Central eléctrica virtual

Descrição

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):

• Apoio ao funcionamento da rede através de vários serviços auxiliares
  • Gestão do lado da procura e transferência de carga em tempo real com base em sinais de preço para reduzir o pico de procura - criando um caso de negócio para investimentos diferidos em infra-estruturas de rede de transmissão e distribuição
  • Serviços de equilíbrio e fornecimento de requisitos de rampa através de plataformas de otimização para compensar as flutuações de qualquer produção variável de FER
  • Aumento da flexibilidade local a nível do sistema de distribuição, caso exista um mercado local regional para a flexibilidade
• Diminuição do custo marginal da eletricidade
  • Reduzindo ou transferindo a carga durante os picos de procura para evitar a utilização de grandes centrais eléctricas (a combustíveis fósseis) para satisfazer uma pequena quantidade de procura de eletricidade a um custo elevado, ou
  • Substituindo completamente a central eléctrica de pico pelo despacho dos DERs agregados e das baterias carregadas
• Otimização do investimento em infra-estruturas do sistema elétrico
  • Poupando nos custos de novas adições de capacidade e/ou reforço da rede com o fornecimento de capacidade de reserva operacional em tempo real a partir de DER já ligados, proporcionando-lhes simultaneamente receitas adicionais através da sua participação em mercados auxiliares quando necessário.

Problemas a resolver

Modelo de Valor

Contexto da Cidade

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):

• Quadro regulamentar, que deve permitir que os agregadores participem no mercado grossista e também no mercado de serviços auxiliares. Um mercado grossista liberalizado sem limites de preços (especialmente com mercados à vista) é essencial para que os agregadores surjam e se estabeleçam. Os principais incentivos para a criação de um agregador provêm quer da diferença entre os preços de pico e os preços fora de pico nos mercados grossistas, quer de sinais dos ORT para fornecerem reservas de controlo ou outros serviços auxiliares.
• Infraestrutura tecnológica de apoio, que deve permitir a comunicação bidirecional em tempo real e a transferência de dados entre os operadores de VPP e os DER ligados. As autoridades locais podem promover e apoiar o desenvolvimento de projectos de infra-estruturas de redes inteligentes, nomeadamente a implantação generalizada de infra-estruturas de contagem avançadas, que incluem contadores inteligentes, infra-estruturas de comunicação de banda larga, sistemas de controlo remoto e automatização da rede (digitalização da rede). Tal contribuirá para melhorar a eficiência da rede, uma vez que os dados recolhidos podem ser utilizados para prever melhor a procura. Por sua vez, tal permitirá a aplicação de ferramentas e técnicas avançadas de previsão necessárias para prever a produção de energia a partir de fontes renováveis, bem como as cargas no sistema elétrico.

Factores de Suporte

• Implantação de infra-estruturas TIC facilitadoras, como activos DER de carga e fornecimento controláveis; contadores inteligentes, gateways domésticos e aparelhos inteligentes para gestão da energia; algoritmos avançados de gestão e previsão da energia; e comunicação bidirecional em tempo real entre o agregador e os activos da rede.
• Promoção da normalização e de protocolos de comunicação interoperáveis comuns para a coordenação entre operadores de sistemas, operadores de redes e prossumidores.
• Introduzir regulamentação que permita aos DER prestar serviços à rede principal, bem como aos agregadores participar nos mercados grossistas de eletricidade e de serviços auxiliares.
• Garantir sinais claros de preços para orientar o funcionamento dos agregadores.
• Introduzir regulamentação que imponha a implementação de contadores inteligentes e de infra-estruturas de redes inteligentes.
• Criar mercados locais a nível da distribuição para que os ORD possam adquirir serviços para evitar o congestionamento da rede e garantir a sua estabilidade.
• Estabelecer regras para a recolha, gestão e partilha de dados pelos intervenientes no mercado, a fim de garantir a privacidade dos consumidores.
• Introduzir regulamentação que estabeleça funções e responsabilidades claras para os intervenientes no mercado, bem como definir metodologias normalizadas - por exemplo, para o cálculo de preços dinâmicos.
• Promoção de mercados retalhistas liberalizados e funcionais que facilitem a entrada de novos intervenientes no mercado, bem como de produtos e modelos de preços inovadores, adaptados às diferentes necessidades dos clientes.

Iniciativas do Governo

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.

Mapeamento de Stakeholders

Mapa das partes interessadas (BABLE, 2021)

Potencial de Mercado

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).

Modelos de Funcionamento

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)