08 FGV-Operação Sistema Elétrico-Aula Nr3 1

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MBA do Setor Elétrico
Brasileiro
ÁREA:
Comercialização de Energia Elétrica
DISCIPLINA:
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
PROFESSOR:
Saulo José Nascimento Cisneiros
1
MBA do Setor Elétrico
Brasileiro
TEMA:
Garantia do Atendimento Energético
2
113
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
“ÁGUA E ENERGIA 
SÃO BENS COMUNS
E DE TODOS”
3
Principais Características do SIN
 Dimensão Continental
 Predominante hidroelétrico com grandes usinas distantes 
dos centros de carga:
 Capacidade instalada de geração: 63%
 Produção anual depende das afluências
 Longas linhas de transmissão
 Números atuais: 
 Capacidade instalada de geração: > 172.000 MW
 Extensão linhas de transmissão >= 230 kV: > 145.000 km
Integração de novas fontes
 Grandes usinas a fio d’água na região amazônica
 Inserção das fontes intermitentes
4
114
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
O Critério de Garantia do Suprimento
Resolução CNPE No 01/2004 - Art 2º:
“O risco de insuficiência de oferta de energia 
elétrica no Sistema Interligado Nacional – SIN 
não poderá exceder 5% em cada um dos 
subsistemas que o compõem.”
“Equilíbrio Estrutural (Expansão) é condição necessária,
mas não suficiente para Equilíbrio Conjuntural 
(Operação)”
A expansão do sistema é feita 
com um risco intrínseco de déficit, o que pode 
afetar, no futuro, a operação do SIN 
5
O grande objetivo comum de todos nós 
é: ninguém quer nem aceita um 
racionamento de energia, pois o seu 
custo econômico e social é bastante alto 
para toda sociedade
O custo econômico direto do de 2001 foi 
calculado em R$45,2 bilhões pelo TCU
O Grande Objetivo Comum 
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115
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Garantia do Atendimento Energético
A sociedade não quer nem aceita um racionamento de energia, 
em face dos seus altos custos econômicos e sociais 
A expansão do sistema é feita com um risco intrínseco de déficit, 
pois ficaria extremamente oneroso planejar a expansão do 
parque de geração para um risco de déficit nulo 
Na fase de operação tem-se a responsabilidade de evitar este 
déficit através de ações mitigadoras
Essas ações têm custos que dependem de vários fatores
Quanto menor for o risco intrínseco de déficit da expansão, 
maiores serão os custos de expansão e menores os custos de 
operação, e vice-versa
Qual é o risco de déficit ótimo da expansão que produz os 
menores custos totais de atendimento ao mercado? 
7
O setor elétrico tem a responsabilidade de 
garantir o atendimento energético através de 
ações de longo, médio e curto prazo
As ações de longo e médio prazo da expansão são 
concretizadas através dos Leilões de Energia
 Leilões de Energia Nova – LEN com 
antecedência de 4 e de 6 anos
 Leilões de Transmissão
Garantia do Atendimento Energético
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116
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
As ações de curto e médio prazo da operação têm 
como base estratégias especiais para maximizar 
os níveis dos reservatórios em função das 
afluências
As ações de curto e médio prazo da operação têm 
como base estratégias baseadas em: 
 Aplicação da metodologia CVaR a partir de 
setembro/2013 – curto prazo
 Ações de Segurança – médio prazo
Garantia do Atendimento Energético
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Os níveis de armazenamento e 
as afluências aos reservatórios 
são determinantes para a 
segurança do atendimento
Para superar estiagens 
deve se utilizar estratégias 
especiais de operação
A expansão da Geração e 
Transmissão é preponderante 
para aumentar a segurança do 
atendimento
Propostas ao MME / CMSE / 
EPE de providências para 
aumentar a margem de 
segurança
Estoque de Segurança
Ações de Segurança
Curto Prazo
1º ano 2º ano 3º ano 4º ano 5º ano
Foco no 1º e 2º anos Foco no 3º, 4º e 5º anos
Médio Prazo
Estratégias de Operação
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117
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
CVaR (Conditional Value at Risk)
A partir do Programa Mensal da Operação de setembro de 2013 
foi oficialmente implantado o CVaR
O CVaR é um mecanismo de aversão a risco que tem por 
objetivo uma operação energética mais segura
O CVaR substituiu a Curva de Aversão a Risco (CAR) e os 
Procedimentos Operativos de Curto Prazo (POCP)
Com ela, o custo de operação médio das diversas possibilidades 
de afluência (cenários) utilizadas para a decisão de despacho 
hidrotérmico é calculado considerando uma ponderação, na qual 
os cenários de custo mais elevados recebem maior peso
Assim, de forma a se precaver contra esses cenários, o processo 
de otimização define um maior despacho térmico com vistas a 
proporcionar maior segurança energética
11
CVaR (Conditional Value at Risk)
12
118
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Em função da característica da oferta e da gradual perda de 
regularização é imprescindível, para a garantia do atendimento 
do ano seguinte, dispor-se de estratégia que possibilite atingir 
um estoque de segurança nos reservatórios ao final do período 
seco do ano em curso: Nível Meta de Armazenamento ao Final 
de Novembro.
A definição desse Nível Meta é função do critério de segurança 
desejado, ou seja: 
Para qual afluência crítica no período DEZ/1º ano – ABR/2º ano
se quer garantir o atendimento do ano seguinte?
Objetivo do Estoque de Segurança
(Vigorou de JAN/2008 a SET/2013, quando foi substituído pelo CVaR)
13
No período ABR/NOV, caso necessário, serão adotados 
procedimentos operativos – intercâmbios entre 
subsistemas e antecipação de geração térmica – para 
atingir o nível meta desejado em novembro do 1º ano 
buscando o aumento da garantia do atendimento no 2º ano.
Fev/1ºAno Nov/1ºAno Abr/2ºAno Nov/2ºAno
NSPS
10%
NSPU
Nível 
Meta 
(%EAR)
Afluência 
selecionada para o 
critério de segurança 
desejado – DEZ/ABR
N1 Pior do histórico
N2 2ª pior do histórico
Nc CAR
Nível verificado 
Final FEV
Verificado 
Final JAN
Jan/1ºAno
Série de Referência
Procedimentos Operativos de Curto Prazo – Nível Meta
(Vigorou de JAN/2008 a SET/2013, quando foi substituído pelo CVaR)
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119
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Substituição do CVAR por Curva de Níveis Meta
O CMSE aprovou na reunião mensal realizada no dia 
04.12.19 metodologia que vai auxiliar a avaliação da 
necessidade do acionamento de usinas termelétricas fora 
da ordem de mérito.
Ela estabelece um cenário hidrológico de referência, com 
uma curva bianual que será definida de forma a garantir 
que ao final do segundo ano (no caso, 2021) haverá um 
armazenamento mínimo de:
• 10% nos reservatórios do Sudeste/Centro-Oeste; 30% 
no Sul e 22,5% no Nordeste.
• Na região Norte, será utilizada a curva referencial de 
armazenamento estimada para a hidrelétrica de 
Tucuruí.
15
Segundo o CMSE, “a curva não terá caráter determinativo, 
mas trará maior transparência à tomada de decisão quanto 
à eventual necessidade de despacho térmico adicional.”
Em nota divulgada no dia 05.12.19, o Comitê informou que a 
opção pela curva de dois anos vai permitir a busca de 
condições de armazenamento que garantam o suprimento 
adequado num horizonte maior de tempo, com o 
acoplamento entre os meses iniciais e finais 
(dezembro/janeiro) para o ano seguinte.
O cenário de referência vai utilizar as médias mensais de 
vazões dos cinco anos mais críticos nos últimos 20 anos.
A curva será atualizada a cada ano pelo Operador Nacional 
do Sistema Elétrico.
Substituição do CVAR por Curva de Níveis Meta
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120
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Garantia do Atendimento Energético
 As ações mitigadoras de curto prazo têm custos que 
dependem:
 do valor do risco de déficit da expansão
 do custo da geração térmica
 da garantia do atendimento energético definida para o 
médio e curto prazos
 das afluências aos reservatórios
 da capacidade de regularização dos reservatórios
 Os custos associados à segurança energética no médio e 
curto prazos estão expressos em encargos, que 
representam a garantia requerida para atendimento ao 
mercado
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Desafios Causados pelas Novas Fontes
e Demandas Ambientais18
121
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
 Novas e grandes hidroelétricas localizadas 
distantes dos grandes centros de carga, exigindo 
extensos sistemas de transmissão para o 
transporte de grandes blocos de energia no período 
chuvoso e pequenos montantes nos períodos 
secos
 Essas novas hidroelétricas com grande capacidade 
de produção no período chuvoso, sem reservatório 
de acumulação, e baixa produção no período seco, 
propiciam uma acentuada sazonalidade da oferta
 Aumento considerável das fontes renováveis não 
convencionais, em especial a Energia Eólica
Características da Oferta Futura
19
As demandas ambientais tem provocado 
restrições para construção e operação de 
usinas hidráulicas
A capacidade total dos reservatórios está 
sendo mantida enquanto que a carga cresce 
em média 5% ao ano
Desta forma a energia armazenada nos 
reservatórios em relação a carga total tem se 
reduzido a cada ano
Impactos das Demandas Ambientais
20
122
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Características do Parque Hidráulico
Redução gradativa da regularização plurianual 
Capacidade de Regularização = Energia total 
armazenada nos reservatórios (EARmax) / Carga 
Total Mensal de Energia Elétrica (Carga)
21
A queda de regularização do SIN devido a restrições 
ambientais causa as seguintes consequências: 
 Maior dependência do período úmido das bacias do 
SIN
 Necessidade de enchimento e esvaziamento dos 
principais reservatórios com periodicidade anual
 Redução da capacidade do SIN de armazenar a 
geração das fontes intermitentes
 Uso mais intenso de geração térmica para a garantia 
do suprimento energético e para o atendimento à 
ponta, com o consequente aumento dos custos de 
operação
 Aumento dos custos de expansão
Consequências da Queda da Regularização
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123
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
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Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
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Energia Armazenada no Sul - 2001/2021 
26
125
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
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73,7
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83,2
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Energia Armazenada noNorte - 2001/2021 
27
Geração das Grandes UHEs a Fio d’Água
Em 2019, 16.000 MW de geração eólica e 18.000 
MW de grandes UHEs a fio d’água estarão em 
operação, 7.000 MW no Rio Madeira (Jirau + 
Santo Antonio) e 11.000 MW no Rio Xingu (Belo 
Monte)
O pico de geração durante o período úmido 
atingirá a capacidade total instalada e no período 
seco decrescerá a menos de 2.000 MW
Esta larga faixa (18.000 X 2.000) é uma 
consequência natural das usinas a fio d’água cuja 
geração real depende apenas da afluência às 
usinas
28
126
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
 Dificuldade para alocar a geração plena das usinas 
a fio d’água na curva de carga diária e armazenar 
esta geração nos reservatórios existentes em outras 
regiões durante o período úmido das bacias que 
ocorre de dezembro a abril nas regiões Norte, 
Nordeste e Sudeste/Centro-Oeste
 Alta probabilidade de perda real da geração das 
hidráulicas sem reservatório mais a geração 
intermitente durante o período úmido
 Será muito difícil acomodar de forma plena a 
geração das grandes usinas hidráulicas sem 
reservatório e a geração das fontes intermitentes
Impactos Operacionais Causados pela
Geração a Fio d’água 
29
Aumento da geração térmica com o 
consequente aumento dos custos 
operacionais e também das emissões de 
CO2 com impacto direto no meio ambiente
Os custos totais dependem da geração das 
hidráulicas sem reservatório e da geração 
das fontes intermitentes, que não será 
possível armazenar, mais a geração térmica 
adicional 
Impactos Econômicos Causados pela
Geração a Fio d’água
CT = Custo (GHsRna + GEOLna + GT) 
30
127
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
 Este cenário requer resposta para esta questão chave: 
“qual é a mínima capacidade de regularização dos 
reservatórios que deve ser observada visando dar 
condições para armazenar a geração intermitente e 
otimizar a geração produzida por todas as fontes?”
 A construção de usinas hidráulicas, mesmo com 
pequenos reservatórios, promove os seguintes 
benefícios:
 Controlar a energia hidráulica afluente e armazenar 
a geração intermitente
 Reduzir o despacho de geração térmica, 
contribuindo para a redução da emissão de CO2
Proposta para Redução dos Impactos Emergentes
31
Proposta de uma Matriz Energética
32
128
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
 A geração hidráulica é um recurso variável, sua 
disponibilidade depende da ocorrência de chuvas nas 
bacias aonde estão os reservatórios de acumulação 
 As novas usinas hidráulicas estão distantes dos centros 
de carga, o que requer a implantação de extensos 
sistemas de transmissão
 A geração térmica é um recurso fixo, sua 
disponibilidade depende apenas da existência do 
combustível
 A implantação de térmicas próximas aos centros de 
carga pode aumentar a segurança, a confiabilidade e a 
qualidade do atendimento a esses centros
 A fontes renováveis não convencionais, como eólica e 
solar, são fontes intermitentes e não despacháveis, seu 
volume depende da magnitude de vento e sol
Considerações sobre a Matriz Energética
33
 Os reservatórios das usinas hidráulicas 
(convencionais e de bombeamento) são o melhor 
meio para armazenar a geração das fontes 
intermitentes em nível sistêmico, reduzindo a 
necessidade de instalação massiva de outros meios 
de armazenamento
 As hidráulicas com reservatório + geração 
intermitente maximizam os benefícios técnicos e 
econômicos que podem ser obtidos considerando as 
características de todas as fontes disponíveis
 Com as restrições à implantação de reservatórios, 
surgem as usinas térmicas a gás aeroderivadas, de 
partida e variação rápida de geração
Considerações sobre a Matriz Energética
34
129
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
 Fontes intermitentes como Eólica e Solar são muito 
importantes para suprir a demanda de energia 
elétrica
 Porém essas fontes devem ser consideradas como 
complementares e não como básicas, porque elas 
podem variar de forma abrupta e significativa em 
certos momentos e por períodos de tempo
 A demanda de energia elétrica não pode ser suprida 
apenas por fontes intermitentes
Qual é o mix adequado de fontes para suprir a 
demanda de energia elétrica considerando aspectos 
de segurança, eficiência e ambientais?
Considerações sobre a Matriz Energética
35
 O mix adequado de fontes deve maximizar os 
benefícios técnicos e econômicos considerando as 
características de todas as fontes disponíveis
 A definição desse mix deve considerar as seguintes 
fontes disponíveis: 
 Hidráulicas com e sem reservatório
 Térmicas (gás + carvão + nuclear)
 Renováveis (eólica + solar + biomassa)
 Nessa proposta de matriz energética deve-se destacar 
os seguintes pontos:
 As hidráulicas com reservatório + as fontes 
renováveis constituem uma vantagem estratégica 
que não pode ser perdida
 Não haveria mais espaço para novas térmicas a 
combustível líquido
Proposta de uma Matriz Energética
36
130
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
A geração nuclear apresenta dois grandes desafios:
O complexo e custoso processo de 
descomissionamento das plantas nucleares e de 
seus equipamentos após o tempo de vida útil pré-
definido
O armazenamento dos resíduos (lixos) nucleares, 
especialmente a definição de locais adequados
Diante desses desafios, estudos têm sido feitos para:
 Aumentar a vida útil de plantas nucleares, de forma 
similar ao que já é feito com usinas convencionais 
em especial com hidráulicas
 Melhorar o processo de tratamento e reciclagem 
para reprocessamento dos resíduos nucleares
A Geração Nuclear
37
Mix Adequado de Fontes
Hydro with reservoir
+ Intermittent Gen
38
131
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Reflexões sobre a Expansão
39
O Desafio do Equilíbrio Carga X Geração na Matriz 
Atual - Necessidades do SIN com as Novas 
Renováveis 
Novas UTEs a GN
a menores custos
Reservatórios de Regularização
por menores que sejam 
Novas Nucleares
Meios de 
Armazenamento
40
132
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
AMPLIAÇÃO DA INTERLIGAÇÃO 
NORTE-NORDESTE
INTERLIGAÇÃO
MANAUS/BOA VISTA
INTERLIGAÇÃO USINAS 
RIO TELES PIRES AO SIN
USINAS FUTURAS
ALOCADAS NE
AMPLIAÇÃO DA INTERLIGAÇÃO
SUDESTE-NORDESTE
USINAS FUTURAS
ALOCADAS SUL
INTERLIGAÇÃO USINAS
RIO MADEIRA AO SIN
INTEGRAÇÃO DE 
BELO MONTE - CC
Principais Desafios na Transmissão
41
Evolução da Transmissão - 2016/2025
42
133
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Preocupações para Acomodar Montantes Maiores 
de Fontes Intermitentes
SIN
~
~
Fontes 
Convencionais
Demanda
Demanda
Demanda
Fontes 
Intermitentes
GD (Geração
Distribuída 
micro e mini)
Aumento de Fontes Intermitentes e Geração Distribuída:
 Aumento do nível de imprevisibilidade no SIN
 Aumento da complexidade da operação das redes de transmissão e 
distribuição
 Necessidade de geração de backup e reserva de potência
 Necessidade de modernização de equipamentos para estabilidade 
dinâmica
 Necessidade de revisão da regulação
43
Paradigma da Expansão da Matriz Energética
UTEs de CVU 
baixo (GN-
GNL-Carvão-
Biomassa-no
longo prazo-
Nuclear)
UHEs com 
reservatórios 
de pequeno 
porte
Eólicas,
Solares e 
PCHs
+ +
Montantes adequados, considerando custos e 
segurança energética, devem ser determinados 
por estudos de planejamento da expansão e 
planejamento da operação
UTEs para a 
ponta de 
carga e 
backup 
(geração de 
reserva)
+
Expansão ótima possível no médio prazo
+ Ampliação dos grandes troncos de transmissão, em especial 
entre regiões, considerando o critério “N-2” de confiabilidade 
como forma de mitigar a ocorrência de grandes perturbações
PDE (EPE) / PEN (ONS)
44
134
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Planejamento Energético de Longo Prazo
A Visão da Operação 
45
A Visão da Operação
A complementaridade com usinas térmicas é de 
fundamental importância para enfrentar situaçõeshidrológicas adversas, considerando a expansão 
da geração hidroelétrica predominantemente a 
fio d’água
A realização de leilões de energia dirigidos para 
determinadas regiões e/ou por tipo de fonte pode 
ser uma alternativa para a expansão
A progressiva expansão da interligação entre 
regiões é fator positivo para a agregação de 
segurança ao SIN. 
46
135
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Equilíbrio entre contratação de hidrelétricas a fio d’água 
devido a restrições ambientais X necessidade de 
expansão termelétrica eficiente para garantir o 
atendimento energético e a ponta da carga
Qual o ponto ótimo de equilíbrio, em termos de 
modicidade tarifária, mínimo custo global da expansão 
e operação, e redução da emissão de CO2?
A Visão da Operação
47
Segurança X Custos da Energia Elétrica
Há um grande dilema nesta questão da “Maximização da 
Segurança e Qualidade versus Redução dos Custos da Energia 
Elétrica”
É impossível otimizar ambos pois eles trabalham em direções 
opostas
Qual é a prioridade? Este dilema não é tão simples de decidir 
como entre as cores vermelha e verde. Ele é muito mais 
complexo
Os consumidores terão a segurança e a qualidade do 
suprimento de energia elétrica que eles estão dispostos a 
pagar, embora, de princípio, não querem nem aceitam um 
racionamento de energia
“As situações que levam a decisões difíceis são tão complexas 
como as próprias opções.”
48
136
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
É recomendável um aprofundamento da 
discussão com a sociedade do binômio 
“Segurança x Custos”, de forma a contribuir 
com a modicidade tarifária sem por em risco a 
garantia do atendimento energético
e atender aos condicionantes ambientais 
Segurança X Custos da Energia Elétrica
49
Nesse contexto, cabe destacar o papel vital das ações de 
Reciclagem de Materiais e da Água e do Uso Eficiente da Energia 
Elétrica e da Água, produzindo os seguintes benefícios:
Redução do volume de lixo
Redução do consumo de energia e água para fins industriais
Redução do consumo de energia elétrica para a mesma 
produção de bens e serviços
Redução dos investimentos e dos custos para expansão do 
sistema elétrico
Redução das necessidades de geração térmica e dos custos 
operacionais do sistema elétrico
Melhoria da eficiência energética global
Segurança X Custos da Energia Elétrica
50
137
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Reflexões Globais 
51
As fontes intermitentes são complementares 
e não básicas
Você acredita que a demanda de energia 
elétrica poderia ser suprida apenas por 
fontes intermitentes?
Se não, qual são as outras fontes que você 
indicaria como básicas para formar a matriz 
de energia elétrica considerando conceitos 
de segurança, eficiência e ambientais?
Considerações sobre a Matriz Energética
52
138
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Tendências Globais
 Mudanças Demográficas
• Crescente urbanização 
• Crescimento da população
 Hoje há 7 bi e em 2050 haverá 9 bi de pessoas no 
mundo
 Globalização e Mercados Emergentes
• Nos BRICS e na Ásia milhões de pessoas têm 
emergido para a classe média de consumidores
• Na África e América do Sul milhões de pessoas têm 
acessado a classe baixa de consumidores
53
 Evolução Tecnológica e Inovação 
• Maior disponibilidade de recursos e meios para 
exploração de novas fontes de energia
• Idem para instalações e equipamentos com novas 
funcionalidades e cada vez mais eficientes
• Ganhos de produtividade, viabilizando “fazer mais 
com menos insumos”
• Tecnologia e Inovação contribuindo para o aumento 
da produtividade e para preservar o meio ambiente.
• Preservação ambiental como uma aliada da 
produtividade
 Mudanças Climáticas
• Aquecimento Global
• Medidas para reduzir a emissão de CO2
Tendências Globais
54
139
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
Maior produção de alimentos, bens de 
consumo, etc.
Maior consumo de energia e água
Maior exploração dos recursos naturais
Maiores impactos sobre o ambiente
Escassez de água
Tendências Globais – Consequências
55
Redução do desperdício de materiais, 
alimentos, energia e água
Reciclagem de materiais e de água
Eficiência Energética global
Esta é a Realidade!
Tendências Globais – Medidas
56
140
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro
“A Realidade é como ela é e não como 
gostaríamos como ela fosse.
Cabe ajustá-la aos nossos objetivos maiores 
seguindo o caminho do rio que contorna a 
montanha para chegar ao mar.”
57
Obrigado!
Saulo Cisneiros
saulo@cigre.org.br
58
141
Operação do Sistema Elétrico Brasileiro