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Energia
TIC
Energia acessível e limpa
Trabalho digno e crescimento económico
Indústria, inovação e infra-estruturas
O conceito de Centrais Eléctricas Virtuais (VPPs) derruba a ideia mais tradicional de depender de centrais eléctricas centralizadas (frequentemente emissoras de CO2) para obter uma produção de energia previsível e fiável. Com a entrada em cena de cada vez mais pequenos e grandes produtores independentes de energia, a energia solar, eólica e outras fontes de energia renováveis (FER) penetraram na rede eléctrica em toda a Europa, abrindo a transição para uma infraestrutura energética limpa e sustentável. No entanto, a integração destes recursos energéticos distribuídos (DER) na rede está a colocar vários desafios relacionados com o congestionamento da transmissão e/ou a estabilidade da tensão e da frequência; as energias renováveis, em particular, estão a criar problemas de fiabilidade devido à sua natureza incerta e intermitente. Esta energia limpa perturbou a rede de energia e criou a necessidade de novos modelos e soluções para a sua integração.
Uma VPP agrega muitos DERs dispersos e independentes num único agente operacional que actua como uma central eléctrica tradicional, com uma capacidade de produção de dimensão semelhante, permitindo-lhe participar nos mercados do sistema de energia (tanto grossista como retalhista) ou vender serviços ao operador. Uma VPP representa, assim, um portfólio flexível de DERs para permitir que agentes mais pequenos do sistema elétrico (ou seja, consumidores, produtores, prosumidores ou qualquer mistura destes) participem nos mercados de eletricidade e prestem serviços à rede.
Central eléctrica virtual (IRENA, 2019)
As centrais eléctricas virtuais podem ajudar a integração das FER, fornecendo serviços de flexibilidade do lado da procura e do lado da oferta à rede principal. As centrais virtuais podem agregar recursos de resposta à procura ou unidades de armazenamento de energia que respondam aos requisitos da rede (flexibilidade do lado da procura), bem como incorporar unidades de resposta rápida, como condensadores e baterias, juntamente com centrais de produção combinada de calor e eletricidade e centrais de biogás para otimizar a produção de energia (flexibilidade do lado da oferta). Através destes dois tipos de serviços essenciais, as VPP podem proporcionar benefícios tangíveis, tais como (IRENA, 2019):
| Aumentar a estabilidade e a fiabilidade da rede | Aumento da procura de integração de fontes renováveis | Mercado restrito | Aumento e alteração da procura de energia | Aumento dos custos e das emissões do atual aprovisionamento energético | Procura de maior resiliência e flexibilidade da rede |
A utilização crescente de energias renováveis aumenta o risco de quedas ou picos imprevisíveis de produção de energia. Uma central eléctrica virtual reduz estes riscos ao agregar várias pequenas unidades de produção. Para além de equilibrar a oferta e a procura de energia sustentável (imprevisível) nos bairros, melhora o rendimento das unidades de produção de energia, uma vez que permite aos agregados familiares armazenar e/ou comercializar os excedentes de energia.
Redução dos custos de operação
Aumenta a estabilidade da rede
Melhorar a eficiência do fornecimento de energia
Redução das contas de energia
Redução do uso de fósseis
Melhorar a eficiência na utilização de energia
Aumento da quota das energias renováveis
Reduzir as emissões de GEE
Promoção de comportamento sustentável
Aumentar a eficiência energética dos aparelhos
Recolha de dados melhorada
Produtos que controlam a produção local de energia a partir de fontes renováveis
Produtos que gerem o consumo de energia em função do tempo e de vários dispositivos através de uma infraestrutura TIC
Produtos que permitem a comunicação entre a central eléctrica virtual e a rede para receber e vender energia
Produtos que poupam energia, como as baterias domésticas, para permitir que o sistema desloque a produção e o consumo de energia ou a venda ao longo do tempo
Produtos que fornecem previsões futuras sobre o consumo de energia, por exemplo, devido ao impacto sazonal ou pessoal
Produtos que fornecem previsões futuras sobre a produção local de energia renovável, por exemplo, devido às condições climatéricas
Produtos que informem os habitantes sobre o seu consumo atual de energia e a fonte da energia consumida, bem como sobre as possibilidades de melhorar financeiramente o seu consumo ou de reduzir o seu impacto ambiental
Produtos que permitem aos habitantes ajustar a previsão do seu consumo futuro de energia
Produtos que fornecem previsões sobre a evolução dos preços da energia, por exemplo, em função dos consumos diurnos ou sazonais
A criação de uma central eléctrica virtual facilitará a optimização da estabilidade da rede e a maximização dos ganhos do comércio de energia.
Melhorar a previsão do desempenho energético e dos mercados energéticos para a electricidade e o calor das FER.
Soluções inteligentes de armazenamento baseadas em baterias para permitir um fornecimento de electricidade sustentável, fiável e rentável.
Os VPP funcionam com base em diferentes modelos, técnicas e algoritmos de otimização, com dois objectivos principais: (1) otimizar a capacidade e o fluxo de energia das unidades DER agregadas no sistema de distribuição e (2) maximizar o valor da carteira de DER a partir da participação nos mercados de energia. O foco das estratégias de otimização específicas determina a configuração do sistema, os parâmetros e os esquemas de controlo. As VPP são assim classificadas em dois tipos principais: VPP técnico (TVPP) e VPP comercial (CVPP). É possível que um ou mais DERs possam simultaneamente fazer parte de um CVPP e de um TVPP.
Fonte (FENIX, 2006)
O TVPP centra-se na operação e gestão optimizadas de vários DER (mas também de sistemas de armazenamento de energia) que estão ligados a redes locais a partir da mesma localização geográfica. As TVPP determinam os valores de diferentes parâmetros técnicos e dados em tempo real para influenciar a rede local e satisfazer a procura de carga no mercado da eletricidade, tendo em conta os custos marginais e as características operacionais da carteira.
Os PPDA fornecem serviços de gestão do sistema a nível da distribuição, bem como serviços de compensação e auxiliares a nível do transporte.
Isto permite que pequenas unidades forneçam serviços auxiliares e reduz os riscos de indisponibilidade através da diversificação das carteiras e da capacidade, em comparação com as unidades DER autónomas.
Os PPDA precisam de recolher diferentes informações das CVPP ligadas, como a capacidade máxima de cada DER do sistema de armazenamento, valores previstos de necessidades futuras, localizações geográficas, estratégias de controlo disponíveis, etc. Com esta informação, os CVPP asseguram uma forma segura de otimizar o funcionamento dos CVPP.
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"A solução consiste numa central eléctrica virtual que liga a produção local de energia fotovoltaica, bombas de calor e baterias. Uma estação de carregamento para veículos eléctricos também está integrada no sistema, reduzindo a procura de energia externa ao aumentar a auto-suficiência energética dos edifícios.
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Uma plataforma de gestão de energia de uma Central Eléctrica Virtual, que oferece às partes interessadas da cidade a capacidade de gerir activamente os Recursos Energéticos Distribuídos (produção, armazenamento e carga) a partir de uma única plataforma.
O CVPP dá ênfase principalmente aos aspectos financeiros no mercado da eletricidade para maximizar os lucros com custos mínimos do sistema. O CVPP integra diferentes DERs preocupados com os custos marginais exactos e a avaliação racional das condições do mercado da energia, ignorando o impacto da rede de distribuição local. Os CVPP realizam a agregação comercial e não têm em consideração quaisquer aspectos operacionais que as redes de distribuição activas têm de considerar para um funcionamento estável: Por conseguinte, numerosos DER de diferentes localizações podem ser integrados através de CVPP e podem ser mantidos pelo operador situado em qualquer outra localização geográfica. Uma única região da rede de distribuição pode ter mais do que uma CVPP a agregar unidades DER na sua região.
Os serviços e funções da CVPP incluem a negociação no mercado grossista de energia, o equilíbrio das carteiras de negociação e a prestação de outros serviços auxiliares ao operador da rede de transporte.
A CVPP determina a procura de carga atual do mercado da eletricidade e as informações anteriores para utilizar os DER no mercado da energia. Reduz o desequilíbrio e os riscos do sistema e introduz uma elevada eficiência com um custo mínimo.
Os governos locais podem desempenhar um papel fundamental no apoio ao desenvolvimento de VPPs e permitir o acesso ao mercado para agregadores e outros actores do mercado. Esta pode ser uma tarefa complexa que exige mudanças institucionais e actualizações regulamentares. No entanto, os operadores de VPP respondem aos sinais do mercado e a política local pode criar clareza, comunicar níveis de prioridade e reduzir as barreiras à entrada. Além disso, os governos locais podem envolver as partes interessadas e os cidadãos em torno das necessidades e oportunidades e até tornar-se eles próprios operadores de VPP em iniciativas específicas lideradas pelo município, por exemplo, as empresas municipais de serviços energéticos (EsCos) no Reino Unido. Alguns factores-chave para permitir a implantação podem ser resumidos em dois temas (IRENA, 2019):
Nos países europeus, a implementação de sistemas energéticos locais é apoiada por muitas iniciativas e políticas a nível europeu ou nacional, em que muitos projectos de investigação e desenvolvimento, que beneficiam de financiamento nacional ou europeu, se centram em redes inteligentes, eficiência energética, integração de recursos renováveis distribuídos, gestão inteligente da rede e muito mais.
No contexto das políticas da UE, os motores políticos para esses projectos incluem o aumento do congestionamento da rede e da procura de energia, as alterações climáticas, o esgotamento dos combustíveis fósseis, o envelhecimento da infraestrutura da rede eléctrica e o mercado interno europeu da energia; todos estes factores que impulsionam a implementação de sistemas energéticos locais foram inspirados pelo mais recente pacote climático e energético da UE "Energia limpa para todos os europeus" e, agora, pelo novo Pacto Ecológico Europeu.
Uma iniciativa digna de nota é a criação da Task Force para as Redes Inteligentes (SGTF) no âmbito do terceiro pacote energético da UE, em 2009, para aconselhar sobre políticas e regulamentos relativos à implantação de redes inteligentes. Por exemplo, no âmbito do desenvolvimento de uma norma comum para as redes inteligentes europeias, a CE conferiu vários mandatos aos organismos europeus de normalização (ESO) com o objetivo de estabelecer normas para a interoperabilidade dos contadores inteligentes, normas de carregamento de veículos eléctricos e níveis elevados de serviços e operações de redes inteligentes.
A UE está atualmente a dar instruções aos países membros para actualizarem os seus regulamentos relativos ao mercado da eletricidade e às energias renováveis, de modo a permitir que as comunidades actuem como agregadores de produção renovável, cargas flexíveis e serviços de armazenamento para a rede global, abrindo caminho para as microrredes comunitárias.
Mapa das partes interessadas (BABLE, 2021)
O mercado de VPP está a ser impulsionado pela crescente mudança para a produção distribuída e a dinâmica de mercado descentralizada no sector da energia. Isto deve-se ao crescente enfoque na descarbonização, eletrificação e digitalização, onde os rápidos avanços nas tecnologias digitais, bem como nos sistemas de produção e armazenamento de energia, oferecem soluções inteligentes para a crescente procura mundial de eletricidade (Navigant Research, 2020).
Como resultado, a dimensão do mercado global de VPP foi avaliada em 0,87 mil milhões de USD em 2019 e prevê-se que atinja 2,85 mil milhões de USD até 2027, com uma CAGR de 27,2% (Fortune Business Insights, 2020). No entanto, espera-se que o declínio dos investimentos em projectos energéticos na sequência da pandemia da COVID-19 atenue o crescimento do mercado. Por exemplo, os países da Europa estão a registar um declínio significativo no investimento em infra-estruturas de TI (IDC, 2020), o que é essencial para a ampla implantação de aplicações VPP. Os governos de todo o mundo estão sujeitos a pressões orçamentais que os obrigaram a reconsiderar a transição para as energias renováveis e a adiar as reformas do sector da energia.
Capacidade de VPP por região (Guidehouse Insights, 2020)
A Europa é considerada o berço das centrais eléctricas virtuais, onde a procura tem sido impulsionada por um grande impulso para investimentos em energias renováveis e sistemas de armazenamento de energia. Por conseguinte, as VPP europeias têm-se centrado mais na agregação de DER do lado da oferta e na integração de energias renováveis, em vez de aplicações de resposta a pedidos - que outras regiões, como a América do Norte, integraram nas suas VPP. Na Europa, as plataformas VPP estão a evoluir para capacidades mais sofisticadas, a fim de maximizar o valor da flexibilidade da rede e permitir o comércio inteligente de energia além-fronteiras. Mesmo assim, está em curso uma mudança para activos mais mistos, em que os VPP incluem mais recursos do lado da procura, bem como armazenamento de energia e veículos eléctricos (Guidehouse Insights, 2019).
De um modo geral, os operadores de VPP - também conhecidos como agregadores - procuram gerir a sua carteira de unidades DER de forma optimizada e gerar o máximo de receitas para os seus participantes através de licitações no mercado de comércio de energia ou da prestação de serviços auxiliares aos operadores de rede. A configuração de um VPP e os seus requisitos técnicos dependem do tipo de participação no mercado, dos clientes-alvo (por exemplo, pequenos produtores ou instalações industriais) e dos tipos de DER que compõem a carteira do VPP (ABB, 2017).
Como tal, os modelos de negócio e de operação podem ser amplamente categorizados em três "papéis funcionais" principais no mercado: (1) Previsão, negociação e redução de energias renováveis, (2) Agregação da flexibilidade da rede a partir de energias renováveis e (3) Agregador de resposta à procura. No entanto, as fronteiras entre estes modelos são fluidas e dependem em grande parte da estrutura e regulação do mercado energético onde o agregador está ativo (Next Kraftwerke, 2020).
Modelos operacionais possíveis (Next Kraftwerk, 2020), (ABB, 2017)
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"A solução consiste numa central eléctrica virtual que liga a produção local de energia fotovoltaica, bombas de calor e baterias. Uma estação de carregamento para veículos eléctricos também está integrada no sistema, reduzindo a procura de energia externa ao aumentar a auto-suficiência energética dos edifícios.
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Greencity é o primeiro distrito urbano na Suíça a satisfazer as condições da sociedade de 2000 watts e representa uma área largamente independente da rede eléctrica, contando com 100% de abastecimento a partir de fontes de energia renováveis geradas localmente e com um conceito de mobilidade inovador e amigo do ambiente.
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Os cidadãos estão envolvidos na definição das necessidades reais e das soluções mais apropriadas para a comunidade energética. Também participam na concepção da comunidade energética como uma entidade (forma jurídica, estrutura, organização, regras de funcionamento e governação), e na gestão das decisões.
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Os elevadores e as escadas rolantes comunicam com o sistema de gestão de energia do edifício inteligente, a fim de limitar o pico de energia visível para a rede eléctrica externa.
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A central eléctrica virtual integra milhares de sistemas e dispositivos heterogéneos utilizando a tecnologia IoT, optimiza os fluxos de energia utilizando métodos modernos de IA e dinamiza o equilíbrio entre a oferta e a procura activando os cidadãos em função dos incentivos.
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Cerca de um quarto do preço da energia é devido ao transporte da energia. A implementação de um sistema energético local pode deslocar a produção de energia de um sistema centralizado para um sistema descentralizado.
O Sistema de Autocarros Eléctricos é um sistema de transportes públicos que funciona exclusivamente com autocarros eléctricos. Os autocarros eléctricos oferecem vantagens ambientais ao produzirem zero emissões locais. Além disso, o seu tempo de vida prolongado e as despesas operacionais reduzidas tornam-nos financeiramente vantajosos.
O atual regulamento da UE relativo às emissões dos automóveis é o mais rigoroso a nível mundial. Para além de outras restrições, os limiares já não podem ser atingidos apenas com os veículos convencionais. Uma tecnologia alternativa, que reduz as emissões locais, são os veículos eléctricos.
As microrredes estão a emergir como uma solução atractiva e viável para as cidades, empresas de serviços públicos e empresas satisfazerem as necessidades energéticas das comunidades, tirando partido de recursos mais sustentáveis, aumentando simultaneamente a resiliência, reduzindo as emissões e atingindo objectivos políticos ou empresariais mais amplos.
De acordo com a Diretiva relativa ao desempenho energético dos edifícios (EPBD), os edifícios são responsáveis por cerca de 40% do consumo de energia e 36% das emissões de CO2 na UE.