Serviços ancilares são necessários para apoiar a transmissão de energia elétrica dos geradores aos consumidores, dadas as obrigações das áreas de controle e das concessionárias de transmissão para manter operações confiáveis do sistema de transmissão interligado (SIN).
Eles são responsáveis por manter a integridade e estabilidade da transmissão ou distribuição do sistema elétrico, tal como a qualidade da potência.
Os serviços ancilares são serviços e funções especializadas fornecidos por agentes dentro da rede elétrica que facilitam e apoiam o fluxo contínuo de eletricidade, para que a demanda por energia elétrica seja atendida em tempo real. O termo serviços ancilares é usado para se referir a uma variedade de operações além da geração e transmissão que são necessárias para manter a estabilidade e a segurança da rede. Esses serviços geralmente incluem controle de potência ativa ou controle de frequência e controle de potência reativa ou controle de tensão, em várias escalas de tempo. Tradicionalmente, os serviços ancilares têm sido fornecidos por grandes unidades de produção, como geradores síncronos. Com a integração de mais geração intermitente e o desenvolvimento de tecnologias de redes inteligentes (smart grids), a prestação de serviços ancilares é estendida a unidades menores de geração distribuída e consumo.
Tipos de serviços ancilares Existem duas grandes categorias de serviços ancilares:
Relacionados à frequência: Inércia, controle primário de frequência, como a Reserva de Contenção de Frequência (FCR), e controle secundário de frequência, como a Reserva de Restauração de Frequência (FRR). Não relacionados à frequência: controle de potência reativa e de tensão, e gerenciamento de congestionamento.
Outros tipos de prestação de serviços ancilaresincluem:
recomposição do sistema programação e despacho compensação de perdas acompanhamento de carga proteção do sistema desequilíbrio energético
Controle de frequência A frequência da eletricidade está diretamente conectada ao balanço de consumo e geração de potência ativa ( ) e a energia rotacional total ( ) do sistema de energia síncrona. Durante uma mudança repentina de A frequência inicialmente (antes de quaisquer medidas corretivas) mudará de acordo com a seguinte equação:
Pode-se reescrever a equação usando a constante inercial normalizada. :
Sendo a troca total de potência ativa para toda a rede e é a constante de inércia normalizada do sistema. Um sistema com uma pequena quantidade de energia cinética rotacional total será mais sensível a desvios em , pois a derivada da frequência será afetada de forma significativa.
À medida que a inércia total das redes síncronas diminui decorrente da crescente integração de fontes de geração renováveis, as metodologias e os requisitos para permitir que as unidades de geração baseadas em conversores controlem a frequência da rede com maior velocidade e precisão tornam-se mais importantes.
O controle de frequência refere-se à necessidade de garantir que a frequência da rede permaneça dentro de uma faixa específica da frequência nominal. O descompasso entre a geração e a demanda de eletricidade causa variações na frequência, portanto, os serviços de controle são necessários para trazer a frequência de volta ao seu valor nominal e garantir que ela não varie para fora da faixa.
Dado um gráfico de um gerador onde a frequência está no eixo vertical e a potência no eixo horizontal:
onde P m é a variação de potência do sistema. Considerando múltiplos geradores, cada um poderá ter seu próprio R. Beta pode ser encontrado por:
Sendo variação na frequência encontrada com:
A equação simples pode ser rearranjada para encontrar a variação de potência que corresponde a uma determinada variação de frequência.
Controle de potência reativa e tensão As cargas dos consumidores esperam uma tensão dentro de uma determinada faixa, e os reguladores exigem que ela esteja numa certa porcentagem da tensão nominal (por exemplo, nos EUA e Brasil, é ±5%).
A potência reativa pode ser usada para compensar as quedas de tensão, mas deve ser fornecida mais perto das cargas do que as necessidades de potência ativa (isto porque a potência reativa tende a ter uma má propagação na rede). Observe que a tensão também pode ser controlada usando taps de transformadores e reguladores de tensão .
Agendamento e despacho O planejamento e o despacho são necessários porque, na maioria dos sistemas elétricos, o armazenamento de energia é praticamente nulo; portanto, a qualquer instante, a energia que entra no sistema (produzida por um gerador) deve ser igual à energia que sai do sistema (demanda dos consumidores). Como a produção deve corresponder à demanda com extrema precisão, um planejamento e despacho cuidadosos são imprescindíveis.
Geralmente executadas pelo operador independente do sistema ou pelo operador do sistema de transmissão, ambas são atividades dedicadas ao acionamento e à coordenação das unidades de geração e transmissão, visando manter a confiabilidade da rede elétrica.
O termo "programação" refere-se a ações que ocorrem antes do fato (como programar um gerador para produzir uma certa quantidade de energia na próxima semana), enquanto "despacho" refere-se ao controle em tempo real dos recursos disponíveis.
Reservas operacionais Como a produção e a demanda devem coincidir tão perfeitamente pelo Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), as reservas operacionais ajudam a compensar a diferença quando a produção é muito baixa.
Uma reserva operacional é um gerador que pode ser despachado rapidamente para garantir que haja geração de energia suficiente para atender à carga. As reservas girantes são geradores que já estão online e podem aumentar rapidamente sua produção de energia para atender a mudanças rápidas na demanda. As reservas girantes são necessárias porque a demanda pode variar em escalas de tempo curtas e uma resposta rápida é necessária. Outras reservas operacionais são geradores que podem ser despachados pelo operador para atender à demanda, mas que não podem responder tão rapidamente quanto as reservas girantes, e o armazenamento em baterias na rede, que pode responder em dezenas de milissegundos, geralmente mais rápido até do que a própria reserva girante.
Geração renovável A integração da produção renovável na rede requer simultaneamente serviços ancilares adicionais e tem o potencial de fornecer serviços ancilares à rede. Os inversores que são instalados com sistemas de geração distribuída e sistemas solares fotovoltaicos em telhados têm o potencial de fornecer muitos dos serviços ancilares tradicionalmente fornecidos por geradores e reguladores de tensão. Esses serviços incluem compensação de potência reativa, regulação de tensão, controle de flicker, filtragem ativa de potência e cancelamento de harmônicos. As turbinas eólicas com geradores de velocidade variável têm o potencial de adicionar inércia sintética à rede e auxiliar no controle de frequência. A CAISO testou o sincronizador do parque eólico Tule de 131 MW em 2018 e constatou que ele poderia executar alguns dos serviços de rede de forma semelhante ou melhor do que os geradores tradicionais. A Hydro-Québec começou a exigir inércia sintética em 2005 como a primeira operadora de rede, exigindo um aumento temporário de 6% na potência ao compensar a queda de frequência, combinando a eletrónica de potência com a inércia rotacional de um rotor de turbina eólica . Requisitos semelhantes entraram em vigor na Europa em 2016.
Veículos elétricos Veículos elétricos plug-in têm o potencial de serem utilizados para fornecer serviços ancilares à rede, especificamente regulação de carga e reservas girantes. Os veículos elétricos plug-in podem se comportar como armazenamento de energia distribuída e têm o potencial de descarregar energia de volta para a rede por meio de fluxo bidirecional, conhecido como vehicle-to-grid (V2G) (V2G). Os veículos elétricos plug-in têm a capacidade de fornecer energia a uma taxa rápida, o que lhes permite serem usados como reservas girantes e fornecer estabilidade à rede com o aumento do uso de geração intermitente, como a eólica e a solar. De acordo com o estudo citado na referência , que comparou a rentabilidade de oferecer o serviço ancilar de reserva operacional com as vendas de energia V2G de uma frota de veículos, o fornecimento do serviço de regulação de reserva operacional é mais rentável do que a venda de energia V2G isoladamente. No entanto, as tecnologias para utilizar veículos elétricos no fornecimento de serviços ancilares ainda não estão amplamente implementadas, mas há grande expectativa quanto ao seu potencial.
Ver também
Sistema de armazenamento de baterias
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