Uma síntese de “The Virtual Power Plant – A Review of Business Models” ( Ropuszyńska -Surma & Węglarz , 2019)
O objetivo do artigo original é apresentar uma comparação crítica de diferentes modelos de negócios (BM) de Usina Virtual (VPP) apontando as características comuns e únicas de cada modelo.
Aqui comparamos os modelos de negócios (BM) do VPP americano, alemão, finlandês, dinamarquês e australiano para propor um modelo de negócios para a Polônia.
Entenda aqui os elementos do modelo de negócios do VPP e os possíveis caminhos para o VPP no Brasil. O Brasil tem muitas oportunidades para iniciar a transição energética (EPE,2023).
A geração de energia elétrica a partir de painéis fotovoltaicos é a que mais cresce no Brasil, sendo a segunda maior fonte de geração com capacidade de 36 GW, cerca de 16,1% da produção elétrica nacional (Exame, 2023).
Este artigo apresenta uma proposta inicial de BMs para o Brasil e conclui que os VPPs são uma solução eficaz para trazer mais estabilidade à rede elétrica e reduzir o custo para os consumidores no Brasil.
Introdução
De acordo com Ropuszyńska -Surma e Węglarz (2019), o desenvolvimento do setor polaco de fontes de energia renováveis, especialmente o desenvolvimento de recursos energéticos distribuídos (DER), deve ser estimulado por dois fatores: a nova regulamentação (Lei RES) e a introdução planeada do poder mercado.
No Brasil também a rede inteligente e a inclusão de recursos energéticos distribuídos (DER) na rede elétrica e o mercado livre de energia estão na agenda da Agência Nacional de Energia (ANEEL); a Secretaria de Pesquisa Energética (EPE, sd ) e o Operador Nacional do Sistema Elétrico ONS (ONS, sd). LEI Nº 14.300, DE 6 DE JANEIRO DE 2022, Estabelece o regime jurídico da microgeração e da minigeração distribuída, do Sistema de Compensação de Energia Elétrica e do Programa Social de Energias Renováveis.
Esta lei permite a comercialização de energia elétrica apenas a partir de consórcio de conjunto de unidades consumidoras localizadas na mesma propriedade ou em propriedades contíguas, sem separação por vias públicas. Até onde sabemos ainda não existe uma regulamentação para VPP’s.
O que é uma usina virtual (VPP)?
VPPs são agregações de DERs que podem equilibrar cargas elétricas e fornecer serviços de rede em escala e nível de utilidade, como uma usina de energia tradicional. O DOE usa uma definição ampla de VPPs que inclui uma variedade de mecanismos para agregar e orquestrar DERs, fundamentalmente, os VPPs são uma ferramenta usada para flexibilizar a demanda distribuída e os recursos de oferta com um nível de destreza que historicamente só tem sido possível na flexibilização da oferta centralizada ( Downing e outros, 2023).
Figura 1 – Estrutura do VPP (Downing et al., 2023, p 2). Tradução da imagem:
Existem diferentes tipos de VPP, que podem ser classificados pelo tipo de GD que gerem ou pelo tipo de serviço que prestam. O objetivo dos VPPs é aumentar a eficiência da geração de energia, fornecer confiabilidade e otimizar a relação custo-benefício da produção e distribuição de energia. Os VPPs podem ser classificados em três tipos principais com base no seu foco operacional e tecnológico:
- VPPs de resposta à demanda (DR)
Os VPPs de Resposta à Demanda concentram-se no gerenciamento dos padrões de consumo de energia das unidades conectadas para combinar o fornecimento de eletricidade com a demanda. Este tipo envolve mudar ou reduzir a carga em vez de aumentar a produção.
Durante horários de pico de demanda, um DR VPP reduzirá a carga controlando ou desligando processos não críticos em sua rede. Isso ajuda a estabilizar a rede e a reduzir os custos de eletricidade.
VPPs do lado da oferta
Os VPPs do lado da oferta agregam vários tipos de unidades de geração distribuída de pequena escala, como turbinas eólicas, painéis solares e pequenas centrais hidrelétricas. Esses VPPs gerenciam o lado da produção da equação.
Visam maximizar a produção de energia a partir de fontes renováveis, proporcionando uma alternativa fiável e sustentável às centrais eléctricas tradicionais. Os VPPs do lado da oferta podem ajustar-se rapidamente às mudanças na procura ou na produção, redistribuindo a geração de eletricidade através da sua rede.
Outra forma de classificar os VPPs está relacionada à sua posição no mercado elétrico como VPP comercial ou técnico.
VPPs comerciais
Os VPPs comerciais centram-se nos aspectos económicos da gestão de energia, visando maximizar os lucros através do comércio e distribuição inteligentes de electricidade. Integram vários ativos de produção de energia de pequena e média dimensão, como parques eólicos, painéis solares e centrais de biogás, bem como sistemas de armazenamento de energia e consumidores de energia flexíveis. Ao fazê-lo, os VPPs comerciais podem optimizar as vendas de energia aos mercados de electricidade nos momentos mais favoráveis, tirando partido da flutuação dos preços da energia.
Principais recursos dos VPPs comerciais:
- Integração do Mercado: Os VPPs comerciais estão profundamente integrados nos mercados de energia. Utilizam análises preditivas avançadas para prever os preços de mercado e a procura de energia, permitindo-lhes vender energia a preços de pico e comprar energia quando os preços estão baixos.
- Maximização da receita: O objetivo principal é aumentar a lucratividade de cada unidade da rede VPP, gerenciando de forma inteligente o tempo e o volume de produção e consumo de energia.
- Gestão de Contratos: Frequentemente gerem numerosos contratos com diferentes produtores e consumidores de energia, facilitando a distribuição óptima de energia de acordo com estes acordos.
VPPs técnicos
Os VPPs técnicos concentram-se mais nos aspectos operacionais e de estabilidade da rede da gestão de energia. O seu principal objectivo é manter um fornecimento fiável e estável de electricidade, através de serviços auxiliares, garantindo a estabilidade da rede e o funcionamento eficiente dos activos integrados. Os VPPs técnicos utilizam dados em tempo real e sistemas de controle avançados para sincronizar a produção de recursos energéticos descentralizados.
Principais recursos dos VPPs técnicos:
- Suporte à rede: Os VPPs técnicos fornecem serviços essenciais à rede, como regulação de frequência, controle de tensão e reserva giratória. Esses serviços são essenciais para manter a confiabilidade e a segurança da rede elétrica.
- Gestão de Resposta à Demanda: conforme discutido no item a.
VPPs de ativos mistos
Os VPPs de ativos mistos combinam capacidades de oferta e de resposta à demanda. Serviços e benefícios VPP comerciais e técnicos combinados. Eles integram geração, armazenamento (como sistemas de bateria) e controle de consumo em uma plataforma. Este tipo oferece maior flexibilidade, pois pode gerar e armazenar energia ou modular o consumo de acordo com os requisitos da rede. Os VPPs de ativos mistos podem realizar otimizações energéticas sofisticadas, tornando-os altamente eficazes na melhoria da estabilidade da rede e na facilitação da integração de fontes de energia renováveis.
Cada tipo de VPP utiliza tecnologias avançadas de comunicação, medidores inteligentes e análise de dados em tempo real para monitorar e controlar os recursos energéticos distribuídos (DERs) de forma eficaz. As plataformas de software que executam VPPs utilizam algoritmos para prever a produção e a demanda de energia, otimizando a alocação de recursos para eficiência econômica e operacional.
O desenvolvimento do conceito de modelo de negócios
No início do desenvolvimento do conceito orientado para a tecnologia, os autores percebiam o BM como uma pequena parte de uma empresa, mas posteriormente vêem o BM cada vez mais como uma representação da empresa.
É dada especial importância à arquitetura do fluxo de produtos, serviços, informações, dinheiro e benefícios gerados pelas entidades individuais incluídas no modelo. O BM é definido pela relação de nove componentes essenciais: estratégia, recursos, rede, cliente, proposta de valor, receita, prestação de serviços, compras e finanças.
O elemento central do BM é a proposta de valor. Os VPPs podem contribuir para a adequação dos recursos [1]a um custo baixo; Tão importantes como os seus benefícios financeiros, os VPPs, sob diversas formas, podem aumentar a resiliência, reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e a poluição atmosférica, reduzir o congestionamento de T&D, capacitar as comunidades e ser adaptados para satisfazer as necessidades da rede em evolução, sendo estes benefícios a proposta de valor do VPP. A Figura 2 mostra uma proposta de valor geral de um VPP.
Figura 2 – Proposta de valor do VPP (Downing et al., 2023, p 3). Tradução no anexo I
Comparação do modelo de negócios VPP
Ropuszyńska -Surma e Węglarz (2019) comparam 7 BMs VPPs, quatro da Europa, dois dos EUA e um da Austrália. O VPP pertence a quatro sistemas e é moldado por um. Esses sistemas são técnicos, jurídicos, econômicos e sociais. As mudanças, incluindo inovações técnicas e sociais, são as principais razões para o estabelecimento e desenvolvimento do VPP.
- Sistemas técnicos – tecnologias de informação e telecomunicações, redes inteligentes e contadores inteligentes, tecnologias FER, armazenamento de ER (por exemplo, contentores de electricidade e carros eléctricos), garantindo a segurança energética.
- Sistema jurídico com novas regulamentações como as seguintes: foco no sistema de apoio às instalações FER, limites de emissões de gases com efeito de estufa, prioridade para as FER, regulação legal do prosumidor.
- Sistema económico com elementos como a liberalização do sector energético, incluindo mercados inteiros de electricidade e o estabelecimento de mercados livres de energia, ferramentas económicas pertencentes à gestão do lado da procura e à resposta à procura, principalmente sistema tarifário, preços elevados da energia, tendência económica para a regionalização do mercado energético e criação de mercados locais mercado energético ligado a áreas energéticas autónomas (“ilhas energéticas”) com base em FER locais, estabelecendo prosumidores, custos económicos ligados a apagões.
O autor utiliza a localização do VPP, sua estratégia, recursos, rede, cliente, proposta de valor, fonte de receita para permitir a comparação dos BMs dos VPPs. A Tabela 1 apresenta a comparação dos modelos de negócios.
Tabela 1: Comparação de modelos de negócios ( Ropuszyńska -Surma & Węglarz , 2019, p. 6)
Possíveis modelos de negócios VPP para o Brasil
O mercado de energia brasileiro exige VPP de resposta à demanda e VPP de serviços auxiliares para garantir a estabilidade da rede elétrica.
No Brasil existem três tipos de GD fotovoltaica, com base na capacidade instalada. Compreender as classificações de GD1, GD2 e GD3 nos sistemas de energia solar fotovoltaica é crucial para compreender como a energia solar é utilizada em diferentes escalas e o papel que cada uma desempenha no contexto mais amplo da geração distribuída (DG). Joseph (2024) apresenta cada categoria e suas implicações para a indústria solar.
GD1: Sistemas solares residenciais e comerciais de pequeno porte
Os sistemas GD1 são projetados para residências e pequenos edifícios comerciais. Normalmente, estas instalações não excedem 75 kW em capacidade de potência e são mais encontradas em telhados. A integração destes sistemas na rede eléctrica permite que os proprietários e as pequenas empresas não só satisfaçam as suas próprias necessidades energéticas, mas também contribuam com o excesso de energia de volta para a rede. Esta interação ajuda a compensar os custos de eletricidade através de medição líquida ou tarifas feed-in, quando aplicável.
Benefícios:
- Eficiência de Custos: Redução nas contas mensais de energia utilizando energia solar autogerada.
- Independência Energética: Diminui a dependência da eletricidade fornecida pela rede.
- Impacto Ambiental: Reduz a pegada de carbono através da utilização de energia limpa e renovável.
Desafios:
- Espaço de instalação: Limitado ao tamanho do telhado, o que pode restringir a capacidade de energia.
- Custos iniciais: Embora diminuam, o investimento inicial ainda pode ser significativo. Uma forma de negociar é financiar o sistema através de empresas como a EOS Loan (https://eosloan.com/).
GD2: Sistemas Comerciais e Industriais de Médio Porte
Os sistemas GD2 variam de 75 kW a 5 MW em capacidade e são comumente adotados por entidades comerciais maiores, incluindo locais industriais e instalações agrícolas. Estes sistemas têm um duplo objectivo: reduzem significativamente os custos de energia para as empresas e aliviam a pressão sobre a rede local, fornecendo directamente uma parte substancial da energia necessária a estes grandes consumidores.
Benefícios:
- Escalabilidade: Adequado para necessidades crescentes de energia de empresas de médio porte.
- Suporte à rede: ajuda a equilibrar a demanda da rede durante horários de pico.
- Retorno do Investimento: Potencial para economias substanciais de custos ao longo do tempo.
Desafios:
- Intensivo de Capital: Requer investimento inicial mais substancial em comparação com GD1.
- Obstáculos regulatórios e logísticos: Envolve processos de aprovação e instalação mais complexos.
GD3: Projetos Solares em Grande Escala
GD3 representa a maior categoria, abrangendo instalações com capacidade superior a 5 MW. Esses sistemas são semelhantes a pequenas usinas de energia e são capazes de fornecer energia para grandes instalações, vários locais ou diretamente para a rede elétrica. Desempenham um papel fundamental na geração distribuída, fornecendo um fornecimento consistente e substancial de energia solar a áreas mais vastas.
Benefícios:
- Produção Massiva de Energia: Capaz de gerar grandes quantidades de eletricidade, contribuindo significativamente para a matriz energética.
- Economias de Escala: Instalações maiores podem atingir custos mais baixos por unidade de eletricidade produzida.
- Estabilidade aprimorada da rede: Apoia a rede no atendimento de altas demandas de energia.
Desafios:
- Investimento e gestão em grande escala: Requer investimento inicial significativo e gestão sofisticada.
- Considerações Ambientais e Espaciais: Os potenciais conflitos de uso da terra e os impactos ambientais necessitam de planeamento e mitigação cuidadosos.
A integração dos sistemas solares GD1, GD2 e GD3 no panorama energético é transformadora, permitindo uma transição escalável de combustíveis fósseis para fontes de energia renováveis. Cada categoria desempenha um papel único, desde proporcionar independência energética aos proprietários individuais até apoiar grandes complexos industriais e melhorar a estabilidade da rede.
A expansão destes sistemas é essencial para o avanço de soluções energéticas sustentáveis, tornando a energia solar uma pedra angular dos futuros sistemas energéticos.
Embora os VPPs possam gerenciar DER de diferentes fontes nesta análise, estou considerando apenas a fonte solar fotovoltaica.
A Tabela 3 é uma proposição inicial para avaliação do VPP no Brasil. Para aplicar os mesmos parâmetros de Ropuszyńska -Surma & Węglarz , (2019) avaliamos a distribuição de geração de eletricidade solar fotovoltaica centralizada e distribuída . A Tabela 2 mostra dados de julho de 2023, hoje São Paulo é líder na geração total de eletricidade fotovoltaica.
Tabela 2: Cinco principais estados em geração centralizada e distribuída (Casarin, 2023a)
A proposta considera a instalação do VPP no estado que pode ser um hub para aquisição e distribuição de energia utilizando GC e GD. A Bahia foi escolhida para sediar um VPP técnico para agregar GC nas regiões Norte e Nordeste do país. São foi escolhido porque em sua área de influência estão os estados com maior número de clientes da DG1.
Tabela 3: Proposta de VPP para o Brasil (fonte: autor)
Discussão e conclusão
No contexto dos avanços globais em tecnologias e modelos de negócios de Usinas Virtuais (VPP), o Brasil apresenta um cenário único e atraente para o desenvolvimento e implementação de tais sistemas. Comparando a abordagem do Brasil aos VPPs com a de outros países, surgem vários fatores distintivos que destacam tanto os desafios quanto as oportunidades dentro do setor energético brasileiro.
Características distintivas da proposta VPP do Brasil
1. Ambiente Regulatório: A estrutura regulatória do Brasil para VPPs ainda está evoluindo, ao contrário de países como Alemanha, Austrália e EUA, onde existem diretrizes bem estabelecidas que facilitam a integração e operação mais suaves dos VPPs. A legislação recente do Brasil, como a LEI nº 14.300, começou a abrir caminho para um desenvolvimento mais estruturado nesta área, permitindo a comercialização de eletricidade proveniente de recursos de geração distribuída sob condições específicas. Esta adaptação gradual pode influenciar o ritmo a que os VPPs podem ser implementados em todo o país.
2. Foco na Geração Distribuída (GD): O Brasil tem apresentado crescimento significativo na geração de energia elétrica a partir de painéis fotovoltaicos, que hoje representa parcela substancial da produção elétrica nacional. Este crescimento destaca um forte foco em GD, especialmente nas categorias GD1 e GD2, que são cruciais para o desenvolvimento de VPPs comerciais e técnicos. Em contraste, países como a Alemanha e a Dinamarca também investiram fortemente em várias outras formas de energia renovável, como a eólica e o biogás, que estão integradas nos seus VPPs.
3. Dinâmica do Mercado de Energia: O mercado de energia brasileiro é caracterizado por seu vasto tamanho e diversidade regional, que apresenta desafios e oportunidades únicos para a implantação de VPPs. A proposta de utilizar estados como a Bahia como centros de aquisição e distribuição de energia reflecte uma abordagem estratégica para alavancar os pontos fortes regionais, que é menos prevalente em países mais pequenos onde as estratégias nacionais podem ser aplicadas de forma mais uniforme.
4. Potencial para Inovação e Estabilidade da Rede: A abordagem do Brasil enfatiza não apenas o aspecto comercial dos VPPs, mas também o potencial para melhorar a estabilidade da rede através de VPPs técnicos. Este duplo foco é crucial num país com disparidades regionais frequentes na disponibilidade de energia e na fiabilidade da rede. Países como os EUA e a Austrália utilizam de forma semelhante VPPs para serviços de rede, mas a ênfase do Brasil na integração de GD de grande escala (GD3) em VPPs poderia oferecer soluções inovadoras adaptadas aos seus desafios únicos de rede.
5. Impacto Socioeconômico: A implementação de VPPs no Brasil tem o potencial de impactar significativamente o desenvolvimento socioeconômico. Ao promover os mercados energéticos locais e capacitar as comunidades através da GD, o Brasil pode abordar não só a segurança energética, mas também o crescimento económico nas regiões menos desenvolvidas. Este aspecto dos VPPs também é enfatizado nos modelos europeus, mas é particularmente impactante no contexto brasileiro, onde o desenvolvimento regional é desigual.
A adaptação dos modelos de Usinas Virtuais no Brasil, em comparação com outras regiões, reflete uma abordagem personalizada que considera as dinâmicas regulatórias, econômicas e sociais locais.
Embora países como a Alemanha, a Dinamarca e os EUA promovam VPPs com uma combinação de tecnologias renováveis maduras e fortes mecanismos de mercado, o foco do Brasil na energia solar e no quadro regulamentar emergente oferecem um caminho único que poderá redefinir o seu panorama energético.
Ao alinhar as suas estratégias de VPP com as necessidades e potenciais locais, o Brasil não só contribui para a inovação global em práticas de energia renovável, mas também melhora a estabilidade da sua rede nacional e a segurança energética, estabelecendo um precedente para outras nações com contextos geográficos e económicos semelhantes.
Referências
Lei sobre Fontes de Energia Renováveis (“Lei RES”, Dz.U . 2015 poz . 478) – Leis sobre Mudanças Climáticas do Mundo. (nd). https://climate-laws.org/document/act-on-renewable-energy-sources-res-act-dz-u-2015-poz-478_5b4d
Badra, M. (2023, 3 de fevereiro). Dez principais tendências de energia solar inteligente em 2023. Canal Solar. https://canalsolar.com.br/dez-principais-tendencias-de-energia-solar-inteligente-em-2023/
Casarin, R. (2023a, 11 de julho). Saiba quais estados brasileiros mais produzem energia solar. Portal Solar. https://www.portalsolar.com.br/noticias/operacao-e-expansao/oem/saiba-quais-estados-brasileiros-mais-produzem-energia-solar
Downing, J., Johnson, N., McNicholas, M., Nemtzow , D., Oueid , R., Paladino, J., & Wolfe, EB (2023). Caminhos para a decolagem comercial: usinas virtuais. Relatório do Departamento de Energia dos EUA. Disponível em https://liftoff.energy.gov/vpp/
EPE – Empresa de Pesquisa Energética (2023). Mudanças climáticas e transição energética. Disponível em: https://www.epe.gov.br/pt/abcdenergia/clima-e-energia. Acessado em 08/03/2024 .
EPE, sd . Empresa de Pesquisa Energética. https://www.epe.gov.br/en. Acessado em 20/04/2024
EXAME (2023). Retrospectiva ESG 2023: o ponto de virada para a energia solar no Brasil. Disponível em: https://exame.com/esg/retrospectiva-esg-2023-o-ano-da-virada-para-a-energia-solar-no-brasil/ . Acessado em 15/03/2024.
Joseph. (2024, 18 de fevereiro ). O que é GD1 GD2 e GD3 na energia solar fotovoltaica? – TérmicaSolar . TérmicaSolar . https://termicasolar.com.br/o-que-e-gd1-gd2-e-gd3-na-energia-solar-fotovoltaica/
L14300. (nd). https://www.planalto.gov.br/ccivil_03/_ato2019-2022/2022/lei/l14300.htm
ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico. ( sd .). ONS – Operador Nacional do Sistema Elétrico. https://www.ons.org.br/
ANEXO I
Figura 2 – Proposta de valor do VPP (Downing et al., 2023, p 3).
[1]A adequação dos recursos refere-se à capacidade da rede eléctrica para satisfazer a procura de energia do utilizador final em qualquer momento; É uma avaliação para saber se a combinação de recursos actual ou projectada é suficiente para satisfazer as necessidades de capacidade e energia de uma determinada rede.
AUTOR
Flávio Geraldo Nogueira (DSC – Programa de Planejamento Energético PPE/ COPPE/UFRJ, Fundação Pós-Doutorado da Escola de Administração de Empresas de São Paulo Fundação Getulio Vargas (FGV EAESP)
