Discussion on drivers and proposition of approaches to support the transition of traditional electricity consumers to prosumers - Botelho, Daniel Fioresi (2023)
Nos últimos anos, os sistemas tradicionais de energia passaram por uma transição significativa, principalmente relacionada à penetração massiva de fontes de energia renováveis (do inglês, Renewable energy sources-RES). Mais especificamente, a transformação de consumidores residenciais em prosumidores tem desafiado a atual operação do mercado de energia elétrica. Essa transição traz novos desafios e oportunidades para o sistema elétrico, levando a novos modelos de negócios (do inglês, Business Models-BM). Uma mudança amplamente discutida está relacionada a uma abordagem centrada no consumidor ou direcionada ao prossumidor, promovendo maior participação de pequenos consumidores nos sistemas de energia. A presente tese tem como objetivo discutir os recentes BMs como facilitadores do crescente papel dos prosumidores no mercado de energia e no sistema elétrico mundial, aprofundando a discussão com uma visão holística do contexto brasileiro. Para tanto, define as principais características dos prosumidores e sua regulamentação geral relacionada, bem como possíveis designs de mercado dentro dos sistemas de energia. Além disso, o trabalho pretende contribuir para o conhecimento, identificação e compreensão das principais barreiras regulatórias e facilitadoras para o desenvolvimento desses BMs no mercado brasileiro de energia. Assim como, discutir as tecnologias importantes para criar adequadamente as condições que sustentam novos mercados orientados ao consumidor final. Em seguida, apresenta uma revisão abrangente dos BMs existentes e inovadores e uma discussão sobre seus papéis futuros nos sistemas de energia modernos e, no quadro regulatório brasileiro, buscando orientar as decisões para que o país desenvolva seu ambiente político e regulatório no futuro. Além disso, um conjunto de recomendações para promover esses BMs no sistema de energia em todo o mundo é fornecido juntamente com recomendações de políticas para promover a agregação de prosumidores no setor de energia brasileiro. Uma conclusão importante é que, mesmo sendo economicamente possível, nem todos os BMs inovadores podem se espalhar pelo mundo devido a obstáculos regulatórias. Buscando explorar ainda mais uma das abordagens orientadas ao prosumidor apresentadas e os desafios impostos por este BM inovador, é realizado um estudo dos mercados de energia e de reserva com base na estrutura ponto a ponto (do inglês, peer-to-peer-P2P). Esta estrutura é muito promissora para a promoção dos prosumidores mas apresenta alguns desafios para o funcionamento da rede. Um desafio crítico é garantir que as restrições da rede não sejam violadas devido a negociações de energia entre pares e nem devido ao uso da capacidade de reserva. Portanto, duas metodologias são propostas. Primeiramente, é proposta uma abordagem em três passos (P2PTDF), utilizando Fatores de Distribuição Topológica (do inglês, Topological Distribution Factors-TDF ) para penalizar os peers responsáveis por violações que possam ocorrer nas restrições da rede, garantindo uma solução viável. Em segundo lugar, é proposta uma nova abordagem integrada de prosumidores-DSO aplicada em transações P2P de energia e reserva que também garante a viabilidade de transações de energia e reserva sob restrições de rede. A abordagem proposta inclui a estimativa dos requisitos de reserva com base no comportamento incerto da RES a partir de dados históricos de geração, o que permite identificar padrões de RES. Os modelos propostos são avaliados através de um estudo de caso que utiliza um sistema de 14 barras, sob os critérios técnico e econômico. Os resultados mostram que as abordagens podem garantir uma operação de rede viável abrangendo energia e mercados de reserva.