradores e permite, de certo modo, energizar, de novo, e de forma gradual, o sistema elétrico, sendo que as sequências de reposição de serviço, por norma, são analisadas e validades pelo ISO/TSO. Logo, o sistema possuí a capacidade de passar do estado não operacional para o estado operacional sem precisar de recorrer a outra rede [3][7][11].
2.4.5
Diretivas Europeias
No panorama da criação do Mercado Interno da Eletricidade, a Comissão Europeia tem publicado, ao longo dos tempos, diversas Diretivas nesse sentido. No ano de 1996, a União Europeia era composta por 15 estados-membros que apresentavam organizações distintas dos seus setores elétricos, como, por exemplo, estruturas verticalizadas e desverticalizadas, públicas e privadas, entre outras.
Mercados de Eletricidade 20
A Diretiva Europeia 96/92/CE, publicada no dia 19 de dezembro de 1996, com entrada em vigor a 19 de fevereiro de 1999, aborda diversos temas relacionados com a estrutura do setor elétrico, estabelecendo regras relativas à produção de energia elétrica, exploração da rede de distribuição e da rede de transmissão, especificação e transparência da contabilidade e organização do acesso à rede [1].
No que diz respeito à produção de energia, foi estabelecido no artigo 4 da Diretiva Europeia 96/92/CE que “para efeitos de construção de novas instalações de produção, os estados-membros podem optar entre um sistema de auto- fixação e /ou um sistema de adjudicação por concurso, devendo tanto as autorizações como os concursos processar-se segundo critérios objetivos, transparentes e não discriminatórios” [13].
Analogamente em relação à especificação e transparência da contabilidade, o artigo 13, da mesma Diretiva, assinala que “os estados-membros ou qualquer entidade competente que designarem, têm o direito de acesso à contabilidade das empresas de produção, transporte ou distribuição cuja consulta seja necessária para a sua missão de controlo”. Além disso, no número 3 do artigo 14 indexava-se ainda que “as empresas de eletricidade integradas manterão, na sua contabilidade interna, contas separadas para as suas atividades de produção, transporte e distribuição e, se necessário, contas consolidadas para outras atividades não diretamente ligadas ao sector da eletricidade” [13].
Relativamente as condições do acesso às redes, o artigo 16 referia que “para efeitos da organização do acesso à rede, os estados-membros podem optar entre os sistemas previstos no artigo 17 e/ou no artigo 18.”. Por sua vez, no artigo 17 indicava que “os estados-membros tomarão as medidas necessárias para que os produtores e, caso os estados-membros autorizem a sua existência, as empresas fornecedoras de eletricidade e os clientes elegíveis, dentro e fora do território abrangido pela rede, possam negociar entre si um acesso à rede que lhes permita celebrar contratos de fornecimento na base de acordos comerciais voluntários”. Ainda, no artigo 18 verifica-se que “no caso do sistema de comprador único, os estados-membros designarão uma pessoa coletiva como comprador único no território coberto pelo operador da rede” [13]. No que concerne à exploração da rede de transporte, o Operador da Rede de Transmissão, TSO, Transmission System Operator, torna- se obrigatório, sendo da sua responsabilidade a exploração, manutenção e expansão das redes e interligações, garantindo, assim, a segurança do todo o sistema [1].
Posto isto, a Comissão Europeia apresentou uma proposta de alteração à Diretiva 96/92/CE, com o principal intuito de promover a abertura do mercado interno de eletricidade e do gás natural, nascendo, assim, a Diretiva 2003/54/CE, publicada no dia 26 de junho de 2003 [2]. Esta diretiva estabelece a independência do Operador de Sistema de transporte relativamente às entidades produtoras, distribuidoras e comercializadoras, o que implica que todos os consumidores industriais e comerciais tenham a possibilidade de escolha do seu fornecedor de energia a partir de 1 de julho de 2004, sendo que a partir de 1 de julho de 2007, o direito compreende, também, todos os consumidores. Além disso, foi identicamente determinada a criação de entidades reguladoras independentes do setor elétrico, de maneira a garantirem a proteção dos consumidores e impulsionarem uma concorrência eficaz [2][14].
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Por último, no dia 13 de julho de 2009, foi publica a Diretiva 2009/72/CE, que ainda se encontra em vigor. Esta estabelece medidas relacionadas com o gás natural, mas também institui novas medidas relacionadas com a implementação do Mercado Interno de Eletricidade, sendo que o artigo 9 frisa que “Cada empresa proprietária de uma rede de transporte aja como operador da rede transporte” [15]