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Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica : : Sessão Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica : : Sessão #7 : : Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor com aplicação à energia eólica Jorge de Sousa Professor Coordenador ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Webpage: pwp. net. ipl. pt/deea. isel/jsousa Sessão #7 | 26 Maio 2010 -1 -

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 -2 -

Enquadramento Externalidades e mercados ambientais § Externalidades são efeitos positivos ou negativos gerados pelas Enquadramento Externalidades e mercados ambientais § Externalidades são efeitos positivos ou negativos gerados pelas atividades de produção ou consumo de um agente económico e que atingem os demais agentes que não participaram dessa decisão. § Uma externalidade diz-se negativa quando gera malefícios para os demais agentes, como por exemplo uma fábrica que gera poluição atmosférica, afectando a comunidade próxima. § Uma externalizade diz-se positiva quando beneficia os demais agentes, como sejam os investimentos públicos em infra-estrutura e equipamentos ou os planos nacionais de vacinação. § Normalmente, cabe ao Estado criar ou estimular a instalação de atividades que constituam externalidades positivas, e impedir ou inibir a geração de externalidades negativas, podendo também ser criados mercados que permitam promover a internalização dessas externalidades. Sessão #7 | 26 Maio 2010 -3 -

Enquadramento Internalização de externalidades no sector eléctrico § Tarifários de remuneração regulados ü ü Enquadramento Internalização de externalidades no sector eléctrico § Tarifários de remuneração regulados ü ü Cogeração (DL nº 23/2010) ü § Energias renováveis (DL nº 225/2007) Microgeração (DL nº 363/2007) Mercados ambientais ü Certificados verdes ü Comércio de emissões de GEE Sessão #7 | 26 Maio 2010 -4 -

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 -5 -

Tarifa renováveis Tarifa final de energia eléctrica A tarifa de energia eléctrica inclui a Tarifa renováveis Tarifa final de energia eléctrica A tarifa de energia eléctrica inclui a remuneração das renováveis BT ≤ 1 k. V < MT ≤ 45 k. V < AT ≤ 110 k. V < MAT Sessão #7 | 26 Maio 2010 -6 -

Tarifa renováveis Contribuição na TEP e no UGS De que forma entra o custo Tarifa renováveis Contribuição na TEP e no UGS De que forma entra o custo das Energias Renováveis na Tarifa final ? Tarifa Energia e Potência Uso Global do Sistema UGS II Custo Médio de Produção em Regime Ordinário Sobrecusto Tarifa Renovável Sessão #7 | 26 Maio 2010 -7 -

Tarifa renováveis Decreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007 Cálculo da Tarifa Renovável • Tarifa renováveis Decreto-Lei nº 225/2007 e Decl. Rect. 71/2007 Cálculo da Tarifa Renovável • Aplicável à produção a partir de fontes renováveis. • Para as centrais eólicas, aplica-se aos primeiros 33 GWh entregues à rede por MW de potência atribuído até ao limite máximo de 15 anos a contar desde o início do fornecimento de electricidade à rede • A legislação define que 2, 5% das receitas provenientes da electricidade vendida são destinadas às autoridades municipais da região onde os aproveitamentos renováveis são efectuados Sessão #7 | 26 Maio 2010 -8 -

Tarifa renováveis Modulação ponta/cheia (pc) e vazio (v) Cálculo da Tarifa Renovável KMHO Coeficiente Tarifa renováveis Modulação ponta/cheia (pc) e vazio (v) Cálculo da Tarifa Renovável KMHO Coeficiente que modula os valores da parcela fixa, variável e ambiental em função do posto horário em que a electricidade tenha sido fornecida: pc - ponta e cheia; v - vazio Mini-Hídricas Restantes instalações KMHO PC 1, 25 KMHO V Sessão #7 | 26 Maio 2010 1, 15 0, 80 0, 65 -9 -

Tarifa renováveis Parcela fixa Cálculo da Tarifa Renovável Parcela Fixa Representa o custo de Tarifa renováveis Parcela fixa Cálculo da Tarifa Renovável Parcela Fixa Representa o custo de investimento evitado pela central renovável PF(VRD)m = 6, 8 x P 2 med/Pnom €/mês (potências em k. W) Sessão #7 | 26 Maio 2010 -

Tarifa renováveis Parcela variável Cálculo da Tarifa Renovável Parcela Variável Representa os custos de Tarifa renováveis Parcela variável Cálculo da Tarifa Renovável Parcela Variável Representa os custos de operação e manutenção evitados pela central renovável PV(VRD)m = 36 €/MWh Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 11 -

Tarifa renováveis Parcela ambiental Cálculo da Tarifa Renovável Parcela Ambiental Representa os custos de Tarifa renováveis Parcela ambiental Cálculo da Tarifa Renovável Parcela Ambiental Representa os custos de emissão de CO 2 evitados pela central renovável Valor de referência para o CO 2: 20 €/ton Central de referência: Ciclo Combinado PA(VRD)m = 7, 4 €/MWh Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 12 -

Tarifa renováveis Parâmetro específico de cada tecnologia Cálculo da Tarifa Renovável Z: Traduz as Tarifa renováveis Parâmetro específico de cada tecnologia Cálculo da Tarifa Renovável Z: Traduz as características específicas de cada tecnologia Tecnologia Eólica Mini-hídrica 4, 6 Pi ≤ 10 MW 10 < Pi ≤ 30 MW Fotovoltaica Z 4, 5 – 0, 075 x (Pi - 10) Pi ≤ 5 k. W 52 Pi > 5 k. W 35 Biomassa Florestal 8, 2 Biomassa Animal e Biogás 7, 5 Resíduos Sólidos Urbanos 9, 2 / 7, 5 /3, 8 Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 13 -

Tarifa renováveis Actualização temporal Cálculo da Tarifa Renovável IPCm-1: Índice de preços no consumidor, Tarifa renováveis Actualização temporal Cálculo da Tarifa Renovável IPCm-1: Índice de preços no consumidor, sem habitação, no continente, referente ao mês m-1 IPCref continente, referente ao mês anterior ao do início do fornecimento de electricidade à rede pela central renovável Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 14 -

Tarifa renováveis Perdas evitadas Cálculo da Tarifa Renovável LEV Representa as perdas na transmissão Tarifa renováveis Perdas evitadas Cálculo da Tarifa Renovável LEV Representa as perdas na transmissão evitadas pela central renovável e toma os seguintes valores: a) 0. 015 no caso de centrais com potência maior ou igual a 5 MW b) 0. 035 no caso de centrais com potência menor que 5 MW Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 15 -

Tarifa renováveis Valores indicativos por aplicação da tarifa FER / PRE €/MWh Hídrica (P≥ Tarifa renováveis Valores indicativos por aplicação da tarifa FER / PRE €/MWh Hídrica (P≥ 30 MW) 76 Hídrica (10 MW

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 17 -

Certificados verdes Conceitos Mercado de Energia Eléctrica Produção de E–FER Energia Eléctrica Certificado Verde Certificados verdes Conceitos Mercado de Energia Eléctrica Produção de E–FER Energia Eléctrica Certificado Verde Mercados Independentes Mercado de Certificados Verdes Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 18 -

Certificados verdes Conceitos 1 Certificado Verde 1 MWh de E-FER Tem a forma de Certificados verdes Conceitos 1 Certificado Verde 1 MWh de E-FER Tem a forma de um registo electrónico, numa base de dados centralizada Fontes de Energia renováveis autorizadas: – – – Sessão #7 | 26 Maio 2010 Eólica Solar Geotérmica Ondas e Marés Mini-hídrica (<10 MW) Biomassa (fracção biodegradável) - 19 -

Certificados verdes Princípio de funcionamento Preço Custo marginal das E-FER CE-FER PCV – Preço Certificados verdes Princípio de funcionamento Preço Custo marginal das E-FER CE-FER PCV – Preço marginal dos Certificados Verdes Pe Pe – Preço de mercado da energia eléctrica A Q Quantidade PCV = CE-FER – Pe Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 20 -

Certificados verdes Ciclo de vida Verificação e Registo Aceitação Sessão #7 | 26 Maio Certificados verdes Ciclo de vida Verificação e Registo Aceitação Sessão #7 | 26 Maio 2010 Produção Emissão Transação Resgate - 21 -

Certificados verdes Intervenientes no sistema ÷ Produtor de E-FER ÷ Agente Emissor - IB Certificados verdes Intervenientes no sistema ÷ Produtor de E-FER ÷ Agente Emissor - IB ÷ Associação de Agentes Emissores - AIB ÷ Agente de Verificação/Acreditação ÷ Operador de Mercado ÷ Comerciante Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 22 -

Certificados verdes Sistema europeu - RECS Renewable Energy Certificate System Organização internacional que visa Certificados verdes Sistema europeu - RECS Renewable Energy Certificate System Organização internacional que visa estabelecer um sistema de certificados verdes fiável e eficiente na Europa Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 23 -

Certificados verdes Alguns países com sistema implementado ÷ Holanda ÷ Itália ÷ Áustria ÷ Certificados verdes Alguns países com sistema implementado ÷ Holanda ÷ Itália ÷ Áustria ÷ Bélgica ÷ Dinamarca ÷ Suécia ÷ Reino unido Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 24 -

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 25 -

Protocolo de Quioto Efeito de estufa Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 26 Protocolo de Quioto Efeito de estufa Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 26 -

Protocolo de Quioto Principais elementos do PQ Identifica GEE e as respectivas fontes: • Protocolo de Quioto Principais elementos do PQ Identifica GEE e as respectivas fontes: • • • Dióxido de carbono (CO 2); Metano (CH 4); Protóxido de azoto (N 2 O); Hidrofluorocarbonos (HFC); Hidrocarbonetos perfluorados (PFC); Hexafluoreto de enxofre (SF 6). Estabelece metas prazos para reduções nas emissões de GEE: • Redução de 5% das emissões em 1990 para período 2008 -2012 • Europa – Compromisso de redução de 8% Incentiva a cooperação internacional mas sublinha a importância das medidas domésticas para reduzir emissões Cria mecanismos de flexibilidade, capazes de possibilitar as reduções de emissões de forma economicamente eficiente: • IC - Implementação conjunta (JI) • MDL - Mecanismos de Desenvolvimento Limpo (CDM) • CELE - Comércio Europeu de Licenças de Emissão (EU ETS) Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 27 -

Protocolo de Quioto Metas nacionais Alemanha -21. 0% Áustria -13. 0% Bélgica -7. 5% Protocolo de Quioto Metas nacionais Alemanha -21. 0% Áustria -13. 0% Bélgica -7. 5% Chipre Dinamarca 0. 0% -21. 0% Eslováquia GEE 1990 2008 -5% a 2012 -8. 0% Eslovénia -8. 0% Espanha Estónia 15. 0% -8. 0% Finlândia 0. 0% França 0. 0% Grécia 25. 0% Holanda -6. 0% Hungria -6. 0% Irlanda 13. 0% Itália -6. 5% Letónia Lituânia GEE 1990 -8% 2008 a 2012 -8. 0% Luxemburgo -28. 0% Malta 0. 0% Polónia -6. 0% Portugal Reino Unido República Checa Suécia Sessão #7 | 26 Maio 2010 27. 0% -12. 5% -8. 0% 4. 0% - 28 -

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 29 -

Exemplo de aplicação Integração de fontes renováveis não despacháveis § A crescente integração de Exemplo de aplicação Integração de fontes renováveis não despacháveis § A crescente integração de energias renováveis no sistema electroprodutor, em particular a energia eólica, contribui positivamente para o cumprimento dos objectivos nacionais em termos energéticos e ambientais. § Para que esse contributo seja o mais efectivo possível é necessário harmonizar a contribuição das energias não despacháveis, como seja a energia eólica, por forma a maximizar a sua integração mantendo a desejada segurança do sistema. § Uma das formas de compatibilizar a produção não despachável com o consumo e a restante produção do sistema é a inclusão de algum tipo de armazenamento, sendo o mais exequível o obtido através de centrais de hídricas com bombagem. § O estudo da integração de energia eólica num sistema eléctrico dotado de bombagem é o objectivo deste módulo para o que se utiliza o GAMS como plataforma de simulação. Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 30 -

Exemplo de aplicação Eólica, térmica e hídrica com bombagem Considere uma central térmica (t) Exemplo de aplicação Eólica, térmica e hídrica com bombagem Considere uma central térmica (t) e uma central hídrica (h) com as seguintes características: Ct(Pt) = 5. 25 + 12 Pt + 0. 125 Pt 2 [€/h] ; 0 ≤ Pt ≤ 200 [MW] Qh(Ph) = 3 Ph [km 3/h] ; 0 ≤ Ph ≤ 70 [MW] A central hídrica é reversível sendo o rendimento do ciclo de bombagem de 2/3 e a potência máxima de bombagem de 10 MW. Pretende-se determinar o perfil óptimo de operação deste sistema hidrotérmico reversível, com produção eólica, de forma a satisfazer o seguinte diagrama de carga: Hora Carga [MW] Eólica [MW] 1 50 90 2 55 70 3 110 20 4 180 30 Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 31 -

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 32 -

Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (1/4) * COORDENACAO HIDROTERMICA com BOMBAGEM Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (1/4) * COORDENACAO HIDROTERMICA com BOMBAGEM com um grupo termico e * um grupo hidrico reversível e com producao EOLICA * SETS j indice dos periodos de tempo /1*4/ g indice dos geradores t: termico h: hidrico b: bombagem /T, H, B/ TABLE Gen(g, *) caracteristicas dos grupos geradores PMIN PMAX a b c * (MW) (€/h) (€/MWh 2) T 0 200 5. 25 12 0. 125 * (MW) (m 3/h) (km 3/MWh) H 0 70 0 3 B -10 0 0 2 ; Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 33 -

Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (2/4) TABLE Load(j, *) diagrama de Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (2/4) TABLE Load(j, *) diagrama de carga e producao eolica D E * Carga Eolica * (MW) 1 50 90 2 55 70 3 110 20 4 180 30 ; SCALAR Vh volume de agua disponivel para turbinamento /0/; VARIABLES Custo funcao objectivo: custo total de producao P(g, j) potencia do gerador g no periodo t Corte(j) corte de potencia eolica no periodo t ; POSITIVE VARIABLE Corte(j); Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 34 -

Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (3/4) EQUATIONS EQCUSTO equacao da funcao Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (3/4) EQUATIONS EQCUSTO equacao da funcao objectivo custo total PMAXLIM(g, j) equacao de portencia maxima PMINLIM(g, j) equacao de portencia minima BALANCE(j) equacao do balanco entre a producao e consumo ENRGHID equacao de energia hidrica disponivel BOMBTURB(j) equacao para nao bombar e turbinar em simultaneo ; EQCUSTO. . Custo =e= SUM(j, Gen('T', 'a')+Gen('T', 'b')*P('T', j) + Gen('T', 'c')*Power(P('T', j), 2) + 1 e 4*Corte(j)); PMAXLIM(g, j). . P(g, j) =l= Gen(g, 'PMAX'); PMINLIM(g, j). . P(g, j) =g= Gen(g, 'PMIN'); BALANCE(j). . SUM(g, P(g, j)) =e= Load(j, 'D') - Load(j, 'E') + Corte(j); ENRGHID. . Vh =g= SUM(j, Gen('H', 'a')+Gen('H', 'b')*P('H', j) + Gen('B', 'a')+Gen('B', 'b')*P('B', j)); BOMBTURB(j). . P('H', j)*p('B', j) =e= 0; MODEL Eolica /ALL/; Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 35 -

Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (4/4) SOLVE Eolica USING nlp MINIMIZING Modelação e simulação em GAMS Programação em GAMS (4/4) SOLVE Eolica USING nlp MINIMIZING Custo; PARAMETERS Custo. Total custo total de producao Et energia produzida pela central termica Eh energia produzida pela central hidrica (turbinamento - bombagem) Cm(j) custo marginal da central termica Cm_rend(j) custo marginal da central termica corrigido pelo rendimento ; Custo. Total = Custo. l - SUM(j, 1 e 4*Corte. l(j)); Et = SUM(j, P. l('T', j)); Eh = SUM(j, P. l('H', j) + P. l('B', j) ); Cm(j) = Gen('T', 'b')+2*Gen('T', 'c')*P. l('T', j); Cm_rend(j) = Cm(j)*Gen('B', 'b')/Gen('H', 'b'); Display P. l, Corte. l, Custo. Total, Et, Eh, Cm_rend; Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 36 -

Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Agenda § Enquadramento § Tarifa renováveis § Certificados verdes § Protocolo de Quioto § Exemplo de aplicação § Modelação e simulação em GAMS § Exercícios de aplicação em GAMS Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 37 -

Exercícios de aplicação em GAMS 1. Para o exemplo apresentado determine o perfil óptimo Exercícios de aplicação em GAMS 1. Para o exemplo apresentado determine o perfil óptimo de produção e indique: o custo total de produção, a energia produzida pela central térmica, a energia líquida produzida da central hídrica, o corte de energia eólica e o custo marginal da central térmica. 2. Dimensione a potência de bombagem que evita o corte da produção eólica. 3. Determine a potência de bombagem que permite a obtenção de um custo total de produção mínimo (integra toda a eólica e optimiza a produção térmica). 4. Calcule o custo total de produção nas seguintes condições: a) Sem produção eólica e sem bombagem b) Com produção eólica e sem bombagem c) Sem produção eólica e com bombagem (do ponto 3. ) d) Com produção eólica e com bombagem (do ponto 3. ) Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 38 -

Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica : : Sessão Formação Galp Energia Modelação e Simulação de Mercados de Energia Eléctrica : : Sessão #7 : : Modelação e integração de fontes de produção não despacháveis no sistema electroprodutor com aplicação à energia eólica Jorge de Sousa Professor Coordenador ISEL - Instituto Superior de Engenharia de Lisboa Webpage: pwp. net. ipl. pt/deea. isel/jsousa Sessão #7 | 26 Maio 2010 - 39 -