Metodologia para avaliação dos impactos técnicos e financeiros da integração da geração distribuída fotovoltaica com soluções para aumento da capacidade de hospedagem

Abstract

No Brasil, a integração de fontes renováveis de energia como a solar registrou um aumento de 8 GW em 2022 e 11 GW em 2023. Apesar dos diversos benefícios associados à adoção dessa tecnologia, a integração de uma penetração de geração distribuída fotovoltaica (GDFV) que exceda a capacidade de hospedagem (CH) de um alimentador pode afetar os transformadores de distribuição, causar flutuações no fluxo de potência e influenciar a tensão de toda a rede. Por isso, há uma busca crescente por estratégias que permitam reforçar as redes de distribuição para que elas possam suportar adequadamente o aumento contínuo da GDFV. Neste contexto, surgiu a ideia de desenvolvimento deste trabalho que tem como objetivo apresentar uma metodologia técnico-econômica probabilística para avaliar o impacto da GDFV nas tensões, perdas técnicas e demanda de pico, considerando vários níveis de penetração e o emprego de duas soluções para o aumento da capacidade de hospedagem: o recondutoramento e o aumento da tensão de saída do alimentador. Essas soluções são implementadas quando há violações nos limites técnicos da rede, como níveis de tensão, desequilíbrio de tensão, sobrecarga dos transformadores e capacidade térmica dos condutores. Neste estudo, a rede é modelada com base nas informações da Base de Dados Geográfica da Distribuidora (BDGD) e nos parâmetros regulatórios estabelecidos pela Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) para o cálculo das perdas técnicas. Neste trabalho, antes mesmo de se iniciar os cálculos dos impactos ora citados, adota-se um modelo elétrico da rede que gere resultados mais próximos ao que se observa em campo. Esse modelo é obtido por meio de uma metodologia que ajusta os taps dos transformadores de distribuição quando ocorre transgressão dos limites de violação de tensão. Visando-se testar a metodologia proposta, ela foi aplicada a um alimentador real por meio de simulações computacionais realizadas no OpenDSS, em conjunto com um código desenvolvido em MATLAB. O Método de Monte Carlo foi empregado para contemplar a estocasticidade dos posicionamentos da instalação de GDFV dentro da rede de distribuição, bem como dos dias do ano a serem simulados. Como os impactos nos níveis de tensão, nas perdas técnicas e na demanda de pico são expressos em unidades diferentes, eles foram convertidos para uma mesma base monetária, com o intuito de identificar a solução que proporciona maiores benefícios financeiros para a distribuidora de energia ao aumentar a capacidade de hospedagem. Os resultados mostram que, para baixos níveis de penetração de GDFV, a adoção de soluções para o aumento da capacidade de hospedagem não gerou benefícios financeiros significativos para a distribuidora. Em níveis intermediários de penetração, o recondutoramento demonstrou ser a solução financeiramente mais vantajosa. No entanto, para níveis elevados de penetração, o aumento da tensão de saída do alimentador apresenta-se mais eficaz, minimizando os impactos técnicos e gerando menores prejuízos em comparação com os outros casos analisados. Assim, a metodologia técnico-econômica probabilística proposta permite: i) ajustar a modelagem para se obter perfis de tensão que reflitam com maior precisão as condições reais observadas em campo, ii) analisar de forma mais precisa os impactos técnicos e financeiros em parâmetros do sistema elétrico como níveis de tensão, perdas técnicas e demanda de pico decorrentes da penetração da GDFV, considerando-se a capacidade de hospedagem, e iii) propor soluções para aumentar a capacidade de hospedagem considerando as adaptações necessárias (recondutoramento e ajuste da tensão de saída do alimentador na subestação) para tolerar diferentes níveis de penetração. Dessa forma, o trabalho oferece uma abordagem inovadora e precisa para o planejamento e operação de redes elétricas, promovendo a integração eficiente de fontes renováveis, especialmente a GDFV, no contexto da transição energética.