CIDEL Argentina 2014
Congreso Internacional de Distribución Eléctrica
MODELO PARA PROJEÇÃO DE CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA RESIDENCIAL
CONSIDERANDO MINI E MICROGERAÇÃO
A. H. Lautenschleger1
[email protected]
1
2
G. Bordin1
[email protected]
D. W. da Silva3
[email protected]
Escola de Engenharia – Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS). Av. Osvaldo Aranha 103, Tel
+55 51 98913661 e +55 51 33084282, Porto Alegre –Brasil.
Rio Grande Energia S.A. Rua Mario de Boni, 1902, Tel +55 54 81676929, Caxias do Sul –Brasil.
Palavras-chave: classe residencial, energia elétrica, mini e microgeração, projeção de consumo.

comportamento do consumidor, entre outros
aspectos [1].
A tendência mundial de geração de energia
elétrica a partir de fontes alternativas implica em
aumento de complexidade no planejamento da
expansão e operação do sistema elétrico. Novos
conceitos surgem como o de micro e minigeração
distribuída, que são aproveitamentos energéticos
de pequeno porte realizados junto ou próximo do
consumidor a partir de fontes como eólica ou
fotovoltaica (FV) [13].
A classe residencial é consumidora cativa da
distribuidora de energia local. Todavia, a partir da
publicação da Resolução Normativa (REN) nº 482
de 2012, pela Agência Nacional de Energia
Elétrica (ANEEL) [4], há a possibilidade de essa
classe consumidora produzir energia elétrica a
partir de microgeração (até 100kW) e minigeração
(potências entre 100kW e 1MW) com base em
aproveitamentos eólicos, fotovoltaicos, hidráulicos,
de biomassa ou geração qualificada.
Ao consumidor é facultado participar de um
sistema de compensação de energia no qual o
excedente da produção é convertido em créditos de
energia junto à distribuidora local, que podem ser
usados em períodos de baixa produção de energia.
Foi criada a figura do prosumidor, aquele que
consome e produz energia [4]. Assim, o
consumidor passa a ser um duplo agente de
mercado, ou seja, consumidor e produtor.
Portanto, a estrutura de mercado se modifica e o
desenvolvimento de métodos de projeção de
demanda que contemplem as características
inerentes às fontes energéticas, quantidade e
perspectiva de aumento de prosumidores para cada
fonte se faz necessário.
O presente trabalho apresenta uma metodologia
para
projeção
de
consumo
residencial,
considerando a inserção de mini e microgeração a
partir de fonte solar fotovoltaica e o
comportamento do prosumidor. A metodologia
proposta visa complementar a metodologia
tradicional de projeção de consumo residencial, de
RESUMO
A partir da publicação da Resolução Normativa
nº 482 pela Agência Nacional de Energia Elétrica
brasileira (ANEEL), em 2012, consumidores
podem participar de um sistema de compensação
de energia elétrica produzindo energia a partir de
pequenos aproveitamentos, classificados como
micro e minigeração distribuída. O consumidor que
opta pelo sistema de compensação passa a ser
denominado de prosumidor, ou seja, aquele que
consome e produz energia. Esta alternativa do
consumidor não é contemplada na metodologia
tradicional de projeção de mercado de
distribuidoras e constitui um novo fator de
incerteza. Neste sentido, o presente trabalho propõe
um modelo para projeção de mercado residencial
de energia, buscando complementar a metodologia
tradicional, considerando a inclusão de micro e
minigeração distribuída fotovoltaica. Os resultados
são apresentados na forma de cenários de projeção,
e mostram a necessidade de incluir o
comportamento dos prosumidores de forma
explícita nos estudos de mercado de distribuidoras.
1.
INTRODUÇÃO
Com a reestruturação ocorrida no setor elétrico
brasileiro a partir da década de 90, o ambiente de
negócios do setor adquiriu características de
concorrência e o foco na rentabilidade tornou-se
vital para as distribuidoras de energia elétrica. A
projeção de mercado é fundamental para que as
distribuidoras de energia elétrica consigam
alcançar os objetivos técnicos e estratégicos
estabelecidos.
A Portaria nº 760 de 1976 do extinto
Departamento Nacional de Águas e Energia
Elétrica (DNAEE) estabelecia a forma como as
distribuidoras deveriam projetar a sua demanda.
Essa metodologia ainda é a base para projeções de
demanda de algumas distribuidoras, embora
apresente
limitações
com
relação
ao
1
acordo com o novo contexto de mercado das
distribuidoras.
2.
calculado conforme (1), serve para avaliar a
competitividade da fonte solar [9].
REGULAMENTAÇÃO BRASILEIRA
(1)
O documento principal referente à micro e
minigeração no Brasil é a REN 482 [4]. A
resolução define micro e minigeração distribuída e
detalha o sistema de compensação de energia e o
seu funcionamento. A compensação considera a
diferença entre a energia ativa injetada e
consumida em cada posto tarifário e transforma
esse montante em um crédito para o consumidor,
que pode ser utilizado para abater o consumo no
próprio mês em unidades consumidoras distintas
ou em até 36 meses. A REN 482 define, também,
as condições gerais de acesso ao sistema de
distribuição e estabelece um limite para a potência
instalada de acordo com o grupo consumidor [4].
O Módulo 3 do Procedimento de Distribuição de
Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional
(PRODIST) é outro documento fundamental, em
especial a Seção 3.7 que descreve os
procedimentos e etapas que devem ser cumpridas
no processo de solicitação do acesso além de
estabelecer níveis de tensão e requisitos mínimos
de proteção de acordo com a potência instalada [7].
De forma complementar, a REN 77 [2], REN 414
[3], REN 502 [5], REN 547 [6] e o Procedimento
de Regulação Tarifária (PRORET) [8] não se
limitam a regulamentar micro e minigeração, mas
afetam de forma significativa a sua implantação.
Esses dispositivos regulatórios trazem aspectos
relevantes para a projeção de mercado, como a
possibilidade de compensação de créditos de
energia, valores mínimos de cobrança, requisitos
técnicos mínimos e limitação de potência instalada,
modalidades tarifárias, bandeiras tarifárias e
descontos tarifários [2]-[8].
3.
ASPECTOS DA GERAÇÃO
FOTOVOLTAICA
Onde CP é o custo de produção em reais por
quilowatt-hora, CAPEX são os custos de
investimento do sistema fotovoltaico em reais,
VP(OPEX) é o valor presente de custos de
operação e manutenção ao longo da vida útil da
instalação em reais e VP(EP) é o valor presente da
energia produzida ao longo da vida útil da
instalação em quilowatt-hora.
O custo de operação e manutenção (OPEX) é
estimado, geralmente, como um percentual do
custo de implantação (tipicamente 1%). Assim, o
custo de produção pode ser parametrizado em
função do
CAPEX. A viabilidade
do
empreendimento fotovoltaico pode ser obtida a
partir de um índice de competitividade dado pela
razão entre a tarifa praticada pela distribuidora com
o custo de produção, conforme (2) [9].
(2)
Onde ICi é o índice de competitividade, TarProji
é o cenário tarifário em reais por megawatt-hora
considerando os impostos incidentes, CPi é o custo
de produção fotovoltaico em reais por megawatthora e i é o índice do ano de projeção.
4.
METODOLOGIAS DE PROJEÇÃO DE
DEMANDA
4.1 METODOLOGIA TRADICIONAL
A metodologia tradicional, baseada na Portaria
760 do DNAEE, é determinística e faz uso da
extrapolação de séries históricas para o horizonte
de interesse na projeção de demanda de energia
elétrica. A extrapolação evita descontinuidades na
projeção. Todavia, [1] salienta que essa
metodologia apresenta limitações: não reflete a
reação do consumidor frente a incentivos de
racionalização, precariedade na representação de
variações de demanda relacionadas a fenômenos
cíclicos e não considera relações de causalidade
entre as variáveis.
SOLAR
O aspecto fundamental na implantação de micro
e minigeração fotovoltaica é o valor de seu custo
de produção quando comparado com a tarifa
praticada pela distribuidora.
No cálculo do custo, deve-se considerar aspectos
que tem efeito na produção de energia como a
disponibilidade do recurso primário e o fator de
capacidade, que mede a relação entre a energia
média produzida e a capacidade nominal do
sistema. É necessário ainda considerar os aspectos
econômicos na implantação e manutenção do
sistema como o custo dos módulos e inversores,
cabos e proteção, sistema de fixação, além de
custos do projeto, conexões, entre outros. Dessa
forma, estima-se o CAPEX, que é o custo de
investimento do sistema fotovoltaico para uma
determinada capacidade. O custo de produção,
4.2 METODOLOGIA TRADICIONAL MODIFICADA
Tendo em vista as limitações da metodologia
tradicional e a reestruturação do setor elétrico, [1]
propõe modificações na metodologia tradicional
com adição de interação entre variáveis,
consideração de atrasos tanto de informação quanto
de grandezas físicas além da inclusão de novos
fatores (tarifa e conservação).
A projeção com a metodologia tradicional
modificada, assim como na metodologia
2
tradicional, ocorre na forma de cenários e
considera ainda variações de preços, renda e
programas de conservação de energia buscando
melhor representar a evolução da demanda [1].
A publicação da REN 482 cria uma nova
possibilidade para o consumidor, ou seja, ser
também um produtor de energia. Desta forma, é
necessário adequar esta metodologia à nova
realidade e incluir a parcela de micro e
minigeração, o que é feito na metodologia proposta
no presente trabalho.
4.3 METODOLOGIA PROPOSTA
A metodologia proposta é ilustrada na Fig.1,
onde as relações existentes para a metodologia
tradicional modificada, delimitadas pelo retângulo
pontilhado, permanecem inalteradas.
O número de domicílios com sistema
fotovoltaico é um conjunto do universo de
domicílios atendidos, que depende de uma taxa de
adesão à microgeração fotovoltaica. Essa taxa é
detalhada no que segue.
O aumento do PIB resulta em elevação da renda
per capita, que por consequência, eleva a taxa de
adesão, possibilitando aos consumidores investir
na instalação de sistemas fotovoltaicos.
O custo de produção (CP) com o sistema
fotovoltaico tem efeito, juntamente com a tarifa, na
taxa de adesão, através do índice de
competitividade (IC) da fonte solar fotovoltaica. O
CP é inversamente proporcional, enquanto a tarifa
é diretamente proporcional ao IC, cujo aumento
implica em elevação da taxa de adesão.
O custo de disponibilidade, valor mínimo
faturável, é inversamente proporcional à geração
de energia por domicílio ao passo que um maior
consumo leva à instalação de sistemas com maior
capacidade produtiva.
Tanto a geração fotovoltaica por domicílio
quanto o número de domicílios com sistemas
fotovoltaicos são diretamente proporcionais à
geração de energia a partir de fonte fotovoltaica da
classe residencial, cujo aumento implica na
redução do consumo da mesma classe.
Com relação aos aspectos normativos, considerase: bandeiras tarifárias, modalidades tarifárias,
impossibilidade de venda de excedente, limite de
potência instalada, custo de disponibilidade e
exigência de adequação do sistema de medição.
Esses aspectos são considerados na elaboração dos
cenários. Neste modelo, o prosumidor gera energia
somente para o domicílio onde o sistema
fotovoltaico está instalado.
Fig. 1: Metodologia Proposta para Projeção de Consumo
Residencial.
Com base na metodologia proposta, o modelo
matemático é detalhado a seguir. Assim, a renda
per capita é dada por (3).
(3)
Onde RPCi é a renda per capita em reais por
habitante, PIBi é o cenário do Produto Interno
Bruto em reais, Popi é o cenário populacional em
habitantes e i é o índice do ano de projeção.
O número total de domicílios é determinado de
acordo com (4).
(4)
Onde NTDi é o número total de domicílios na
área de atuação da distribuidora, Popi é o cenário
populacional em habitantes, Habdi é o número de
habitantes por domicílio e i é o índice do ano de
projeção.
As variáveis consumo por residência (CEPRi),
taxa de atendimento (TAi), habitantes por domicílio
(Habdi) e conservação (Conserv) são obtidas por
ajuste de curva a partir dos dados históricos.
O número total de domicílios atendidos é dado
por (5), onde NDAi é o número de domicílios
atendidos, NTDi é o número total de domicílios,
TAi é a taxa percentual de atendimento aos
domicílios, Exteri é o cenário para o número de
3
domicílios atendidos devido à externalidades e i é
o índice do ano de projeção.
de acordo com renda e consumo. A ordem da
adesão à microgeração deve acontecer da categoria
com maior renda e consumo para a categoria com
menor renda e consumo. Ainda, observando que
para a renda deve haver um limite inferior devido
aos custos iniciais do investimento fotovoltaico.
Cada categoria apresenta um consumo típico e
uma potência típica instalada. Considera-se que a
categoria do ano de projeção se somará às
categorias que aderiram anteriormente à
microgeração fotovoltaica. Assim, haverá um
consumo e potência típica para o total de
residências com microgeração fotovoltaica, que é
resultante da média ponderada destes valores
individuais das categorias que aderiram à
microgeração fotovoltaica até o ano da projeção.
A potência típica ponderada para o ano de
projeção permite inferir o custo de disponibilidade
típico das residências, através da observação da
regulamentação. A diferença entre o consumo
típico ponderado e o custo de disponibilidade
resulta na produção fotovoltaica por residência
para o ano de projeção.
O número de domicílios com microgeração
fotovoltaica é dado por (10), onde NDGFi é o
número de domicílios com sistemas de
microgeração fotovoltaica, NDAi é o número de
domicílios atendidos pela distribuidora, TxAdi é o
cenário para a taxa de adesão dos domicílios
atendidos à microgeração fotovoltaica e i é o índice
do ano de projeção.
(5)
O crescimento da renda tem um efeito atrasado
sobre o consumo e, portanto, deve-se avaliar a taxa
de crescimento da renda em um determinado
período, conforme (6).
(6)
Onde ERi é o efeito percentual da renda, RPCi é a
renda per capita em reais por habitante, i é o índice
do ano de projeção e k o atraso em anos
considerado no cálculo da taxa de crescimento da
renda.
Da mesma forma, a tarifa tem seu efeito atrasado
representado conforme (7), onde ETi é o efeito
percentual da tarifa, TarProji-n é o cenário tarifário
em reais por megawatt-hora considerando impostos
incidentes, n é o atraso em anos considerado para
que haja o efeito da tarifa e Elast é a elasticidade
do consumo com relação à tarifa em megawatthora por reais.
(7)
O consumo por residência, dado por (8),
considera o histórico de evolução do consumo e
sobre este incidem algumas correções devido ao
efeito da renda, efeito da tarifa e do cenário
considerado de eficientização.
(10)
(8)
A taxa de adesão à microgeração fotovoltaica
depende de critérios e valores de cada prosumidor,
que podem ser econômicos, ecológicos ou de
conforto
(qualidade
e
continuidade
do
fornecimento). Deve-se ter conhecimento dos
consumidores atendidos de forma a obter a melhor
ponderação para cada um desses valores.
Tratando-se de critérios econômicos, indicadores
como o índice de competitividade (IC) devem ser
observados na criação dos cenários. Um IC maior
que a unidade indica que a fonte fotovoltaica é
economicamente
viável.
Outro
indicador
importante é o tempo de retorno do investimento
fotovoltaico e este pode ainda ser comparado a
outro investimento com características similares
dentro das preferências dos consumidores
propensos (com renda superior ao limite inferior
utilizado para estimar PRFi) à instalar sistema de
microgeração fotovoltaico.
Finalizando, o cálculo do consumo de energia
elétrica da classe residencial é dado por (11).
Onde CPRi é o consumo final por residência em
megawatt-hora, CEPRi é o consumo por residência
em megawatt-hora, obtido por extrapolação a partir
de dados históricos, ERi é o efeito da renda, ETi é o
efeito da tarifa, Efici é o cenário considerado para a
eficientização e i é o índice do ano de projeção.
A produção total de energia fotovoltaica da
classe residencial é dada por (9), onde PFTRi é a
produção de energia elétrica em megawatt-hora da
classe residencial, PFRi é o cenário de produção de
energia por domicílio em megawatt-hora, NDGFi é
o número de domicílios com geração fotovoltaica e
i é o índice do ano de projeção.
(9)
A construção do cenário para a produção de
energia por domicílio deve observar o consumo por
residência e o valor mínimo faturável (VMF),
estabelecido na regulamentação. Considerando que
o prosumidor é um agente de mercado que busca
maximizar os seus ganhos, o seu sistema será
dimensionado para que, na média anual, a
produção seja a diferença entre o consumo e o
VMF.
Deve-se criar categorias para cada ano de
projeção e distribuir a frequência de consumidores
(11)
Onde CRi é o consumo global em megawatt-hora
da classe residencial, CPRi é o consumo por
residência em megawatt-hora, NDAi é o número de
domicílios atendidos, Conservi é o cenário para a
4
conservação de energia em megawatt-hora, PFTRi
é a produção de energia fotovoltaica da classe
residencial em megawatt-hora e i é o índice do ano
de projeção.
5.
APLICAÇÃO
PROPOSTA
DA
produção fotovoltaica por residência. A criação das
categorias para obter PRFi ocorreu com base em
[11] e utiliza-se a hipótese de que somente
domicílios onde a renda é superior a sete salários
mínimos são domicílios potenciais à micro e
minigeração, devido aos custos iniciais da
instalação do sistema fotovoltaico.
Para a taxa de adesão, considera-se que o
consumidor é motivado somente por razões
econômicas. O tempo de retorno do investimento
fotovoltaico é comparado ao tempo de retorno da
aplicação da caderneta de poupança, por ser o
investimento preferido das pessoas com renda
mensal superior a quatro mil reais. De acordo com
[12], 49,9% das pessoas nessa faixa de renda
investem na modalidade. Juntamente com a análise
da evolução do índice de competitividade da micro
e minigeração fotovoltaica, elaboram-se os
cenários para a taxa de adesão.
Definidos os cenários, a metodologia tradicional
modificada é comparada à metodologia proposta
através da projeção dos cenários nublado
(moderado), chuvoso (otimista) e ensolarado
(pessimista), conforme mostrado na Fig. 2. O
cenário ensolarado é favorável à microgeração
solar fotovoltaica sob a perspectiva do prosumidor,
contudo, sob a perspectiva da distribuidora é
pessimista, pois reduz sua receita.
METODOLOGIA
A metodologia foi testada com dados de uma
distribuidora típica, que atua na região Sul do
Brasil, em um local com distribuição solar média
anual adequada ao estudo sob investigação.
O uso dos aspectos normativos é descrito como
segue. A partir de [10] estima-se o tempo que cada
bandeira tarifária vigoraria e o respectivo
incremento resultante na tarifa.
A referência [11] mostra a curva de carga para a
região Sul do Brasil e observa-se que o pico de
consumo ocorre em um período diferente do pico
de produção de energia fotovoltaica. Observando a
forma de compensação de créditos de energia,
estabelecida na REN 482, considera-se que o
prosumidor não adere à modalidade tarifária
branca, uma vez que, assim, ele recebe menos
créditos pela energia produzida.
A impossibilidade de venda de excedente, limite
de potência instalada e o custo de disponibilidade
são delimitadores para a produção pelo prosumidor
e são consideradas na elaboração do cenário para a
Fig. 2: Cenários do Consumo Residencial.
Para as hipóteses consideradas, no cenário
nublado, a produção de energia da microgeração
fotovoltaica representa uma redução de 0,3% no
consumo em 2018 e 4,1% em 2022. No cenário
chuvoso, a inserção fotovoltaica é de 0,3% em
2019 e 1,8% em 2022. Já para o cenário
ensolarado, a contribuição fotovoltaica é de 0,4%
em 2017 e 8,9% em 2022.
A menor taxa de crescimento da contribuição
fotovoltaica nos primeiros anos do horizonte de
projeção está relacionada a vários condicionantes,
como, p.ex., a recente possibilidade de micro e
minigeração e o atraso na adesão por parte dos
5
consumidores. Há também expectativas de redução
significativa nos próximos anos do custo dos
sistemas fotovoltaicos; com isso grande parte dos
candidatos à micro e minigeração postergarão seus
investimentos para produzir energia mais barata.
Por volta de 2018, o índice de competitividade
começa a crescer de forma considerável e o tempo
de retorno do investimento já não reduz na
proporção de anos anteriores.
6.
[5] ______, Resolução Normativa nº 502 de 7 de
agosto de 2012, Ago. 2012.
[6] ______, Resolução Normativa nº 547 de 16
de abril de 2013, Abr. 2013.
[7] ANEEL Procedimentos de Distribuição,
Módulo 3-Acesso ao Sistema de Distribuição,
Dez. 2012.
[8] ANEEL
Procedimento
de
Regulação
Tarifária, Módulo 7-Estrutura Tarifária das
Concessionárias de Distribuição, Maio 2013.
[9] ABINEE – Associação Brasileira da Indústria
Elétrica e Eletrônica (2012, Jun.). Propostas
para inserção de energia solar fotovoltaica na
matriz elétrica brasileira. ABINEE, São
Paulo, SP. [Online]. Disponível em:
http://www.abinee.org.br/noticias/com133.ht
m.
[10] ANEEL - Agência Nacional de Energia
Elétrica (2013, Out.). Nota Técnica
nº448/2013. [Online]. Disponível em:
http://www.aneel.gov.br/aplicacoes/audiencia
/arquivo/2012/104/documento/nt_n%C2%BA
_448_2013_-_bandeiras_tarifarias.pdf
[11] ELETROBRÁS. “Pesquisa de posse de
equipamentos e hábitos de uso, ano base
2005: Classe Residencial Relatório Sul”,
ELETROBRÁS, Rio de Janeiro, Brasil, Set.
2007.
[12] E. Campos. (2012, Maio). Onde os brasileiros
preferem investir. Revista Época. [Online].
Disponível
em:
http://colunas.revistaepocanegocios.globo.co
m/financasdebolso/2012/05/21/onde-osbrasileiros-preferem-investir/
[13] CGEE – Centro de Gestão e Estudos
Estratégicos (2012, Dez.). Redes Elétricas
Inteligentes: contexto nacional. CGEE,
Brasília, DF. [Online]. Disponível em:
http://www.cgee.org.br/publicacoes/document
os_tecnicos.php.
CONCLUSÕES
O estudo mostra que a adesão à mini e
microgeração deve ser postergada nos primeiros
anos, em função dos custos de implantação e do
maior custo de produção fotovoltaica comparados
às tarifas praticadas por distribuidoras. A inserção
deve apresentar taxa de crescimento mais elevado
em um horizonte de 3 a 5 anos, considerando as
perspectivas tarifárias e do custo de produção
fotovoltaico.
Os resultados obtidos mostram que: a inserção
fotovoltaica contribui para a redução na taxa de
crescimento do consumo, tornando-a inclusive
negativa para a metodologia proposta.
A nova fonte de incerteza deve ser considerada
na metodologia de projeção de consumo
residencial de distribuidoras, pois as projeções de
consumo são a base para decisões de investimento,
compra de energia, entre outras, nestas empresas.
A metodologia proposta apresenta-se como uma
ferramenta de apoio ao estudo da geração
distribuída de pequeno porte e seus efeitos sobre o
mercado residencial de distribuidoras, como
também dar suporte à decisão de novos aspectos
regulatórios por parte da ANEEL.
Com a continuidade do estudo, outras regiões do
país serão analisadas. A investigação aqui realizada
buscou analisar os efeitos deste problema recente
de microgeração no mercado de distribuidoras.
Serão realizados estudos buscando aprofundar o
entendimento na produção fotovoltaica por
residência e na taxa de adesão à micro e
minigeração fotovoltaica.
7.
REFERÊNCIAS
[1] A. C. G. Castelo Branco, “Projeção de
demanda de energia elétrica”. Dissertação de
Mestrado em Regulação da Indústria de
Energia, Programa de Pós-Graduação em
Engenharia, Universidade Salvador, Salvador,
2003.
[2] ANEEL - Agência Nacional de Energia
Elétrica, Resolução Normativa nº 77 de 18 de
agosto de 2004, Ago. 2004.
[3] ______, Resolução Normativa nº 414 de 09
de setembro de 2010, Set. 2010.
[4] ______, Resolução Normativa nº 482 de 17
de abril de 2012, Abr. 2012.
6