Sistema Elétrico - Análise Técnico-Económica by Grupo Lidel

9cm 9cm XX 24cm 24cm

25,5mm

17cm X 24cm

ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA

Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica é um trabalho que analisa a problemática técnico-económica do setor energético e, em particular, de um sistema elétrico. O texto resulta da vivência de carreiras em empresas e entidades do setor elétrico e, também, da entrega ao ensino da Engenharia Eletrotécnica, na especialidade de Energia. Beneficia e reflete o pensamento habitualmente referido pela Escola dos Engenheiros Economistas Franceses, amplamente seguido em grandes empresas europeias de eletricidade.

A satisfação da procura e os custos no sistema elétrico são temas aprofundadamente estudados ao longo da cadeia de valor do sistema elétrico, que tem por objetivo a satisfação da procura da energia elétrica. Analisa-se a passagem dos custos de produção aos preços, mostrando-se que as soluções vigentes apresentam problemas, tal como reconhecido internacionalmente. Assim, a garantia de abastecimento/fornecimento é um tema atual e sobre o qual o livro se debruça longamente. A questão tarifária aborda os aspetos gerais da estrutura dos preços de venda da energia elétrica, apresentando os termos e os conceitos básicos utilizados na faturação da energia elétrica. Descreve-se um sistema tarifário, como exemplificação da teoria exposta nos capítulos iniciais.

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Apresentam-se algumas razões orientadoras para a promoção de medidas de eficiência no consumo de energia elétrica no âmbito da regulação setorial. A obra Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica destina-se a um público motivado para as questões energéticas e, em particular, para as do setor elétrico. As questões mais específicas e que requerem o uso de instrumentos matemáticos mais pesados são abordadas nos três anexos do livro.

Complementado com dezenas de casos concretos, envolvendo dilemas éticos para os engenheiros, esta edição atualizada inclui também códigos de ética profissional de diversas organizações e países.

Inclui glossário de termos correspondentes entre o português europeu e o português do Brasil.

ISBN 978-989-752-170-6 Patrocínio:

www.lidel.pt

9 789897 521706

SISTEMA ELÉTRICO ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA

A. Leite Garcia / João Santana / Maria José Resende / Pedro Verdelho

9cm X 24cm

A. Leite Garcia Engenheiro, Ex-Diretor do Órgão Central de Planeamento, Ex-Inspetor-Geral e Diretor Central de Inspeção e Auditoria da EDP. João Santana Professor Catedrático do IST. Maria José Resende Professora do IST. Pedro Verdelho Diretor da ERSE, Ex-Professor do IST.

A. Leite Garcia João Santana Maria José Resende Pedro Verdelho www.lidel.pt

Proporciona uma base sólida no domínio das matérias, necessária para aplicações mais avançadas. Com problemas resolvidos e propostos. Para cursos de Engenharia Eletrotécnica.

O livro começa por abordar a problemática da questão da procura e da oferta da energia no Mundo. O tema da energia versus ambiente é um assunto candente.

SISTEMA ELÉTRICO ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA

SISTEMA ELÉTRICO

A coleção de referência em português.

17cm X 24cm

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livrosdetexto@lidel.pt

Índice Geral

Os Autores.................................................................................................................................... IX Agradecimentos............................................................................................................................ XII Prefácio........................................................................................................................................ XIII Sobre o Livro................................................................................................................................. XVII Siglas e Abreviaturas..................................................................................................................... XXI Capítulo 1 Considerações Gerais sobre a Procura e a Oferta de Energia........................................ 1 1.1 Introdução.............................................................................................................................................. 1 1.2 Necessidades energéticas....................................................................................................................... 2 1.3 Procura de energia.................................................................................................................................. 3 1.4 Oferta de energia.................................................................................................................................... 6 1.4.1 Energia primária.......................................................................................................................... 6 1.4.2 Vetores de energia....................................................................................................................... 11 1.4.3 Eletricidade.................................................................................................................................. 12 1.5 Custo da eletricidade.............................................................................................................................. 14 1.6 Questões ambientais.............................................................................................................................. 16 1.6.1 Regular para aumentar a racionalidade do mercado.................................................................... 16 1.6.2 Efeitos da adoção de taxas de carbono......................................................................................... 19 1.6.3 Direitos de emissão versus taxas de carbono................................................................................ 20 1.6.4 Funcionamento e vantagens dos mercados de carbono............................................................... 22 1.6.5 Fiscalidade complementar exigindo grande harmonização internacional.................................... 26 1.6.6 Necessidade de uma reforma cultural, a nível global, local e pessoal........................................... 28 Capítulo 2 Procura da Energia Elétrica....................................................................................... 33 2.1 Introdução.............................................................................................................................................. 33 2.2 Procura muito variável no tempo............................................................................................................ 33 2.3 Variabilidade do consumo com a temperatura ambiente........................................................................ 38 2.4 Diferenciação geográfica e por nível de tensão....................................................................................... 40 2.5 Nova incerteza – A quota de mercado.................................................................................................... 43 Capítulo 3 Satisfação da Procura e Custos no Sistema Elétrico..................................................... 45 3.1 Introdução.............................................................................................................................................. 45 3.2 Investimentos e custos na produção....................................................................................................... 46 3.2.1 Função de produção da energia elétrica....................................................................................... 46 3.2.2 Custos de um centro eletroprodutor............................................................................................. 46 © Lidel-Edições Técnicas

III

IV Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica 3.2.3 Custos de produção do sistema eletroprodutor ............................................................................ 48 3.2.3.1 Custos no sistema equilibrado........................................................................................ 48 3.2.3.2 Considerações sobre os custos médios e marginais......................................................... 53 3.2.3.3 Custos dos centros produtores hidroelétricos.................................................................. 55 3.2.3.4 Sistema produtor não predominantemente térmico....................................................... 56 3.2.3.5 Efeitos de um choque nos preços dos combustíveis......................................................... 57 3.2.4 Complementaridade e coexistência de várias tecnologias............................................................ 58 3.2.5 Notas sobre o dimensionamento económico dos sistemas eletroprodutores................................ 59 3.2.5.1 Abandono parcial do contexto determinista................................................................... 59 3.2.5.2 Sistema bem dimensionado........................................................................................... 60 3.2.5.3 Consideração da incerteza nas tecnologias e nos preços................................................. 62 3.2.6 O risco nos custos de produção..................................................................................................... 64 3.2.6.1 Riscos associados à produção e quem os assume............................................................ 64 3.2.6.2 Inclusão do prémio de risco no custo de capital.............................................................. 65 3.2.6.3 Volatilidade dos custos variáveis..................................................................................... 68 3.3 Investimentos e custos na rede de transporte......................................................................................... 70 3.3.1 A função integradora da rede de transporte................................................................................. 70 3.3.1.1 Introdução...................................................................................................................... 70 3.3.1.2 Planeamento da rede de transporte............................................................................... 70 3.3.2 Estrutura de custos e períodos tarifários....................................................................................... 71 3.3.3 Interligação com outras redes...................................................................................................... 73 3.4 Investimentos e custos nas redes de distribuição.................................................................................... 78 3.4.1 Rede de distribuição como elo de ligação aos pequenos e médios consumidores finais............... 78 3.4.2 Dimensionamento económico das redes de distribuição.............................................................. 79 3.4.3 Cálculo de custos marginais do uso de redes................................................................................ 81 3.4.4 Perdas nas redes e custo marginal de fornecimento de energia elétrica....................................... 84 3.4.5 Custo da potência......................................................................................................................... 90 3.4.5.1 Principais encargos a considerar..................................................................................... 90 3.4.5.2 Encargos das ligações e alguns reforços de rede.............................................................. 90 3.4.5.3 Afetação à potência contratada e à potência de ponta da rede....................................... 92 3.4.6 Penalização por energia reativa em excesso................................................................................. 95 3.4.7 Promoção da qualidade de serviço e gestão do cliente................................................................. 99 3.5 Coordenação global do sistema.............................................................................................................. 107 3.5.1 Objetivos e funções desempenhadas............................................................................................ 107 3.5.2 Gestão técnica do sistema elétrico............................................................................................... 108 3.6 Comercialização...................................................................................................................................... 109

Capítulo 4 Garantia de Abastecimento....................................................................................... 111 4.1 Introdução.............................................................................................................................................. 111 4.2 Garantia de abastecimento e interruptibilidade...................................................................................... 113 4.2.1 Segurança de abastecimento (curto prazo).................................................................................. 114 © Lidel-Edições Técnicas

Índice Geral V 4.2.2 Disponibilidade de abastecimento (curto prazo a médio prazo)................................................... 115 4.2.3 Suficiência de abastecimento (longo prazo)................................................................................. 117 4.2.4 Adequação do sistema elétrico .................................................................................................... 117 4.2.5 Balanço de potência na situação de grande variabilidade da potência disponível........................ 120 4.2.6 Interruptibilidade......................................................................................................................... 123 4.2.7 Prémio de garantia de potência................................................................................................... 127 4.2.8 Prémio de garantia de potência num contexto de integração de mercados.................................. 130 4.3 Garantia de fornecimento obtida com informação descentralizada........................................................ 140 4.3.1 Prémio de garantia de fornecimento ........................................................................................... 140 4.3.2 Penalização pelo não fornecimento ............................................................................................. 144 4.3.2.1 Mais eficácia e melhor aceitação das folgas regulamentares.......................................... 144 4.3.2.2 Maior e mais fina aderência a uma realidade complexa e subjetiva................................ 146 4.3.2.3 Possibilidade de tratamento diferenciado dos clientes.................................................... 147 4.3.2.4 Cooperação responsável e remunerada entre produtores................................................ 149 4.3.2.5 Distribuição eficiente das folgas pelos diferentes produtores.......................................... 151 4.3.3 Reservas estratégicas de combustível .......................................................................................... 153 4.3.4 Diversidade e endogeneidade dos recursos ................................................................................. 155 4.3.5 A regulação anterior como caso particular e exemplar ................................................................ 156

Capítulo 5 Dos Custos aos Preços................................................................................................ 159 5.1 Introdução.............................................................................................................................................. 159 5.2 Regulação de monopólios naturais......................................................................................................... 160 5.2.1 Introdução................................................................................................................................... 160 5.2.2 Definição de monopólio natural................................................................................................... 160 5.2.3 Porquê regular monopólios?........................................................................................................ 162 5.2.4 Regulação independente............................................................................................................. 163 5.2.5 Objetivos da regulação................................................................................................................. 165 5.2.6 Regulação do custo do serviço ou da taxa de retorno................................................................... 166 5.2.7 Regulação por incentivos............................................................................................................. 168 5.3 Do monopólio regulado ao mercado concorrencial................................................................................. 169 5.4 Implementação do mercado no setor elétrico........................................................................................ 171 5.4.1 Sistema regulado......................................................................................................................... 171 5.4.2 Bolsa obrigatória de energia elétrica........................................................................................... 172 5.4.2.1 Introdução...................................................................................................................... 172 5.4.2.2 Custos versus preços no mercado elétrico do sistema equilibrado................................... 174 5.4.2.3 Custos versus preços no mercado elétrico de um sistema desequilibrado........................ 175 5.4.2.4 Alguns conceitos e conclusões........................................................................................ 177 5.4.3 Contratos bilaterais...................................................................................................................... 178 5.4.4 Mercados de futuros..................................................................................................................... 179 5.4.5 Integração de mercados............................................................................................................... 180 5.5 Características do negócio da produção de energia elétrica.................................................................... 183 © Lidel-Edições Técnicas

VI Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica 5.5.1 A rigidez da procura..................................................................................................................... 183 5.5.2 As barreiras à entrada no mercado............................................................................................... 184 5.5.3 Os custos de saída do mercado..................................................................................................... 184 5.5.4 Escasso comércio internacional.................................................................................................... 185 5.5.5 Não se pode armazenar................................................................................................................ 185 5.5.6 A predictibilidade da procura....................................................................................................... 185 5.5.7 O conhecimento dos competidores.............................................................................................. 185 5.6 Negócio de comercialização de energia elétrica...................................................................................... 186 5.7 Mercado muito especial da energia elétrica............................................................................................ 186 5.8 Considerações finais................................................................................................................................ 187

Capítulo 6 Aspetos Gerais da Estrutura dos Preços de Venda da Energia Elétrica.......................... 189 6.1 Introdução.............................................................................................................................................. 189 6.2 Termos e conceitos.................................................................................................................................. 189 6.3 Interface regulação/tarifas..................................................................................................................... 193 6.4 Tarifas..................................................................................................................................................... 194 6.4.1 Expressão geral da faturação a um cliente.................................................................................... 194 6.4.2 Simplificações da expressão geral................................................................................................ 196 6.4.2.1 Eliminação do termo constante....................................................................................... 196 6.4.2.2 Fusão dos termos de potência......................................................................................... 196 6.4.2.3 Contagem simples para os pequenos clientes de baixa tensão........................................ 197 6.4.2.4 Controlo das potências contratadas................................................................................ 198 6.4.2.5 Transferência dos encargos de potência tomada para a energia nos pequenos clientes de baixa tensão............................................................................................................... 198 6.4.2.6 Energia reativa................................................................................................................ 199 6.4.3 Aditividade das tarifas.................................................................................................................. 200 Capítulo 7 Outros Aspetos Relativos à Questão Tarifária.............................................................. 203 7.1 Introdução.............................................................................................................................................. 203 7.2 Eficiência económica e satisfação dos clientes........................................................................................ 206 7.2.1 Informação transparente sobre preços e sua evolução................................................................. 206 7.2.2 Seleção e priorização dos investimentos...................................................................................... 210 7.2.3 Análise de todo o sistema económico de energia......................................................................... 215 7.3 Tratamento da incerteza......................................................................................................................... 223 7.3.1 Surpresas do passado................................................................................................................... 223 7.3.2 Redução da incerteza................................................................................................................... 225 7.4 Qualidade de serviço e preservação do ambiente................................................................................... 230 7.4.1 Planeamento e qualidade técnica................................................................................................ 230 7.4.2 Interesse de um sistema de penalidades/incentivos..................................................................... 231 7.4.3 Qualidade comercial e imagem das empresas.............................................................................. 232 7.5 Coordenação entre preços de venda e preços de compra de eletricidade................................................ 233 7.5.1 Promoção da racionalidade tarifária e da eficiência energética.................................................... 233 © Lidel-Edições Técnicas

Índice Geral VII 7.5.2 Promoção da sustentabilidade ambiental.................................................................................... 235 7.6 Abertura do mercado e desagregação contabilística .............................................................................. 237 7.6.1 Equilíbrio económico-financeiro das empresas e escalamentos................................................... 240 7.6.2 Transparência, simplicidade e estabilidade.................................................................................. 242 7.6.3 Evolução tecnológica e maior atenção a efeitos comerciais.......................................................... 243 7.7 Tendências de evolução da estrutura tarifária......................................................................................... 243 7.7.1 Explicitação do preço da garantia de abastecimento.................................................................... 243 7.7.2 Maior número de postos tarifários............................................................................................... 244 7.7.3 Potência tomada em sintonia com a ponta da rede local.............................................................. 245 7.7.4 Maior atenção à potência contratada........................................................................................... 248 7.7.5 Explicitação dos custos do ciclo de leitura, faturação e cobrança.................................................. 250

Capítulo 8 Sistema Tarifário...................................................................................................... 251 8.1 Introdução.............................................................................................................................................. 251 8.2 Caracterização do sistema tarifário......................................................................................................... 254 8.2.1 Procedimentos e metodologia de cálculo das tarifas de Acesso às Redes de energia elétrica e de Venda a Clientes Finais.......................................................................................................... 254 8.2.2 Tarifas e atividades reguladas do setor elétrico............................................................................ 255 8.2.3 Tarifas de Acesso às Redes de energia elétrica.............................................................................. 256 8.2.4 Tarifas de Venda a Clientes Finais................................................................................................. 258 8.3 Metodologia de cálculo de cada tarifa.................................................................................................... 259 8.3.1 Estrutura de preços aderente à estrutura dos custos marginais ou incrementais.......................... 260 8.3.2 Variáveis de faturação adequadas à recuperação dos custos de acesso às redes........................... 262 8.3.3 Variáveis de faturação adequadas à recuperação dos custos de gestão do sistema....................... 262 8.3.4 Variáveis de faturação adequadas à recuperação dos custos das redes......................................... 264 8.3.5 Variáveis de faturação adequadas à recuperação de custos de política energética, ambiental e de interesse económico geral.................................................................................................... 268 8.3.6 Variáveis de faturação adequadas à recuperação dos custos de energia e de comercialização...... 269 8.4 Aditividade tarifária aplicada a uma tarifa bi-horária de um pequeno consumidor residencial de baixa tensão..................................................................................................................................................... 272 Capítulo 9 Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica............................................. 275 9.1 Introdução.............................................................................................................................................. 275 9.2 Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC)............................................... 276 9.3 Racionalidade económica adotada na métrica de avaliação das medidas do Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC)................................................................................... 277 9.4 Resultados do Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC)........................ 279 9.5 Considerações finais................................................................................................................................ 282 Anexo I Otimização do Sistema Eletroprodutor Térmico.......................................................... 283 AI.1 Modelo de otimização......................................................................................................................... 283 © Lidel-Edições Técnicas

VIII Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica AI.2 Comparação dos resultados obtidos com a programação linear e os obtidos no Capítulo 3 na otimização do sistema produtor.......................................................................................................... 285 AI.3 Aplicação do teorema de Kuhn e Tucker............................................................................................... 287

Anexo II Otimização do Sistema Eletroprodutor com Centrais Térmicas e Hídricas..................... 291 AII.1 Especificidades das centrais hidroelétricas.......................................................................................... 291 AII.2 Gestão das reservas de água................................................................................................................ 294 AII.3 Otimização a curto prazo..................................................................................................................... 300 AII.4 Otimização de longo prazo.................................................................................................................. 302 AII.5 Gestão das indisponibilidades programadas....................................................................................... 308 AII.6 Garantia da continuidade de fornecimento......................................................................................... 308 Anexo III Otimização do Sistema Elétrico com Rede de Transporte............................................ 315 AIII.1 Modelo matemático de despacho económico...................................................................................... 315 AIII.2 Preços nodais e rendas de geradores................................................................................................... 319 AIII.3 Custos sombra dos congestionamentos em rede................................................................................. 321 AIII.4 Equilíbrios de médio prazo e longo prazo............................................................................................ 323 AIII.5 Preços de uso de rede e questões tarifárias.......................................................................................... 327 AIII.6 Perspetivas de evolução da estrutura tarifária..................................................................................... 329 AIII.7 Regionalização da estrutura tarifária................................................................................................... 332 Posfácio........................................................................................................................................ 341 Bibliografia................................................................................................................................... 345 Índice Remissivo........................................................................................................................... 349 Glossário de Termos – Português Europeu e Português do Brasil..................................................... 351

Os Autores

A. Leite Garcia Licenciado em Engenharia Eletrotécnica, pela Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (1957). Posteriormente, esteve dois anos em Paris, onde se especializou em Engenharia Nuclear, no Institut de Sciences et Techniques Nucléaires, de Saclay. De 1966 a 1983, foi sendo nomeado para representar Portugal em grupos de trabalho com participantes de vários países, designadamente os grupos da UNIPEDE – União dos Industriais, Produtores e Distribuidores de Energia Elétrica, relativos à produção hidráulica, a estudos económicos e tarifários e a informática. Mais recentemente, em 2005/2006, foi membro do grupo de trabalho do Conselho Mundial da Energia para o estudo do papel da energia nuclear na Europa. Pertenceu à Comissão de Restruturação do Sector Eléctrico, de que resultou a criação da EDP, em 1976, e onde foi Diretor do Órgão Central de Planeamento, que organizou desde início. Coordenou o planeamento de novos centros produtores, recorrendo a grandes modelos informatizados de prestígio internacional, um dos quais (VALORÁGUA) foi desenvolvido sob sua orientação. Dirigiu a reforma e uniformização tarifária (1976-1985) e orientou a intensificação da eletrificação do território (1978/1983). Coordenou os estudos de equilíbrio económico-financeiro a médio prazo e a longo prazo da EDP e participou na elaboração dos planos energéticos nacionais (1961-1985). Coordenou a reorganização e informatização de procedimentos no domínio contabilístico-administrativo da EDP (1985-1988), tendo sido, sucessivamente, Inspetor-Geral e Diretor Central de Inspeção e Auditoria da EDP (1985/1998). Desempenhou o cargo de Consultor da Administração da Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos (ERSE) (1998/2007). É membro fundador da SEDES – Associação para o Desenvolvimento Económico e Social, foi Presidente da Comissão Nacional de Justiça e Paz e tem pertencido aos corpos sociais do Fórum Abel Varzim e da Associação Portuguesa da Energia.

X Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica

João Santana Licenciou-se, em 1976, em Engenharia Eletrotécnica, no Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa. Em 1979, obteve o grau de Mestre em Ciências Aplicadas, na Universidade Católica de Lovaina (Bélgica). Doutorou-se, em 1983, em Engenharia Eletrotécnica, no Instituto Superior Técnico. É Professor Catedrático do Instituto Superior Técnico desde 1994. Atualmente, está integrado no Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores – Investigação e Desenvolvimento (INESC-ID). Em agosto de 1996 iniciou as atividades da Comissão Instaladora da Entidade Reguladora do Sector Eléctrico. Em fevereiro de 1997, foi nomeado, por Resolução do Conselho de Ministros, Vogal do Conselho de Administração da Entidade Reguladora do Sector Eléctrico, onde permaneceu até 2004, durante dois mandatos. Como resultado da atividade científica publicou cerca de uma centena de artigos e tem publicado em órgãos da imprensa nacional textos relativos à problemática da energia e da indústria em geral. Colaborou com empresas e organizações nacionais em projetos experimentais e em estudos. É autor e coautor de três livros, um de natureza científica, Electrónica de Potência, editado pela Fundação Calouste Gulbenkian, um sobre política energética, Reflectir Energia, também editado pela Lidel, e outro, Introdução à Teoria da Microeconomia, editado pela ISTPress.

Maria José Resende Engenheira eletrotécnica e membro da Ordem dos Engenheiros. Em 1990 e 1998 obteve, respetivamente, os graus de Mestre e Doutor em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores no Instituto Superior Técnico. Desde 1985 que integra a Área Científica de Energia do Departamento de Engenharia Eletrotécnica do mesmo Instituto. Desenvolve atividade de investigação nas áreas das máquinas elétricas e eletrónica de potência, integrada no Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores – Investigação e Desenvolvimento (INESC-ID). É coautora de um livro sobre política energética, Reflectir Energia, também publicado pela Lidel.

Os Autores XI

Pedro Verdelho Obteve os graus académicos de Licenciatura, Mestrado e Doutoramento em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores, pelo Instituto Superior Técnico, em 1987, 1990 e 1995, respetivamente. Entre 1987 e 1995 desempenhou funções de Assistente no Instituto Superior Técnico. De 1995 a 2002 foi Professor Auxiliar no Instituto Superior Técnico da Universidade Técnica de Lisboa. De 2007 a 2013 foi membro investigador do Centro para a Inovação em Engenharia Eletrotécnica e Energia do Instituto Superior Técnico. De 1985 a 2007 foi membro investigador do Centro de Automática da Universidade Técnica de Lisboa. É responsável pela Direção de Tarifas e Preços da ERSE – Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, desde 1999. Participa de forma ativa nas atividades do CEER – Council of European Energy Regulators e da ACER – Agency for the Cooperation of Energy Regulators, com um enfoque em matérias relacionadas com o setor do gás natural, tarifas, eficiência energética e mercados designadamente de retalho. Colabora de forma ativa com o MEDREG – Mediterranean Energy Regulators Association, sendo Chair do MEDREG Gas Working Group. Os seus principais interesses centram-se na definição de tarifas e preços de eletricidade e gás natural, na eficiência energética, com uma incidência particular nos temas sobre consumo, regulação económica, qualidade de energia elétrica, eletrónica de potência, filtros ativos de potência, sistemas avançados de compensação de energia reativa, acionamentos e sistemas de geração de velocidade variável. Publicou mais do que uma centena de artigos nas áreas referidas. Recebeu o Meritorious Paper Award, em 1996, da IEEE Industrial Electronics Society.

Agradecimentos

Os autores exprimem o profundo agradecimento ao Dr. João Manso Neto, membro do Conselho de Administração Executivo da empresa EDP – Energias de Portugal, pelo Prefácio apresentado e pelo apoio financeiro concedido para a publicação do livro, que beneficiará, particularmente, os alunos da disciplina Economia e Mercados de Energia, do Instituto Superior Técnico. O referido Prefácio valoriza esta obra, ao identificar desafios que se colocam às empresas energéticas. Os autores agradecem elevadamente ao Professor Vítor Santos, Presidente da ERSE – Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, o Posfácio redigido, que valoriza este livro e identifica reptos que se colocam à regulação setorial.

XII

Prefácio

A energia elétrica faz parte do quotidiano de todos nós, mas frequentemente não nos apercebemos de que a estamos a utilizar na generalidade das atividades que levamos a cabo no nosso dia a dia. Tomamos a existência de energia elétrica como algo perfeitamente adquirido e, curiosamente, só nos apercebemos da sua importância quando esta falta. De facto, desde o despertador que nos acorda, ao telemóvel ou frigorífico que utilizamos ou ao elevador que nos transporta entre os pisos de um edifício, tudo envolve eletricidade. A televisão, o rádio, a luz que ilumina ou, mesmo, o computador em que este texto foi escrito, tudo tem subjacente, de uma ou outra forma, a energia elétrica. É para nós, hoje, muito difícil captar a verdadeira dimensão do que seria a vida sem esta forma de energia e ter a noção das alterações comportamentais que ocorreram na forma de estar do ser humano com a introdução generalizada da eletricidade. Desde os nossos hábitos alimentares, à nossa locomoção ou à forma como produzimos bens e serviços, tudo sofreu alterações profundas com o uso da eletricidade. No entanto, por detrás da energia elétrica, cuja utilização é trivial para todos nós, existe todo um sistema de enorme complexidade, cuja compreensão escapa à maioria dos cidadãos. De facto, a maioria das pessoas tem uma visão do setor elétrico que se resume à utilização que faz dessa energia (tipicamente, do contador de eletricidade para dentro da instalação de consumo) e à fatura de eletricidade que lhe chega às mãos periodicamente. O livro Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica tenta ajudar o leitor a compreender melhor tudo o que está a montante do “contador” e como tudo isso se reflete ou pode refletir na sua fatura. Não é uma tarefa simples, mas tem o mérito de beneficiar dos pontos de vista dos seus autores. De facto, para além da competência que é reconhecida a todos e a cada um, o livro reflete a diversidade das suas experiências profissionais e vivências, contribuindo para o enriquecimento dos conhecimentos do leitor. De uma forma sistematizada, são abordados, ao longo do livro, os aspetos que os autores consideram mais relevantes para o entendimento da organização e do funcionamento do setor elétrico. Só por isso, este livro já seria merecedor da sua atenção. © Lidel-Edições Técnicas

XIII

XIV Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica Mas as virtudes desta obra não se ficam por aqui. Este livro é também um importante contributo para basear novas reflexões sobre os desafios que se colocam ao setor elétrico. Atendendo a que várias vertentes do setor elétrico podem ser caracterizadas pelo enorme volume de investimentos e pelo longo prazo em que estes são recuperados (por exemplo, no âmbito da produção e da distribuição de energia elétrica), muito provavelmente, os adjetivos “inovador” ou “dinâmico” não serão as primeiras características em que pensamos quando nos referimos à eletricidade. No entanto, o setor tem vindo a registar uma (r)evolução silenciosa da qual não nos apercebemos, mas que está a decorrer e que pode justificar novas reflexões sobre a forma como pensamos a organização e o funcionamento do setor. A título meramente exemplificativo, e como forma de despertar o apetite do leitor para estas questões, passo a apresentar alguns contributos para essas reflexões. Os objetivos apresentados pela Comissão Europeia para 2030 no que respeita à redução de emissões, à eficiência energética e à penetração de renováveis (“Pacote Energia-Clima 2030”) vem acrescer aos desafios que a União Europeia e cada Estado Membro têm de superar. As teses dominantes assentam, frequentemente, num modelo idealista de energy-only market que seria acompanhado – a nível de política energética – apenas por um único objetivo de redução de emissões de CO2, eliminando metas específicas para penetração de energias renováveis ou eficiência energética. Nesta linha de pensamento, a adoção de mecanismos de capacidade apenas seria efetuada em último caso e de forma transitória, extinguindo-se assim que houver potência suficiente. Na mesma linha, esta corrente de pensamento defende a limitação dos apoios às renováveis, defendendo que o mecanismo de comércio de licenças de emissão será suficiente para desencadear os investimentos necessários em energias renováveis. Mas será este “modelo de funcionamento” eficaz? Será possível garantir a segurança do abastecimento e atingir os objetivos de sustentabilidade apenas com estes instrumentos? É sabido que descarbonizar implica investir em tecnologias capital-intensivas, requerendo previsibilidade e estabilidade de proveitos no longo prazo. No entanto, o mercado, por si só, tem-se revelado incapaz de atrair este tipo de investimentos, ou fá-lo com custos elevados pelo prémio de risco exigido. Na década de 90 do século XX, enfrentava-se uma “corrida ao gás”, os ativos encontravam-se depreciados e o peso das fontes renováveis no mix energético não era significativo.

Prefácio XV Assim, um mercado “marginalista” era adequado para atrair e remunerar os investimentos necessários ao sistema. No entanto, deparamo-nos, cada vez mais, com a necessidade de investimentos em baixo carbono (em regra, tecnologias capital-intensivas), com preços dos combustíveis voláteis e um maior peso das renováveis, sem que isso signifique, necessariamente, uma menor necessidade de capacidade de backup. Surge, assim, naturalmente, a necessidade de uma reflexão aprofundada sobre o “desenho do mercado”. Como é que este deve estar organizado? Como é que deve funcionar? Que instrumentos deverão estar ao alcance dos agentes económicos e dos decisores políticos para garantir que os pilares da política energética europeia e nacional são atingidos de forma equilibrada? Um mercado de contratação de longo prazo e concorrência ex ante será ou não preferível ao mercado “marginalista”? Quem estará disposto a investir em energias renováveis ou, mesmo, em geração convencional num cenário de dependência de um preço spot deprimido ou nulo? Paralela e complementarmente a estas questões que se colocam no âmbito grossista, há desafios e reflexões a realizar na vertente retalhista. Os desenvolvimentos tecnológicos permitem cada vez mais ao consumidor tomar o controlo efetivo da sua instalação elétrica. Permitem-lhe, inclusivamente, concorrer com a atividade de produção – seja via micro e minigeração, seja pelo desenvolvimento de soluções de armazenamento que apresentam uma disponibilidade para o mercado não muito longínqua no tempo. Num sistema de crescente independência do consumidor – quer a nível de decisão de consumo (e produção) quer no que respeita a independência da rede –, quais são as consequências técnicas e económicas para o funcionamento do sistema elétrico? Neste âmbito, há que refletir sobre o impacto que a desejável eficiência energética e a geração distribuída têm para a sustentabilidade do sistema. Por exemplo, como se compaginam os custos fixos da infraestrutura existente – seja a nível de capacidade de geração de backup, seja a nível de redes de transporte e distribuição – com a variabilidade existente dos custos? Se nos anos 90 do século XX uma estrutura tarifária volumétrica era adequada atendendo ao crescimento que se verificava da procura e à necessidade de expansão das redes, não será agora de pensar em tarifas com maior peso fixo, considerando a atual estabilidade da procura e o crescimento previsível da geração distribuída?

XVI Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica Deixo os leitores com as palavras dos autores, na certeza de que estas fornecerão as bases necessárias para uma melhor compreensão do setor elétrico e os ajudem a uma necessária e fundamental reflexão sobre os desafios e os caminhos que se colocam ao setor elétrico, já no presente.

João Manso Neto Conselho de Administração da EDP Outubro de 2015

Sobre o Livro

O livro Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica é um trabalho coletivo motivado pela problemática técnico-económica do setor energético e, em particular, de um sistema elétrico (não necessariamente do sistema português, mas a este se recorre para ilustrar algumas situações). O texto reflete a vivência de carreiras em empresas e entidades do setor elétrico e, também, a entrega ao ensino da Engenharia Eletrotécnica, na especialidade de Energia1. Beneficia e reflete o pensamento habitualmente referido por Escola dos Engenheiros Economistas Franceses, seguido, largamente, nas grandes empresas europeias de eletricidade, com relevo para a Électricité de France (EdF) e a Vattenfall (empresa sueca de eletricidade), e objeto de discussão e aperfeiçoamento no interior de organizações internacionais, com destaque para a União Internacional de Produtores e Distribuidores de Energia Elétrica (UNIPEDE)2. Em 2014, a atribuição a Jean Tirole do Prémio Nobel da Economia, por análise do poder e regulação de mercado, reanimou o interesse pela linha de pensamento desta Escola dos Engenheiros Economistas Franceses, evidenciando que não se limitou a ser uma ferramenta de excelência para as autoridades da concorrência nas já longínquas fases de industrialização ou de planificação. Passando pela clarificação das condições de equidade dos serviços e da sua tarificação, continua a orientar e a revolucionar a economia moderna, designadamente, nos setores da energia, dos transportes e das telecomunicações. Recusando fantasias como as de que os mercados se autorregulam ou de que são transparentes e de que todos os agentes económicos possuem informação perfeita, propõe uma regulação pública numa economia social de mercado, que, neutralizando abusos de poder e visando o interesse geral, induza o mercado a funcionar como se estivesse em concorrência perfeita, apesar de não estar. Recorrendo à Psicologia, esta regulação não deixa de atender aos comportamentos estratégicos dos agentes e de os condicionar quando necessário. Com o inconveniente de limitar a compreensão das suas análises a uma elite, esta Escola dos EDP – Energias de Portugal, Redes Energéticas Nacionais (REN), ERSE – Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos e Instituto Superior Técnico (IST). 2 A UNIPEDE foi, posteriormente, sucedida pela atual EURELECTRIC (The Union of the Electricity Industry). Antes da liberalização do setor, as empresas de eletricidade, em regime de monopólio no interior de cada país ou da respetiva área de concessão, ainda não competiam umas com as outras e cooperavam intensamente no interior de Associações deste tipo, de que também se deve referir a americana IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Instituições onde se partilhavam as melhores práticas e se buscavam e aperfeiçoavam as soluções para problemas comuns. As atas e as comunicações dos seus Congressos, Seminários e grupos de trabalho constituíam uma fonte preciosa de informação técnica e tecnológica, com a vantagem de estar validada pelas respetivas associações, o que não tem paralelo na atual Internet, então inexistente. 1

XVII

XVIII Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica Engenheiros Economistas Franceses usa uma linguagem matemática avançada para, desapaixonadamente, superar clivagens políticas ou ideológicas. Passamos a apresentar, resumidamente, os temas abordados nos capítulos e nos anexos que constituem esta obra. No Capítulo 1, “Considerações Gerais sobre a Procura e a Oferta de Energia”, tecem-se algumas considerações gerais sobre a procura e a oferta de energia. A “Procura da Energia Elétrica” constitui o Capítulo 2, no qual se tecem algumas considerações sobre esse assunto. O Capítulo 3, “Satisfação da Procura e Custos no Sistema Elétrico”, aborda a problemática dos custos ao longo da cadeia de valor do sistema elétrico, que tem por objetivo a satisfação da procura da energia elétrica. No Capítulo 4, “Garantia de Abastecimento”, analisa-se a problemática da garantia de abastecimento/fornecimento. O Capítulo 5, “Dos Custos aos Preços”, ilustra como são obtidos os custos e, nomeadamente, como se processa a passagem dos custos aos preços. No Capítulo 6, “Aspetos Gerais da Estrutura dos Preços de Venda da Energia Elétrica”, começamos por apresentar os termos e os conceitos básicos utilizados na faturação da energia elétrica. O Capítulo 7, “Outros Aspetos Relativos à Questão Tarifária”, tal como o seu título indicia, aborda temas relativos aos preços e às tarifas não inteiramente aprofundados noutros capítulos. No Capítulo 8, “Sistema Tarifário”, é descrito um sistema tarifário como exemplificação da teoria exposta nos capítulos anteriores. No Capítulo 9, “Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica”, apresentam-se as razões orientadoras para a promoção de medidas de eficiência no consumo de energia elétrica no âmbito da regulação setorial. O mecanismo concebido para o efeito designa-se por Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC). No Anexo I, “Otimização do Sistema Eletroprodutor Térmico”, apresenta-se o modelo de otimização de um sistema eletroprodutor apenas com centrais térmicas que satisfaz, ao mínimo custo, um dado consumo de energia elétrica. Este modelo traduz, matematicamente, a metodologia gráfica de seleção de tecnologias descrita, de uma forma didática, no Capítulo 3. A “Otimização do Sistema Eletroprodutor com Centros Produtores Térmicos e Hídricos” constitui o Anexo II. O Anexo III, “Otimização do Sistema Elétrico com Rede de Transporte”, tem em conta a rede de transporte e de interligação que, nos Anexos I e II, foi omitida ou reduzida a um único nó. A obra Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica está redigida de modo a que possa interessar a um público motivado para as questões energéticas. Reconhece-se que existem questões mais específicas e que requerem o uso de instrumentos matemáticos mais pesados (são abordadas nos anexos do livro). É ainda de salientar que o sistema de tarifação da eletricidade praticado em Portugal, apresentado neste livro, tem tido um reconhecimento internacional. Os convites, que têm sido © Lidel-Edições Técnicas

Sobre o Livro XIX feitos para apresentar o nosso sistema de tarifação em países interessados em aperfeiçoar os respetivos sistemas tarifários, e as referências ao trabalho por cá desenvolvido em revistas e livros da especialidade são uma prova deste reconhecimento. A base do conteúdo desta obra tem sido utilizada na unidade curricular Economia e Mercados de Energia, no Mestrado de Engenharia Eletrotécnica e Computadores e no Mestrado em Engenharia e Gestão de Energia do IST. O êxito desta disciplina pode ser ilustrado pela sua crescente procura anual – dos mais de 120 alunos que a frequentam, pouco menos de metade provêm das mais variadas partes do Mundo.

Capítulo 1

Considerações Gerais sobre a Procura e a Oferta de Energia

1.1 Introdução Neste capítulo, tecem-se algumas considerações gerais sobre a procura e a oferta de energia, as quais são determinadas pelas necessidades e aspirações por satisfazer, pois, para a produção de bens e serviços, é necessário o recurso à energia. A nível mundial, o consumo de energia per capita apresenta enormes disparidades. Para ilustrar este facto, são apresentados quatro grupos de países como amostra. Face aos dados apresentados, como, por exemplo, o facto de cada habitante dos Estados Unidos da América (EUA) consumir 16 vezes mais do que o da Índia, é irrealista pensar que o consumo mundial de energia irá diminuir, embora seja necessário e desejável que tal aconteça nos países mais consumidores. Contrariamente ao que se tem verificado na generalidade dos países europeus, o consumo de energia, na Península Ibérica, tem crescido de uma forma acentuada nas duas últimas décadas (até 2006). É de referir, ainda, que o consumo de energia per capita em Portugal corresponde a cerca de 75% do verificado em Espanha. A oferta de energia baseia-se nas fontes de energia primárias: combustíveis fósseis; renováveis; energia nuclear; e “conservação de energia”. As previsões internacionais relativas à oferta da energia primária baseiam-se, também, na utilização dos combustíveis fósseis. A questão de as reservas dos combustíveis fósseis serem finitas é uma preocupação reconhecida desde há largas décadas; a Humanidade, no seu desenvolvimento, tem de assumir, globalmente, esta realidade. Deste modo, as questões da economia de energia, das energias renováveis e do nuclear (cisão e fusão) devem colocar-se com acuidade. A eletricidade é o vetor de energia de excelência e universal. Ela pode ser obtida a partir de energias renováveis, mas, neste momento, uma grande parte da energia elétrica é obtida a partir dos combustíveis fósseis. A finalizar o capítulo, são abordadas algumas questões relacionadas com a problemática ambiental. A capacidade natural de reprocessamento do dióxido de carbono (CO2) pelo sistema Terra é limitada. Assim, coloca-se a questão de distribuir este bem comum pela Humanidade. Apontam-se alguns caminhos, nomeadamente, os benefícios resultantes da © Lidel-Edições Técnicas

Satisfação da Procura e Custos no Sistema Elétrico 57

3.2.3.5 Efeitos de um choque nos preços dos combustíveis A situação descrita na Secção 3.2.3.1 corresponde à situação otimizada. Na verdade, o sistema eletroprodutor equilibrado é caracterizado por apresentar valores de potência das tecnologias (base, intermédia e ponta) que dependem dos respetivos custos fixos e variáveis, de modo a obter o mínimo custo total de produção. Vamos, agora, admitir que, mantendo-se o consumo e as potências instaladas das três tecnologias consideradas, se verifica uma alteração significativa nos preços dos combustíveis, exceto no da base, que permanece constante (Tabela 3.3). Tabela 3.3 Novos custos fixos e variáveis das tecnologias Tecnologia de produção

Custo fixo [$/MW/ano]

Custo variável [$/MWh]

Base

240000

Intermédia

160000

Ponta

80000

160

Com as hipóteses formuladas, as utilizações das tecnologias são as definidas na Figura 3.2, pelo que, naturalmente, a expressão 3.11 deixa de se verificar, o que estabelece uma situação não eficiente; nestas condições, o sistema não é equilibrado. Nesta situação não equilibrada, é possível calcular os custos totais de cada tecnologia e do sistema na sua globalidade, que são ilustrados na Tabela 3.4. Tabela 3.4 Novos custos totais Tecnologia de produção

Custo total [$×109]

Base

5,940

Intermédia

1,992

Ponta

0,541

Total

8,473

A análise das Tabelas 3.2 e 3.4 permite obter resultados interessantes: ■■

■■

A duplicação dos preços dos combustíveis, exceto do da base que se mantém constante, incrementa o custo total em 10%; A subida dos preços dos combustíveis mantendo o de base constante traduz a situação vivida nos últimos anos, em que os preços do gás natural e fuelóleo subiram extraor© Lidel-Edições Técnicas

78 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica

3.4 Investimentos e custos nas redes de distribuição 3.4.1 Rede de distribuição como elo de ligação aos pequenos e médios consumidores finais A rede de distribuição destina-se a conduzir a energia elétrica até aos consumidores, na verdade, a rede de distribuição é o elo de ligação do sistema elétrico aos consumidores finais: domésticos; de serviços; ou industriais. A rede de distribuição em Portugal31 é alimentada a partir da rede de transporte, através de subestações que estabelecem o nível de tensão de 60 kV. A rede com este nível de tensão, alta tensão é, por vezes, designada de repartição ou de grande distribuição. Em Portugal, a rede de média tensão é caracterizada, regionalmente, pelos seguintes níveis de tensão: 10 kV; 15 kV; e 30 kV. A rede de média tensão é alimentada a partir da rede de repartição, através de subestações, e fornece energia aos PT. A rede de baixa tensão é caracterizada, na Europa, pela tensão de 400 V/230 V (tensão composta/tensão simples) e é alimentada pela rede de média tensão através de PT. A breve descrição da rede de distribuição sugere que o trânsito de energia se efetua do nível de tensão elevada para o nível de tensão reduzida. Isto verifica-se para a maior parte da energia transitada, no entanto, sempre existiu uma produção ligada à rede de distribuição, sendo que, atualmente, se verifica um incremento da produção descentralizada, favorecida pelos elevados preços da sua aquisição, o que pode forçar o trânsito de um nível de tensão mais baixo para uma tensão mais elevada. Na rede de baixa tensão, a injeção de potência ativa, pela microgeração, em pontos de entrega eletricamente afastados do PT, pode provocar, no vazio, tensões elevadas. Os consumidores finais de energia elétrica (domésticos, de serviços ou industriais) diferem entre si pela potência que a respetiva instalação requer. Pode afirmar-se que quanto maior for a potência do consumidor, mais elevado é o nível de tensão ao qual ele está ligado. Nem sempre se verifica esta regra, pois o nível de tensão não é uma grandeza contínua, podendo acontecer que uma rede de um dado nível de tensão esteja próximo do consumidor, o que favorece a sua ligação a esta rede. As redes de distribuição constituem um setor do sistema elétrico que, à semelhança da rede de transporte, é considerado um monopólio natural. Assim, estão sujeitas à regulação económica, pelo que os seus custos de operação e investimentos são submetidos à aprovação da ERSE. Decomposição da rede de distribuição: 110 kV > alta tensão > 45 kV; 45 kV > média tensão > 1 kV; 1 kV > baixa tensão.

Satisfação da Procura e Custos no Sistema Elétrico 105

TIEPI Portugal

Banda superior

Banda inferior

Perdas de referência

350 307.30 300

263.00

TIEPI [minutos]

250

222.15

200 150

118.05 113.54 113.77

100

80.02% 91.8

93.32

90.99 55.79

50 0 2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012

2013

2014

Fonte: ERSE (2012b).

Figura 3.14 Continuidade de serviço nas redes de distribuição.

ϰϱϬ ϰϬϬ ϯϱϬ ϯϬϬ ϮϱϬ ϮϬϬ ϭϱϬ ϭϬϬ ϱϬ Ϭ ϮϬϬϬ

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Fonte: ERSE (2012b).

Figura 3.15 Continuidade de serviço nas redes de distribuição. © Lidel-Edições Técnicas

194 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica Aprofundando a análise dos preços por parte da Regulação, conclui-se que não é suficiente determinar o nível do tarifário de cada empresa que promoveria uma gestão eficiente dessa empresa. Também se devem evitar subsidiações cruzadas entre diferentes segmentos do mercado, assegurando que os níveis das diferentes tarifas de uma empresa refletem os custos correspondentes e que, deste modo, induzem uma utilização eficiente da energia e dos recursos associados, promovendo uma gestão eficiente em toda a economia, e não apenas nas empresas do setor elétrico. A atual desintegração vertical do setor, separando as atividades de produção, transporte, distribuição e comercialização, por um lado, e a necessidade de não prejudicar o equilíbrio económico-financeiro das respetivas empresas, por outro lado, asseguram que a macroestrutura do tarifário global reflete a estrutura dos custos correspondentes a estas atividades.

6.4 Tarifas 6.4.1 Expressão geral da faturação a um cliente A expressão aritmética da tarifa de Venda a Clientes Finais que tem sido adotada é dita binómia, por faturar, separada e explicitamente, a potência e a energia. No entanto, o número de termos necessário à faturação de um cliente é, quase sempre, superior a dois. Os termos de energia são, geralmente, desdobrados em três (horas de ponta, horas cheias e horas de vazio), segundo o momento de entrega, e a potência faturada corresponde, normalmente, a uma média ponderada da potência contratada e da potência tomada. A faturação de um cliente final pode ser considerada como obedecendo à seguinte expressão geral (expressão 6.1):

(6.1)

onde: F é o valor da faturação do cliente em causa; a, b, c, d, e, f são os parâmetros com a dimensão de preço; PC é a potência contratada do cliente; PT é a potência tomada do cliente; Wp é a energia nas horas de ponta do cliente; Wc é a energia nas horas cheias do cliente; Wv é a energia nas horas de vazio do cliente. © Lidel-Edições Técnicas

206 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica

7.2 Eficiência económica e satisfação dos clientes 7.2.1 Informação transparente sobre preços e sua evolução Os preços devem promover uma utilização racional e eficiente dos recursos, quer do lado da oferta quer do lado da procura. Na Secção 3.2.5, demonstrou-se que, num sistema eletroprodutor bem dimensionado, a adoção de preços aderentes aos custos marginais de produção proporciona a cobertura dos encargos fixos e variáveis das centrais e responsabiliza os consumidores pelos recursos utilizados para produzir a energia que utilizam. Na Secção 3.4, esta conclusão foi alargada ao conjunto do sistema elétrico, centrais e redes. Assim, a aderência dos preços aos custos é condição de maximização do excedente do produtor e promove a eficiência na utilização dos recursos a montante do contador, local onde se efetua a medição das quantidades de energia transacionadas e os preços lhes são aplicados. Esta aderência dos preços aos custos é, igualmente, necessária para garantir a eficiência na utilização dos recursos a jusante do contador. Com efeito, preços superiores/inferiores aos custos reduzem/aumentam a utilização da eletricidade e/ou a sua substituição por outras formas de energia menos eficientes para o fim procurado com aquela utilização: iluminação; força motriz; aquecimento; ou outro. Ineficiência que não se concretiza apenas na substituição de formas de energia, mas também na substituição dos equipamentos e dos processos associados, pois a menor ou a maior preferência pela energia elétrica não assentam apenas no seu preço, mas no custo total do fim procurado, para igual utilidade, visando a maximização do excedente do consumidor. Atente-se que as ineficiências resultantes da não aderência dos preços aos custos não se limitam ao produto das diferenças entre os preços e os custos pelas diferenças das correspondentes quantidades de energia elétrica utilizadas; também incluem as diferenças resultantes de escolhas inadequadas de equipamentos ou processos de iluminação, força motriz, aquecimento, etc. No entanto, para promover a eficiência económica e o bem-estar não basta que, tanto quanto possível, os preços praticados se aproximem dos custos marginais; é preciso que a informação sobre preços e respetiva evolução seja transparente e acessível a todos os agentes do mercado, condição, aliás, necessária para que o mercado possa ser considerado competitivo. Qualquer redução de transparência sobre os preços praticados no mercado, com o acréscimo de tempo necessário para acordar um preço ou para procurar um fornecedor idóneo, causa um generalizado desperdício. Uma oferta desordenada de descontos, especialmente, quando baseada em características subjetivas, isto é, independentes das características técnicas e económicas do fornecimento, para além de dificultar a comparação de preços e a consequente escolha do fornecedor, deve ser considerada como um indicador de margens excessivas. © Lidel-Edições Técnicas

254 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica

8.2 Caracterização do sistema tarifário Com o objetivo de enquadrar a metodologia de cálculo das tarifas, caracteriza-se, sucintamente, o atual sistema tarifário português. Consideram-se as tarifas de Acesso às Redes que são aplicadas a todos os consumidores de energia elétrica pelo uso das infraestruturas. Estas tarifas de Acesso às Redes são pagas, na situação geral, pelos comercializadores em representação dos seus clientes. Adicionalmente, podem ser pagas diretamente pelos clientes que sejam agentes de mercado (clientes que compram a energia diretamente nos mercados e que se responsabilizam pela gestão dos seus desvios de programação). A existência de comercializadores de último recurso é acompanhada pela existência de tarifas de Venda a Clientes Finais aplicáveis aos seus clientes, que são calculadas adicionando-se às tarifas de Acesso às Redes as tarifas de Comercialização e de Energia. Estas duas últimas refletem, por um lado, os custos de comercialização do comercializador de último recurso e, por outro lado, os custos de aprovisionamento de energia, para abastecimento dos seus clientes, em mercados organizados ou mediante contratação bilateral sujeita a aprovação prévia da ERSE.

8.2.1 Procedimentos e metodologia de cálculo das tarifas de Acesso às Redes de energia elétrica e de Venda a Clientes Finais A ERSE tem a responsabilidade de elaborar e publicar o Regulamento Tarifário, onde é estabelecida, em detalhe, a metodologia de cálculo das tarifas e dos preços, bem como as formas de regulação dos proveitos permitidos. A aprovação do Regulamento Tarifário é precedida de consulta pública e de parecer do Conselho Tarifário. O cálculo das tarifas obedece à metodologia de cálculo previamente estabelecida no Regulamento Tarifário. O processo de fixação das tarifas, incluindo a sua calendarização, está também instituído regulamentarmente. Até 01 de maio de cada ano, as empresas reguladas enviam à ERSE os dados físicos e contabilísticos referentes ao ano anterior. As estimativas para o ano em curso e as previsões para o ano seguinte são enviadas até 15 de junho. Com base nessa informação e em eventuais esclarecimentos adicionais, a ERSE formula uma proposta de tarifas devidamente justificada, que envia ao Conselho Tarifário até 15 de outubro. O Conselho Tarifário, onde estão representados os consumidores e as empresas reguladas, analisa a proposta da ERSE e envia o seu parecer até 15 de novembro. Tendo em conta esse parecer (não vinculativo), a ERSE publica, até 15 de dezembro, as tarifas a vigorar a partir de 01 de janeiro do ano seguinte. © Lidel-Edições Técnicas

258 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica A transparência na formulação de tarifas, que é consequência da implementação de um sistema deste tipo, assume especial importância para os clientes sem experiência na escolha de fornecedor e, em particular, para os clientes com menos informação.

8.2.4 Tarifas de Venda a Clientes Finais Conforme referido anteriormente, as tarifas de Venda a Clientes Finais aplicadas pelo comercializador de último recurso aos seus clientes resultam da soma das tarifas de Acesso às Redes com as tarifas de Energia e de Comercialização do comercializador de último recurso. Os preços das tarifas de Venda a Clientes Finais de cada variável de faturação são obtidos por adição dos correspondentes preços das tarifas referidas. Esta metodologia de cálculo das tarifas apresenta-se, de forma simplificada, na Figura 8.2, designando-se por aditividade tarifária. Tarifa de Energia + Tarifa de Comercialização Preços

+ Tarifa de Acesso às Redes

Energia reativa [€/kvarh]

Energia em horas de supervazio [€/kW]

Energia em horas de vazio normal [€/kW]

Energia em horas de cheias [€/kW]

Energia em horas de ponta [€/kW]

Potência em horas de ponta [€/kW/mês]

Potência contratada [€/kW/mês]

Termo ﬁxo [€/mês]

= Tarifa de Venda a Clientes Finais

Variáveis de faturação

Fonte: ERSE (2012b).

Figura 8.2 Aditividade tarifária aplicada ao cálculo das tarifas de Venda a Clientes Finais. Esta forma de determinação das tarifas aplicáveis pelo comercializador de último recurso, geralmente, o comercializador incumbente resultante do monopólio verticalmente integrado do passado e ainda com interesses em termos de propriedade nos operadores de rede, permite assegurar a inexistência de subsidiações cruzadas entre: (i) atividades de monopólio (atividades de rede) e atividades de mercado (comercialização e venda de energia elétrica); (ii) clientes do comercializador de último recurso com características de consumo diferentes; (iii) clientes do comercializador de último recurso e clientes que participam no mercado; e (iv) comercializadores de último recurso e comercializadores de mercado. © Lidel-Edições Técnicas

276 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica tricas, é possível concluir que a sociedade europeia apresenta maiores índices de eficiência energética. Consumo de energia per capita [kWh] (eletricidade, gás natural e petróleo)

140000 120000 100000

Canadá EUA

80000 60000

Espanha

40000

Japão

Rússia Brasil

20000

Índia

China 10000

Portugal 20000

30000

40000

50000

60000

70000

PIB per capita [106 US$]

Fonte: ERSE (2009).

Figura 9.1 A eficiência energética da UE face a outros estados do Mundo. Como se pode verificar na Secção 1.3, uma baixa intensidade energética das economias europeias não significa que o respetivo consumo per capita seja diminuto.

9.2 Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC) Reconhecendo a necessidade de se promover a eficiência no consumo de energia elétrica em resultado da persistência de diversas barreiras ou falhas de mercado que dificultam ou impedem a tomada de decisões eficientes, a ERSE (2008) estabeleceu, no Regulamento Tarifário do Sector Eléctrico, um mecanismo competitivo de promoção de ações de gestão da procura, designado por Plano de Promoção da Eficiência no Consumo de Energia Elétrica (PPEC), que tem, em 2007, o seu primeiro ano de implementação (ERSE, 2007b). O PPEC tem como objetivo a promoção de medidas que visam melhorar a eficiência no consumo de energia elétrica, através de ações empreendidas pelos comercializadores, operadores de redes, entidades de promoção e defesa dos interesses dos consumidores de energia elétrica, agências de energia, universidades e centros de investigação, destinadas aos consumidores dos diferentes segmentos de mercado. As ações resultam de medidas específicas propostas pelos promotores anteriormente referidos, sujeitas a um concurso de seleção, que permite selecionar as melhores medidas de eficiência energética a implementar pelos promotores, tendo em conta o orçamento anual do PPEC disponível. © Lidel-Edições Técnicas

Posfácio

Estamos a completar duas décadas vividas intensamente, ao ritmo de profundas mutações do setor energético e sob o impulso de novas perspetivas sobre o papel do Estado na regulação das indústrias de rede. Este livro constitui um testemunho vivo de quatro protagonistas, muito ativos e empenhados em todo este processo, que nos dão uma visão própria de toda esta dinâmica de transformação passada e que antecipam os desafios futuros do setor elétrico. Tratando-se de quatro autores com experiências profissionais distintas, não estamos perante um livro académico mas sim de um documento, simultaneamente pragmático e rigoroso, onde estão plasmados os desejos, as reflexões e, por vezes, até as perplexidades de quem se envolve neste tipo de projetos. O setor elétrico é uma indústria de rede que, em alguns segmentos da cadeia de valor, tem características típicas de um monopólio natural, muito marcada por externalidades de diferentes naturezas e fortemente condicionada pela existência de informação imperfeita e/ou assimétrica. Adicionalmente, é uma indústria que envolve investimentos em infraestruturas que, muitas vezes, têm a natureza de custos afundados e têm subjacentes períodos de vida útil muito longos. No caso específico do setor elétrico, não podem ainda ignorar-se fatores como sejam, entre outros, a relevância da segurança de abastecimento, as peculiaridades existentes no processo de ajustamento entre a procura e a oferta suscitadas pelas especificidades que caracterizam a armazenagem da eletricidade, a proteção dos consumidores mais vulneráveis e o respeito pelas obrigações de serviço público. Mas, para além destas alterações de natureza endógena, o modelo de funcionamento do setor elétrico foi também muito marcado pelas reflexões teóricas e pelo consenso gerado em torno de um novo paradigma de atuação do Estado. De uma perspetiva baseada num Estado que acumulava as funções de acionista, produtor e (autor)regulador, passou-se, em períodos mais recentes, para uma nova conceção, mais descentralizada e focalizada no aproveitamento da dinâmica e da eficiência dos mercados concorrenciais, em que a função regulação é assumida por entidades reguladoras independentes (Santos, 2007, p. 19). A profunda reorganização do setor elétrico baseado na existência de monopólios públicos verticalmente integrados para um modelo de funcionamento focalizado na separação entre atividades competitivas e monopólios naturais, no livre acesso às redes, na privatização das © Lidel-Edições Técnicas

341

342 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica empresas e na criação de reguladores independentes tem a sua fundamentação na ocorrência das transformações que se apresentam seguidamente (Santos, 2007, p. 20): ■■

■■

O setor foi protagonista de profundas mutações tecnológicas que permitiram reduzir as economias de escala na produção, os custos de transação associados à coordenação entre atividades posicionadas em diferentes segmentos da cadeia de valor, a redução do tempo de construção das novas centrais, a redução do nível de investimento por unidade de energia e a adoção de novas formas descentralizadas de produção e comercialização da energia; As falhas de Estado puseram em causa o modelo de autorregulação dos monopólios públicos. A falência dos modelos políticos e das estratégias de desenvolvimento económico e social baseados no planeamento centralizado e o insucesso das opções excessivamente intervencionistas, assumidas um pouco por diferentes países à escala planetária, conduziram a uma praxis económica basicamente caracterizada pela assunção clara de um Estado menos intervencionista e mais regulador, basicamente preocupado em superar os fracassos de mercado de forma a garantir um funcionamento eficiente das economias; A minimização das barreiras ao acesso de novos entrantes nos mercados nacionais e a integração de mercados conduziram a que as estratégias empresariais das empresas incumbentes estejam cada vez menos focadas nos seus mercados nacionais de origem e progressivamente mais apostadas na internacionalização e na diversificação de mercados; Até bem recentemente, todo o processo de reestruturação e a reforma do setor energético estiveram concentrados do lado da oferta (os atores foram os operadores). A partir de agora, a procura será o foco dinamizador das grandes transformações, e os consumidores passarão a ser protagonistas da mudança, acumulando as suas funções tradicionais com a de microgeradores e microarmazenadores e passando a ter um papel decisivo na promoção da eficiência energética.

Neste contexto, o setor energético tem sido palco de processos muito dinâmicos de reestruturação empresarial e inovação regulatória, que têm contribuído para mutações muito substanciais e profundas no seu funcionamento e desempenho. A desintegração vertical (unbundling), a institucionalização dos reguladores independentes, a consolidação da regulação económica e o reforço da supervisão de mercados, a promoção de mecanismos visando a desconcentração e a promoção da concorrência nos segmentos competitivos das cadeias de valor, a cooperação entre reguladores de forma a viabilizar a harmonização regulatória e a criação dos mercados regionais, como mecanismo transitório visando a concretização da União Energética, são alguns dos passos que já foram dados na busca de mercados energéticos mais competitivos, mais eficientes e com melhor qualidade de serviço (Santos, 2007, p. 19). © Lidel-Edições Técnicas

Posfácio 343 Feito este breve enquadramento do tema central tratado no livro, parece-nos relevante sublinhar os aspetos mais positivos que nos levam a aconselhar vivamente a sua leitura. Quando se olha, em diagonal, para o índice do livro, pode-se ficar com a perceção, enganadora, de que se trata de uma abordagem muito clássica do setor elétrico. Não é verdade! Embora a estrutura do livro seja a habitual, todos os novos temas em debate no setor elétrico são abordados, entre os quais destaco a integração de mercados, a sustentabilidade, a eficiência energética, o novo papel do consumidor (prosumer) e as consequências da variabilidade da geração renovável. Outro aspeto muito curioso da abordagem adotada neste livro é o seguinte: o ponto de partida de quase todos os capítulos é o planeamento centralizado aplicável em contextos de monopólios públicos verticalmente integrados que foram dominantes durante várias décadas do século XX; num segundo momento, analisam-se as implicações do processo de liberalização e a consequente “desconstrução” do paradigma baseado no planeamento centralizado e a emergência de novas “soluções” institucionais, regulatórias e empresariais supervenientes. Trata-se de uma análise inovadora, que convoca toda a história do setor elétrico e que só poderia ser protagonizada por autores que viveram intensamente todas estas mutações tão profundas, que abalaram, de forma expressiva, os pilares fundamentais que sustentavam o setor elétrico. Como é referido pelos próprios autores, estamos perante “um trabalho coletivo motivado pela problemática técnico-económica do setor energético e, em particular, de um sistema elétrico (não necessariamente do sistema português, mas a este se recorre para ilustrar algumas situações).”. Ora, este é um outro aspeto que torna este livro muito estimulante, ajudando a compreender melhor alguns dos aspetos mais complexos e, porventura, menos intuitivos do funcionamento do setor elétrico. Na fase inicial da liberalização do setor energético, os processos de reestruturação estavam muito circunscritos aos atores do próprio setor energético e, em relação ao processo de mudança de fornecedor, os primeiros beneficiários foram os grandes consumidores industriais. Por essa razão, o debate sobre os problemas do setor era muito especializado, dado que se destinava a um público-alvo restrito e, em geral, muito bem informado. Com o aprofundamento do processo de liberalização, a consolidação das redes e da contagem inteligente e a inovação nas tecnologias de geração e de armazenagem, estamos a assistir a um novo paradigma organizativo e tecnológico, em que os consumidores residenciais deixam de ser um ator passivo e com um papel secundário, para passarem a ser um protagonista ativo no setor elétrico, não apenas como consumidores, mas também como microgeradores e microarmazenadores. © Lidel-Edições Técnicas

344 Sistema Elétrico – Análise Técnico-Económica Face a estas novas realidades, e apesar de estarmos perante temas especializados e de grande complexidade técnica, os autores procuram, sem perda de rigor e de consistência, fazer chegar as suas mensagens a públicos mais alargados, remetendo sempre para anexos os fundamentos mais técnicos e formais. Na verdade, este é um dos grandes méritos deste livro! Após estes breves comentários, resta-me felicitar os autores do livro, estimulando-os a dar continuidade à reflexão partilhada sobre temas energéticos e a desejar aos leitores uma agradável e proveitosa leitura desta interessante obra.

Vítor Santos Presidente da ERSE Outubro de 2015

9cm 9cm XX 24cm 24cm

25,5mm

17cm X 24cm

ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA

CMY

Inclui glossário de termos correspondentes entre o português europeu e o português do Brasil.

ISBN 978-989-752-170-6 Patrocínio:

www.lidel.pt

9 789897 521706

SISTEMA ELÉTRICO ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA

A. Leite Garcia / João Santana / Maria José Resende / Pedro Verdelho

9cm X 24cm

A. Leite Garcia João Santana Maria José Resende Pedro Verdelho www.lidel.pt

Proporciona uma base sólida no domínio das matérias, necessária para aplicações mais avançadas. Com problemas resolvidos e propostos. Para cursos de Engenharia Eletrotécnica.

O livro começa por abordar a problemática da questão da procura e da oferta da energia no Mundo. O tema da energia versus ambiente é um assunto candente.

SISTEMA ELÉTRICO ANÁLISE TÉCNICO-ECONÓMICA

SISTEMA ELÉTRICO

A coleção de referência em português.

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