Aproveitamento do Potencial
Eólico Sustentável em Portugal
(A tecnologia, situação actual e perspectivas futuras....)
INSTITUTO NACIONAL DE ENGENHARIA E TECNOLOGIA INDUSTRIAL
Departamento de Energias Renováveis
Ana Estanqueiro
Objectivo
Aproveitamento máximo do potencial eólico e renovável em Portugal
mantendo a qualidade de operação do sistema electroprodutor e a segurança
da sua gestão
Valor
Para o País:
Para a
Gestão do Sistema:
Para os Produtores:
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aumentar o share de energias renováveis,
auxiliar o cumprimento das Metas EU e Quioto,
diminuir custos operacionais
optimizar o despacho da produção renovável,
aumentar o valor da energia entregue
negociar garantia de potência (?)
aumentar a capacidade instalada,
aumentar a energia entregue à rede,
aumentar o valor da energia entregue,
permitir eventual negociação em bolsa de curto
prazo
A tecnologia
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A tecnologia: Como funciona?
Para perceber o funcionamento de uma turbina é
necessário saber...
...porque não caem os aviões?
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Os aviões recorrem a forças...
...com origem na configuração aerodinâmica das asas
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…chamadas forças de sustentação:
r
L
slide 6 de 36
r
L
Se cortarmos a asa de um avião…
…e a montarmos invertida:
r
L
r
L
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obtemos uma turbina eólica!
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As especificidades da
Energia Eólica
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A produção eólica face à produção
convencional:
Velocidade do vento
25
V [m/s]
20
15
10
Curva de potência
5
0
0
1000
2000
3000
Potência
eléctrica à
saída da turbina
1500
T (min.)
1250
1000
P1 (kW)
V(t)
750
1600
500
1200
P1 [kW]
250
0
0
5
10
V (m/s)
15
20
25
800
400
0
0
1000
2000
T (min.)
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P(t)
3000
Factores (técnicos) a ter em conta no
projecto de uma central eólica
1.
2.
3.
4.
5.
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Variabilidade temporal e espacial do recurso
energético
Adequação da tecnologia às características do
local
Efeito de esteira
Efeito de cancelamento das flutuações de
potência (quase ninguém em PT sabe o que
é...)
Interacção turbina eólica-rede eléctrica local
(quase toda a gente em PT pensa que sabe o
que é…)
1.Variabilidade temporal e espacial
550000
500000
Cada parque exige medidas de vento em, pelo
450000
menos, um mastro anemométrico
Latitude [GAUSS DLx; m]
400000
–
350000
Período nunca inferior a um ano,
desejavelmente dois, idealmente 4 a 5 anos
300000
250000
200000
150000
–
Estações INETI (200 aprox.)
–
Estações INEGI (250 aprox.)
–
Estações promotores (150 aprox.)
Aprox. 600 estações anemométricas em
100000
operação em Portugal desde 1990
50000
100000 150000 200000 250000 300000 350000
Longitude [GAUSS DLx; m]
Estações da Base de Dados
Estações de Referência
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Eolos 2.0
2. Adequação da tecnologia ao local
1
Potência Normalizada
0.8
0.6
0.4
Enercon 2000kW
GEWE 1.5s 1500kW
VESTAS V80 2000kW
0.2
0
0
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5
10
U(m/s)
15
20
25
Nem todas as turbinas
são ideais para todos
os locais...
3. O efeito de esteira
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4. O efeito de “cluster” em parques
eólicos
f (σ P )N
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1
=
N
12000
8000
P [kW]
Factor de
alisamento das
flutuação de
potência de
uma central
eólica
4000
0
0
1000
2000
Tempo
3000
5. Integração na rede eléctrica
Existem Normas internacionais...
IEC 62400-21:2001 - Power Quality of Grid Connected Wind
Turbines
Nas quais estão definidas metodologias para a
determinação da potência máxima injectável num
determinado ponto (nó) da rede eléctrica que mantêm a
qualidade do serviço (flicker, harmónicas, ...)
Não são aplicadas em Portugal, sendo preteridas em favor
de “thumb rules” (e.g. 8% da potência de cc)
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O contexto técnico-legal
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Legislação de Base
25 Anos de legislação para produção independente de
energia eléctrica (PRE)
1º Pacote legislativo:
• Dec.-Lei 189/88
–
Capacidade limitada a 10 MVA. Não há caducidade da “reserva de potência”
Actualizações
• Dec.-Lei 313/95
–
•
Retira-se a limitação à capacidade. Introdução do conceito de “produtor de reactiva”
Dec.-Lei 168/99
–
Introdução da caducidade da reserva de potência e de pressupostos tecnológicos.
2º Pacote legislativo:
• Dec.s-Lei 312/01 e 339-C01
–
•
Introdução dos PIP’s e novo tarifário.
Dec.-Lei 68/02
–
Introdução do conceito de “produtor/consumidor” limitado a 150 kW e BT
Actualização:
•
Dec.-Lei 33-A/05 (16 Fevereiro 2005)
– …..
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Impactos da Legislação
•
Dec.-Lei 189/88
–
•
Perfeitamente adequado ao estado de evolução tecnológica e economia dos projectos de mini-hídricas e co-geração. 10 MVA não
são problema à data. Não existência de caducidade da “reserva de potência” introduz problemas que ainda hoje se sentem.
Dec.-Lei 313/95
–
•
Prever PPA para projectos>10MVA não teve impacto prático. Tarifário não fomenta o desenvolvimento de parques eólicos.
Problemas técnicos muito graves com tg phi=0.4
Dec.-Lei 168/99
–
•
Introdução da caducidade da reserva de potência (não retroactiva). Problemas mantêm-se. Leve actualização nas tarifas.
Dec.s-Lei 312/01 e 339-C01
–
•
Introdução dos PIP’s e novo tarifário. Dá-se o “boom” da eólica em Portugal
Dec.-Lei 68/02
–
Dec.-Lei 33-A/05
Limitação do potencial eólico economicamente sustentável…..
177%
180%
160%
140%
120%
126%
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2000
54%
2003
27%
2004
2001
1%
1997
0%
1996
0%
1995
20%
0%
48%
29%
57%
2002
82%
100%
80%
60%
40%
1994
Wind capacity growth rate
200%
1999
–
1998
•
Conceito de produtor/consumidor quase sem aplicação prática (!).
Porquê as limitações (150 kW e BT)?
As vantagens e desvantagens da eólica...
Desvantagens das centrais eólicas face às centrais
convencionais (T+H):
•
Fonte flutuante de produção dificilmente previsível
– Dá garantia de energia (à escala anual)
• A variabilidade intra-anual é elevada mas a variabilidade interanual é inferior a 25% (muito menor que a hídrica);
•
É dificilmente despachável
– Para o despacho económico as piores centrais são as não
reguláveis.
• Contribuem só para a produção de base: e.g. centrais renováveis
(excluindo hídrica c/albufeira) e nucleares
•
Não dá garantia de potência (ou dá muito pouca)
– Logo não dispensa a instalação de novas centrais reguláveis
– Ou então requer uma criteriosa (e difícil) gestão de consumos
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As vantagens e desvantagens da eólica...
Vantagens:
•
Permite diminuir a dependência energética do petróleo
na geração de energia eléctrica;
– Cerca de 34% com 3750 MW instalados e 40% com 4500 MW
• indexado à produção de energia eléctrica via centrais térmicas
de 2004
•
•
•
Contribui fortemente para a diminuição das emissões
poluentes;
É muito competitiva quando todos os custos das outras
formas de energia são internalizados;
Permite distribuição de riqueza em zonas carenciadas;
– e acrescenta valor a áreas até agora sem qualquer
perspectiva de desenvolvimento económico.
•
Os investimentos são exclusivamente do sector privado.
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Situação actual (Dez. 2004):
Potência instalada : 541 MW
Potência média (ano 2004)* : 142 MW
Energia entregue à rede* (2004): 1.25 TWh
valor estimado (NEP=2300 h)
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Capacidade Eólica Prevista (2010):
Wind capacity trend (2004-2010)
Capacidade já atribuída
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Const. capacity/year
Ev. const. rate
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
1997
1996
1995
4000
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
1994
Estimated evolution of wind
capacity [MW]
Const. rate
Aproveitamento do Potencial Eólico
Sustentável
...mitos e realidades
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O problema (!) da capacidade da rede
•
Penetração máxima de energia eólica
– Tecnicamente a definição não existe;
– A capacidade “máxima” pode depender:
•
da estratégia de gestão do sistema electroprodutor
•
factores económicos (reforço e malhamento da rede)
– Análise da estabilidade transitória da rede portuguesa/
ibérica (Junho 2004) indicou não existirem problemas com
instalação de 3750 MW em condições extremas de operação
•
•
e de probabilidade de ocorrência nula...
A instalação de 4500 MW é:
– Perfeitamente possível do ponto de vista técnico
– Suportada pelo mapeamento do potencial eólico existente
– Será estrategicamente desejável?
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O aproveitamento eólico previsto*
(Jan. 2005):
(a) cap. rede atribuída
até Dez 01 (951 MW)
(b) cap. rede atribuída
Jan 02 (1687 MW)
(c) cap. total atribuída
Jan 05(2638 MW)
(c) “Déficit”
(+1400 MW até 2007)
Distribuição Regional dos Pedidos de Ligação PE face à
Capacidade da Rede
*Dados DGGE
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O aproveitamento do potencial
sustentável (2010-2015):
(a)
capacidade da rede
(3887 MW)
(b) potencial eólico
4800 MW (aprox.)
(c) déficit/superavit
regional.
Distribuição Regional do Potencial Eólico face à
Capacidade da Rede
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Regiões com potencial de
desenvolvimento
A quantificação à escala regional é
(tecnicamente) difícil à data:
-Exige filtragem dos pedidos de
ligação existentes
(há demasiada potência atribuída onde não há vento!)
- Requer análise de externalidades
de um eventual reforço da rede
eléctrica;
(não é economicamente viável construir
linhas extensas de MAT só para interligação de PE)
-
Requer discretização espacial
acrescida na avaliação do
potencial eólico sustentável;
Distribuição Regional (aprox.) do Potencial
de Desenvolvimento Eólico (2010 – 2015)
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Novos conceitos e metodologias
O que falta fazer...
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O que falta fazer...
A) Previsão da produção eólica em Portugal continental;
B) Monitorização (despacho económico) da produção por “clusters
eólicos”;
C) Planeamento realista da integração de parques eólicos na rede
D) Estudo da compatibilidade de produção hídrica/eólica.
Armazenamento ER e gestão consumos
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A1) Previsão: Conceito Global
Previsão de vento (séries históricas)
alta montanha GARDUNHA (Out.99)
(m/s)
22
20
Previsão MM5 (10min)
Dados observados (10min)
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
01
(m/s)
03
05
07
09
11
13
15
Dia
17
19
21
23
26
28
30
01
23
26
28
30
01
Previsão de vento (séries históricas)
região costeira Oeste (Out.99)
16
Previsão MM5 (10min)
Dados observados (10min)
14
12
10
8
6
4
2
0
01
Modelo mesoscala MM5
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03
05
07
09
11
13
15
Dia
17
19
21
A2)
Previsão da Produção Eólica:
Estado da arte
A exequibilidade é reconhecidamente boa, em princípio
Os dados de modelos globais de previsão do tempo já são adequados
Modelos numéricos de aumento de resolução espacial existem e funcionam bem (?)
Modelos numéricos da produção de Parques existem (e funcionam)
Vários países europeus estão já a testar o conceito
Problemas
Em princípio a qualidade dos resultados dependerá do clima, sistema eléctrico, etc. de
cada região – é preciso um estudo para cada País
No caso de Portugal os sistemas de vento em geral “chegam” do Atlântico, uma zona
com poucas estações meteorológicas, o que dificulta o aumento de qualidade das
previsões globais
A produção de cada Parque depende muito de factores locais – é preciso conhecer e
modelar bem cada Parque, possivelmente testar diversos métodos
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C) Planeamento de Parques Eólicos como
sistemas de produção distribuída (DGS)
•
Ao nível da rede de distribuição
•
Para parques com capacidade máxima limitada (ex. 5 a 10 MW)
•
•
avaliação da potência eólica máxima injectável na rede de distribuição por
subestação da rede distribuição
•
actualmente é efectuado na subestação de interligação à REN, e prevê
escoamento total da potência nominal de uma turbina ou parque por esta
•
aplicação do conceito de interruptibilidade
Carga mínima por zona de rede e/ou subestação
•
•
ex. na região Oeste (elevados consumos) a produção eólica não vai
sobrecarregar a rede de transporte (mas assume-se no planeamento que sim!)
Alargamento da legislação de produtor/consumidor a PME’s
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•
média tensão
•
potência nominal a 1 ou 2 MW
D) Estudo da complementaridade
(ou não) de produção hídrica e eólica
O que há a fazer?
•
correlação dos recursos energéticos por região ao longo do ano;
•
identificação das condições limite de produção hídrica/eólica;
recurso à bombagem em centrais hídricas como “armazenamento” de energia
eólica:
avaliação custos, retribuições e mais valia nacional.
Para quê?
•
Gestão da produção eventualmente excessiva de renováveis
Previsivelmente somente a nível local/regional
•
Gestão optimizada da rede de transmissão e/ou distribuição
Factor ocupação médio anual da linha de interligação de um PE entre 25% (2200
heq) e 35% (3000 heq)
•
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“Armazenamento de renováveis”
Síntese de conceitos:
A) O aproveitamento do potencial sustentável é tecnicamente possível.
- decisões são político-estratégicas...
- e económicas.
B) Integração de parques eólicos na rede deve ser feita com critérios objectivos e nãoconservativos
- aplicação da norma IEC 61400-21 (com “ride through fault”)
- planeamento de DGS ao nível da distribuição
- alargamento da legislação produtor/consumidor à média tensão e 2 MW
C) Previsão e monitorização da produção eólica em Portugal continental;
- modelação parques e e rede local
aproveitamento do “timing” ideal para desenvolver e por em prática
ferramentas de gestão da “variabilidade eólica”
5 anos de antecedência;
menos de 15% da capacidade eólica instalada
- aplicação da norma IEC 61400 - 25 CDV à conjuntura nacional. Introdução do
conceito de interruptibilidade da produção
D) Estudo da compatibilidade de produção hídrica/eólica e outras ER
- correlação da sazonalidade dos recursos renováveis por região
- bombagem como “armazenamento de energia eólica”: Custos, retribuições e mais
valia nacional.
slide final