Redes inteligentes e o conceito Energy Box. Simulação do Impacto Potencial do deslocamento das cargas domésticas, em Portugal

Dissertação de Mestrado em Energia para a Sustentabilidade apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra.Ao nível internacional, têm sido desenvolvidos esforços no sentido da descarbonização do sector energético, nomeadamente pelo recurso a fontes renováveis e à microprodução, cujo carácter intermitente introduz novos desafios ao nível da gestão das redes eléctricas e da garantia de abastecimento. Ainda neste enquadramento, a liberalização dos mercados da energia a par com o surgimento de novas plataformas tecnológicas para gestão da procura, despoletaram o processo de reformulação dos conceitos tradicionais de gestão do parque electroprodutor e das redes eléctricas, cujas características básicas se têm mantido quase estagnadas ao longo das últimas décadas. Neste domínio merece destaque o desenvolvimento de tecnologias de gestão dos consumos com informação em tempo real e capacidade de comunicação bidireccional em que se enquadram conceitos como as Redes Inteligentes (Smart Grids), os Smart Meters ou a Energy Box. O surgimento destas plataformas num contexto de mercado livre constitui a base conceptual e tecnologia para a implementação das medidas de Demand Response, destacandose as estratégias de variação de preços no mercado de retalho, em particular o Real Time Pricing1. Diversas organizações2 internacionais e governamentais advogam a tese de que, no futuro, as Redes Inteligentes e o Demand Response desempenharão um papel fundamental na gestão dos sistemas eléctricos e na redução das respectivas emissões de CO2. No entanto, é necessário ultrapassar as barreiras legais e regulatórias que subsistem neste sector, sendo essencial o envolvimento proactivo das entidades reguladoras e dos governos. O presente trabalho foca-se nas medidas de gestão da procura, suportadas em equipamentos de gestão de cargas enquadrados no conceito Energy Box, que viabilizem a optimização do diagrama de cargas, no sector residencial. Simulam-se os impactos potenciais do deslocamento das cargas domésticas agendáveis, em Portugal, e com base em cenários de penetração do veículo eléctrico no parque automóvel nacional, simulam-se os respectivos impactos no diagrama de cargas bem como os efeitos resultantes do seu deslocamento. Da análise realizada conclui-se que, no cenário actual, o impacto do deslocamento das cargas agendáveis é ainda limitado face ao consumo total, representando ainda assim 3% do consumo nacional de electricidade, ou seja, cerca de 1.500 GWh anuais3. No entanto, a tendência para adoptar a mobilidade eléctrica como alternativa ao petróleo leva a crer que o veículo eléctrico, como carga agendável, irá crescer acentuadamente no curto-médio prazo e que o consumo de electricidade que lhe está associado irá acompanhar a sua disseminação no parque automóvel. Por outro lado, aos ganhos potenciais afectos ao deslocamento de cargas devem adicionar-se outros ganhos como os decorrentes da interrupção e da reparametrização de cargas bem como as funções da Energy Box na gestão integrada das cargas, da microprodução e do armazenamento local. Os benefícios potenciais de uma gestão eficiente dos consumos não se esgotam nos consumidores e nas utilities: A redução da dependência energética tem reflexos em diversos actores da economia e da sociedade que podem justificar a sua participação concertada nos investimentos inerentes. Por outro lado, estes produtos não são atractivos num cenário de tarifas reguladas, pelo que o futuro da Energy Box e do Real Time Pricing está relacionado com a evolução da política energética, dos mercados da electricidade e da legislação. Será necessário trabalhar os aspectos políticos que possam disponibilizar mecanismos de suporte económico para conseguir um sistema eléctrico eficiente e dinâmico.At the international level, efforts have been developed towards the decarbonisation of the energy sector. The renewable sources and microgeneration usage fit in these aim, but its intermittent nature brings new challenges on the electrical networks management and security of supply. Moreover, the liberalization of the energy markets along with the emergence of new technologic platforms aimed for demand management, brought a new insight into the traditional concepts of the electricity networks management, whose basic characteristics have remained virtually stagnant over the past decades. In this scope one needs to point out the enhancements achieved on management technologies which allow bidirectional communication and real-time management of the electric loads, involving concepts such as Smart Grids, Smart Meters or Energy Box. The emergence of those platforms in a free market context is the conceptual and technological basis for the implementation of the Demand Response, where the Dynamic Pricing Programs, and mainly Real Time Pricing, play an important rule. Several International and governmental organizations, defend the theses that in the future Smart Grids and Demand Response will play a key role in the management of electrical systems and in the reduction of their CO2 emissions. Nevertheless, it is necessary to overcome the legal and regulatory barriers that still exist on this sector, being essential a proactive involvement of the regulators and governments. The focus of this study is in the Demand Response measures, supported by the emergent technologies for the electricity usage’s management, framed in the Energy Box concept, which will allow the optimization of the residential sector’s load curve. The potential impacts from shifting the schedulable domestic appliances in Portugal are simulated, and using a scenario-based penetration of the electrical vehicle in the national fleet park, the effects of shifting this new schedulable charge are simulated as well. Supported in this analysis it is concluded herein that in the present scenario, the impact of load shifting is limited in relation to total consumption, still representing 3% of domestic consumption of electricity, ie about 1,500 GWh per annum. However, the tendency to adopt the electrical mobility as an alternative to oil, suggests that the electric vehicle as a schedulable load will grow sharply in the short to medium term, with the inherent consumption of electricity. On the other hand, the potential gains from the load scheduling are just a part of the global gains associated to the Energy Box. To those, should be added other gains like the interruption and the temperature adjustments on thermostatically-controlled appliances, as well as the functions of the Energy Box as a platform to the integrated management of consumption, microgeneration and local storage. The potential benefits associated to an efficient management of load curves covers a wider range of sectors, beyond the consumers and utilities: Reducing energy dependence has impacts in several actors of the economy and society, and can justify their participation in the inherent investments. Moreover, these products are not attractive in a setting of regulated tariffs, so the future of the Energy Box and dynamic tariff schemes such as Real Time Pricing is related to the evolution of the energy policy, the electricity markets and legislation. It’s necessary to work on the policy aspects to provide supportive economic mechanisms to achieve an efficient and dynamic electricity system