O sistema de energia sérvio já pode equilibrar cinco vezes a capacidade dos parques eólicos do que agora

O sistema de energia sérvio já pode equilibrar cinco vezes a capacidade dos parques eólicos do que agora

Autor: Nenad Jovanović, Ph.D., Engenharia Elétrica

Este estudo de caso demonstra que há flexibilidade técnica suficiente dos geradores existentes no sistema de energia sérvio para manter o equilíbrio de carga e fornecer reservas equilibradas de renováveis ​​intermitentes (FER) de 1.865 MW, cinco vezes a capacidade atualmente instalada de 373 MW. Isso significa que esse aumento da capacidade do parque eólico pode ser mantido mesmo sem anunciar a construção da usina hidrelétrica reversível (PSH) de Stresca.

Para garantir um fornecimento seguro de eletricidade, é necessário planejar a operação ideal do sistema de energia e gerenciar muitas atividades em tempo real. Entre um grande número de atividades, o público está mais curioso sobre o orçamento e se o sistema de energia sérvio pode lidar com recursos adicionais de energia renovável intermitente, como geração de parques eólicos.

Nesse sentido, no início de 2021, escrevi o paper Unit Commitment and Balanced Reserve Needs with Intermittent RES – Serbian Power System Case Study, que visa explicar como funciona o sistema de energia na Sérvia e as usinas que fornecerão um equilíbrio de 1.865 MW de energia eólica, em comparação com 373 MW do atual sistema de transmissão relacionado à rede. O artigo foi apresentado na 37ª Conferência Internacional Energetika 2022 em junho de 2022 e publicado oficialmente no Energija Journal, ekonomija, ekologija em 15 de dezembro de 2022.

Antes de passarmos para a metodologia e resultados do estudo, precisamos esclarecer o que é balanceamento de carga e o que é balanceamento de reserva.
Suponha que todo o sistema elétrico da Sérvia seja um único reservatório de água no qual haja entradas e saídas contínuas, pois o nível da água deve permanecer sempre o mesmo. Obviamente, o nível de água no tanque aumentará no caso de um aumento não planejado na saída de água sem alteração. Para que o tanque permaneça sempre no mesmo nível, devem ser fornecidos serviços adicionais adicionais.

No caso do sistema elétrico, a geração e o consumo de energia elétrica (balanceamento de carga) equivalem às entradas e saídas do exemplo anterior, enquanto a frequência 50 Hz onde o funcionamento do sistema elétrico é estável (reserva de equilíbrio) é o nível do tanque.

Balanceamento de carga e balanceamento de reservas são duas atividades diferentes que são inseparáveis

O balanceamento de carga está relacionado ao atendimento da necessidade de consumo de energia elétrica. A qualquer momento, deve-se aderir a um grupo gerador suficiente para equalizar geração e consumo. Essas duas grandezas não podem ser exatamente iguais porque estão em constante mudança, então às vezes a geração vai subir e o sistema vai operar em uma frequência maior que 50 Hz, e vice-versa. Por esta razão, o sistema de potência necessita de atividades auxiliares relacionadas à regulação de frequência – reservas conhecidas de balanceamento.

O balanceamento de reservas está relacionado ao fornecimento de reservas suficientes de energia e energia para equalizar o nível de geração e consumo. As razões para o nível desigual dessas duas quantidades, ou o desequilíbrio, estão relacionadas a fatores como mudanças no envio comprometido do gerador ou consumo do parque eólico ou expectativas de geração.

A reserva de saldo é composta por usinas on-line e off-line que têm a capacidade de alterar sua produção sob demanda. De acordo com o tempo de acionamento e a quantidade de energia, a reserva de saldo pode ser classificada como básica, com acionamento mais rápido; secundário, que tem duração de ativação de até 15 minutos; e o terciário, que substitui o secundário 30 minutos após ocorrer um desequilíbrio no sistema. Vamos nos concentrar em reservas secundárias e terciárias.

A reserva de saldo pode ser classificada como básica, de acionamento mais rápido; secundário, em que o tempo de ativação é de até 15 minutos; E o terciário, que substitui o secundário após 30 minutos a partir do momento em que ocorre uma falha no sistema.

Breve explicação do estudo de caso do sistema de energia sérvio

No artigo, é desenvolvido um modelo matemático que otimiza a transmissão de 62 geradores de 21 usinas de propriedade da Elektroprivreda Srbije (EPS) em um período de 24 horas. Ao contrário dos modelos comerciais, que são utilizados principalmente pelos operadores do sistema de transmissão para o planejamento da transmissão, o modelo desenvolvido utiliza a geração eólica e o perfil de consumo como dados de entrada, e a geração hidrelétrica (HPP) surge como resultado da otimização.

A modelagem da operação da UHE é de suma importância para o sistema de energia na Sérvia porque essas usinas são usadas principalmente para balanceamento de reserva devido à sua flexibilidade e taxas de aumento/queda.

Como exemplo de referência, foi usado o dia 29 de janeiro de 2022. A geração do parque eólico foi maior durante a manhã e parou por um momento à tarde. Se a previsão de geração do parque eólico se desviar muito da geração real, o sistema pode operar em um estado instável. Além dessa característica, todo o caso também é interessante para analisar o funcionamento do sistema pois era sábado, dia da semana em que o consumo é menor, e era inverno, então algumas usinas termelétricas (UTEs) menos flexíveis são em operação para fornecer calor para sistemas de aquecimento central.

Este caso torna-se mais complicado se a penetração do parque eólico for cinco vezes superior. Para demonstrar a calibração do modelo, o perfil de geração obtido para todas as UHEs (gráfico cinza) é comparado com a geração real, obtida no site Energy Flux em 29 de janeiro (gráfico azul).

Quais usinas de energia podem fornecer uma reserva equilibrada se a parcela de FER for alta

As dimensões da reserva de saldo atual, que inclui reservas secundárias e terciárias, são de 380 MW para o sistema elétrico da Sérvia, dentro do bloco de controle da Sérvia, Montenegro e Macedônia do Norte. Foi considerado para este estudo de caso um valor máximo de 631 MW disponíveis com elevada quota de FER.

As seguintes usinas podem ser operadas em reserva secundária: UHE Đerdap 1, UHE Bistrica, UHE Bajina Bašta, usina PSH Bajina Bašta e quatro unidades da UTE Nikola Tesla (A3-A6). A necessidade de reservas terciárias pode ser suprida por todas as usinas do sistema, tanto as que estão online quanto as que estão desativadas. Presume-se que a operação da rede de transmissão seja ótima, o que significa que a operadora do sistema de transmissão do país, Elektromreža Srbije (EMS), realiza todas as intervenções necessárias na rede de transmissão para conectar a capacidade adicional do parque eólico.

Parques eólicos terão um impacto significativo no envio de geradores pela manhã

O perfil de geração dos parques eólicos com capacidade total de 1.865 MW impacta significativamente os geradores convencionais que são enviados pela manhã, quando o consumo é menor. Nesse momento, a maioria das UHEs está desligada ou produzindo em um nível significativamente baixo, gerando UTEs próximas ao seu mínimo técnico.

O gráfico a seguir mostra o resultado do balanceamento de carga do sistema em 24 horas com uma parcela potencialmente alta de renováveis, que se baseia no exemplo do consumo de eletricidade na Sérvia em 29 de janeiro de 2022. Como pode ser visto no gráfico, a transmissão de todos os geradores TPP ativos são indicados por uma gama de tons de cinza, as UHEs são azuis e os parques eólicos são marcados em verde.

O sistema de energia sérvio poderia equilibrar cinco parques eólicos sem PSH Bistrica

Além do balanceamento de carga necessário, a recomendação de geradores que possam atender a quantidade sugerida de reservas de balanceamento é outra consequência do modelo. As reservas de saldo secundário necessárias são fornecidas pela HPP Đerdap 1 e pela HPP Bajina Bašta para tendências de alta e baixa. Além disso, a terceira reserva ascendente é coberta principalmente por usinas hidrelétricas.

No entanto, para atender às necessidades das reservas baixistas de terceira ordem durante as horas da manhã, as UHEs não são suficientes para cobrir a tendência baixista porque sua geração está diminuindo. Portanto, a energia adicional disponível dos geradores UTE Nikola Tesla B2 e UTE Kostolac A1-A2 e B1-B2 é reservada para as primeiras horas do dia. As outras quatro geradoras da UTE operam perto de seu mínimo técnico nas horas da manhã e não podem fornecer serviços de balanceamento do sistema reduzindo ainda mais a geração de eletricidade.

É interessante notar que neste exemplo o sistema pode fornecer reservas de balanceamento sem a planta PSH Bajina Bašta existente, que pode desempenhar um papel importante na manutenção da estabilidade do sistema. Além disso, no terceiro período (indicado por p3 no gráfico), a participação dos parques eólicos foi de 38,54% da geração total de eletricidade.

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