Centrais elétricas virtuais (VPP): a revolução da energia renovável

Uma central elétrica virtual (CEV, ou VPP em inglês) integra muitos sistemas de geração distribuída, baterias e cargas em um único sistema de controle, fazendo todos eles atuarem como se fossem uma usina só. Essa coordenação inteligente equilibra a rede, otimiza preços e abre espaço para mais energia renovável, mesmo com a intermitência do sol e do vento.

Neste artigo você entende o conceito de CEV, os recursos energéticos distribuídos que ela gerencia e o que pode acontecer com essa tecnologia no Brasil. Para um aprofundamento nos modelos de negócios por trás dessa tecnologia, veja A Usina Virtual: Modelos de Negócios.

Por que a geração distribuída cresce tanto no Brasil?

A geração de energia a partir de painéis fotovoltaicos é a que mais cresce no Brasil, sendo a segunda maior fonte de geração com capacidade de 36 GW, cerca de 16,1% da matriz elétrica nacional (Exame, 2023). Esse avanço é a base sobre a qual as centrais elétricas virtuais se tornam viáveis.

Segundo a ABSOLAR (2023), o setor solar gerou R$ 33 bilhões em investimentos no primeiro semestre de 2023. O acumulado supera R$ 170 bilhões em novos investimentos desde 2012, com R$ 47,9 bilhões em impostos e cerca de um milhão de empregos.

Esse crescimento também evita a emissão de 42,8 milhões de toneladas de CO2 na geração de eletricidade, volume que pode virar receita no mercado de carbono. Em setembro de 2023, o Brasil ultrapassou 7 GW de incremento de capacidade instalada, com usinas eólicas e solares respondendo por 89,2% do crescimento no ano (ANEEL, 2023).

No cenário global foram investidos US$ 366 bilhões em energias renováveis em 2021 (REN21, 2022). As fontes renováveis chegaram a 69% do aumento da capacidade de geração naquele ano. Com tanta geração distribuída e intermitente entrando na rede, surge a necessidade de mecanismos que equilibrem o sistema. É nesse ponto que entram as centrais elétricas virtuais. Uma vantagem importante delas é poder vender energia em nome dos proprietários dos sistemas de GD (Naval & Yusta, 2021).

O que é uma central elétrica virtual (CEV)?

Por definição, uma central elétrica virtual integra um grupo de instalações de geração distribuída gerenciadas por um único sistema de controle, com comunicação bidirecional entre seus componentes para atuar de forma mais eficiente (Naval & Yusta, 2021). Em vez de muitos sistemas isolados, você tem uma usina coordenada por software.

A figura ilustra bem a ideia. Há geração distribuída de origem fotovoltaica, eólica e de biomassa, e poderíamos incluir pequenas centrais hidrelétricas (PCHs) e termelétricas. Sistemas de informação coletam dados de geração, de consumo e de preços de energia. O objetivo é otimizar custos e ajudar na estabilidade da rede de transmissão.

Uma característica importante é a capacidade de participar diretamente nos mercados de eletricidade. Isso acontece por meio das chamadas centrais elétricas virtuais comerciais e técnicas, que detalhamos mais adiante.

De forma mais ampla, as CEVs gerenciam recursos energéticos distribuídos (RED):

1. Geração distribuída;
2. Resposta da demanda;
3. Sistemas de armazenamento;
4. Eficiência energética;
5. Veículos elétricos.

Os REDs podem ser usados tanto no lado da demanda quanto no da oferta de energia (Bradford & Hoskins, 2013).

Qual o papel da GD na transição energética?

A transição energética é a transformação da matriz atual de geração e uso de energia em uma matriz com menos emissões de gases de efeito estufa (GEE), o que é decisivo para conter o aquecimento global, que na trajetória atual pode chegar a 4 graus Celsius no fim do século (EPE, 2023). A geração distribuída é uma das peças centrais dessa mudança.

Para chegar lá, é preciso reduzir o uso de fontes emissoras de GEE, como carvão, óleo combustível e óleo diesel, e aumentar o uso de renováveis. Quem trabalha no setor solar percebe na prática: cada novo sistema fotovoltaico instalado contribui diretamente para essa descarbonização.

Outras possibilidades em discussão são o uso de hidrogênio renovável ou de zero-carbono (em especial o verde e o azul) em processos industriais e o uso de grandes baterias para armazenamento de energia (EPE, 2023).

Quais são os recursos energéticos distribuídos (RED)?

Os recursos energéticos distribuídos são os cinco blocos que uma CEV coordena, e cada um agrega benefícios próprios à rede, da geração local à eficiência no consumo (Aguiar, 2022). Entender esses recursos ajuda a enxergar onde a energia solar do seu cliente se encaixa nesse sistema maior.

Geração distribuída

É um sistema de geração de pequeno porte, próximo à carga e conectado diretamente à rede de distribuição. Ela agrega vários benefícios: estabilidade e confiabilidade do sistema, redução ou postergação de investimentos em geração, transmissão e distribuição, diversificação da matriz, redução de perdas técnicas e mais participação dos consumidores na expansão do sistema.

Resposta da demanda

O setor elétrico exige equilíbrio em tempo real entre geração e consumo. Variações bruscas de demanda desequilibram esse balanço. Programas de resposta da demanda trazem benefícios como modulação tarifária, mais confiabilidade e menor volatilidade de preços. Eles podem ser baseados em preços, que variam por horário, ou em incentivos tarifários, voluntários, obrigatórios ou de equilíbrio de mercado.

Sistemas de armazenamento

Os sistemas de armazenamento são fortes aliados na difusão das fontes renováveis, pois mitigam os efeitos da intermitência. Nas residências, a combinação de bateria com painéis solares permite carregar a bateria durante o dia e abastecer o imóvel no horário de pico, quando a energia é mais cara.

Esse tipo de instalação protege o consumidor de apagões, com a energia solar funcionando off-grid, e amplia a economia na conta de luz, reduzindo o uso da eletricidade da distribuidora até durante a noite (ABSOLAR, 2023b).

Eficiência energética

Eficiência significa fazer mais, ou ao menos o mesmo, com menos, sem perder conforto ou qualidade. Eficiência energética é gerar a mesma energia com menos recursos naturais, ou obter o mesmo serviço com menos energia. É um dos REDs mais importantes. Aliando equipamentos inteligentes de baixo consumo, ela adia custos de infraestrutura, reduz a demanda de pico e reforça a segurança do sistema (EPE, 2023).

Veículos elétricos

A produção de veículos elétricos cresce de forma consistente e tende a ser um RED relevante, integrando microgrids e CEVs. Segundo a Siemens, as vendas de veículos elétricos cresceram nos últimos cinco anos. A previsão é que igualem as vendas de veículos a combustão até 2030 e as superem até 2040 (Siemens, s.d.). A conexão desses veículos com baterias residenciais reforça seu papel como recurso distribuído.

Quais são os tipos de central elétrica virtual?

Existem dois grandes tipos: as centrais elétricas virtuais comerciais (CEVCs), que focam a participação no mercado para otimizar produção, oferta e demanda, e as técnicas (CEVTs), que oferecem serviços ancilares ao operador de transmissão, controlando frequência e tensão (Naval & Yusta, 2021). A escolha depende do objetivo e da regulação de cada país.

Segundo Naval e Yusta (2021), ao otimizar o controle e a coordenação entre fontes de geração e armazenamento, uma CEV satisfaz a demanda e obtém ganhos que dão acesso aos mercados tradicionais de energia. Assim, ela rompe barreiras de integração das renováveis na rede e caminha para um desenvolvimento sustentável.

O objetivo principal das CEVs é otimizar o gerenciamento e a programação de diferentes instalações de geração, além da estabilidade da rede, para maximizar o resultado final. As CEVCs usam modelos cuja função é maximizar a diferença entre custos e receitas de venda. Alguns modelos vão além e buscam, ao mesmo tempo, minimizar as emissões de GEE por meio de abordagens multiobjetivo.

A maioria dos países já adotou processos de liberalização e abertura à concorrência em seus mercados de eletricidade. Os tipos de mercado em que uma CEV pode atuar variam conforme a regulação local. Quer entender como essas diferenças moldam o negócio na prática? Esse é justamente o tema da nossa síntese sobre modelos de negócios de usinas virtuais.

Nos últimos anos houve crescimento substancial das usinas de geração renovável. Para favorecer a integração dessas plantas, os mecanismos de mercado precisam dar mais flexibilidade ao sistema e melhorar sua capacidade de lidar com a variabilidade e a incerteza da geração renovável (Naval & Yusta, 2021). Por isso cresce o desenvolvimento de serviços ancilares, mercados de serviços e contratos bilaterais.

Como estão as tendências das CEVs no Brasil?

Em 17 de junho de 2021, a ANEEL publicou a Nota Técnica nº 0076/2021 para investigar modelos regulatórios aplicáveis ao Brasil para a inserção de REDs, microrredes e CEVs, com base nas melhores práticas internacionais e nos potenciais impactos no setor (ANEEL, 2021). O movimento sinaliza que a regulação começa a olhar para essa tecnologia.

A perspectiva é inserir CEVs e REDs no Brasil por conta da modernização do setor elétrico e das políticas de descarbonização. Entre as medidas de modernização está a abertura do mercado de energia, que gera mais competitividade, atratividade de preços e poder de escolha para o consumidor, livre para negociar preços.

O setor se preparou para uma mudança relevante a partir de 2024, com a regra que permite a todos os consumidores conectados em tensão acima de 2,3 kV, o chamado grupo A, escolher seu fornecedor de eletricidade no mercado livre. Na prática, empresas com contas de luz superiores a R$ 10 mil passam a poder trocar de fornecedor (InfoMoney, 2023).

CEVs são intensivas em tecnologia. O desenvolvimento de aplicações com inteligência artificial, blockchain e computação em nuvem promete transformar os modelos de negócios, com mais liberdade, menor custo e mais velocidade nas transações. Reunindo essas políticas e tecnologias, dá para esperar uma mudança no panorama das distribuidoras, incorporando os três Ds da transição energética: descarbonização, descentralização e digitalização.

Perguntas frequentes sobre centrais elétricas virtuais

Qual a diferença entre central elétrica virtual e usina convencional?

Uma usina convencional gera energia em um único ponto centralizado. Uma central elétrica virtual integra muitos sistemas de geração distribuída, baterias e cargas, espalhados por vários locais, em um único sistema de controle (Naval & Yusta, 2021). O software faz todos atuarem como uma usina coordenada, sem concentrar a geração em um só lugar.

Sistemas solares residenciais podem participar de uma CEV?

Sim. Sistemas solares residenciais são geração distribuída, um dos cinco recursos energéticos distribuídos que uma CEV gerencia (Aguiar, 2022). Quando combinados com baterias, ganham ainda mais valor, pois armazenam energia no horário barato e abastecem no pico. Quanto mais sistemas instalados, maior o potencial dessa tecnologia no Brasil.

Já existe regulação de CEV no Brasil?

A regulação ainda está em construção. A ANEEL publicou a Nota Técnica nº 0076/2021 para estudar modelos aplicáveis ao país, considerando práticas internacionais e impactos no setor (ANEEL, 2021). A abertura do mercado livre de energia e as políticas de descarbonização criam o ambiente para que CEVs e REDs avancem nos próximos anos.

Considerações finais

As centrais elétricas virtuais aparecem como uma solução para otimizar a geração e a distribuição de energia a partir de fontes renováveis. Ao coordenar geração distribuída fotovoltaica, eólica, de biomassa e outras, elas gerenciam recursos energéticos distribuídos de forma eficiente, reduzindo custos, melhorando a estabilidade da rede e impulsionando uma transição energética sustentável.

Vale lembrar a força do setor solar brasileiro, que gerou R$ 33 bilhões em investimentos só no primeiro semestre de 2023 e acumula mais de R$ 170 bilhões desde 2012 (ABSOLAR, 2023). É essa base de geração distribuída que torna as CEVs viáveis no país.

No fim das contas, cada sistema solar instalado é uma peça desse futuro descentralizado. E aqui entra um ponto prático: para o integrador ou distribuidor, a barreira que mais atrapalha não é a tecnologia, é o preço na hora de fechar a venda.

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