a retomada do conceito de eficiência de usinas ... · suporte à expansão de usinas a fio...
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SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
A Retomada do Conceito de Eficiência de Usinas Hidrelétricas Reversíveis no
Setor Elétrico Brasileiro
Brasília – DF
11 de novembro de 2014
Sérgio Zuculin – CESP
Mírian Adelaide – HEDAIDI
Paulo Sérgio Franco Barbosa – UNICAMP
Geraldo Lúcio Tiago Filho - UNIFEI
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
O que são as UHR ?
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Relatório de Inventário
de UHR no Estado de
São Paulo - 1982
Premissas à época:
- Queda > 300 m
- Potência Mín. 1.000 MW para...
- 14 horas Geração.
341 Alternativas = 735.000 MW
Pré-dimensionamento e custos:
- Serra do Mar: 37 = 150.000 MW
- Mantiqueira: 19 = 32.000 MW
- Serra Geral: 12 = 18.000 MW
200.000 MW
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Existe potencial para UHR no Brasil
- Estudos de pré-inventário
- Tecnologia de ponta / fornecedores
- Oportunidades para investimentos
O Brasil precisa de UHR ?
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
1. Suporte à expansão de fontes renováveis intermitentes, como eólica e solar;
2. Suporte à expansão de usinas a fio d’água e usinas idealmente motorizadas;
3. Confiabilidade e qualidade do suprimento de energia;
4. Controle de potência reativa, correção do fator de potência e controle de tensão;
5. Modicidade da expansão da geração - melhor utilização da capacidade
instalada e redução do custo de aquisição de energia no horário da ponta;
6. Acompanhamento de variações da carga - modulação;
7. Reserva girante convencional;
8. Adiamento da expansão da transmissão;
9. Suporte à expansão da geração distribuída na rede;
10.Estabilidade do sistema e controle das oscilações de tensão e frequência;
11.Apoio ao CAG; Restabelecimento black-start;
12.Redução do despacho termelétrico por razões elétricas;
13.Diminuição de impactos ambientais.
Benefícios da UHR
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DESAFIOS DA UHR NO BRASIL
- Viabilidade econômica !
- Modelo de garantia física / leilão
- Pequena diferença de preços por patamar
- Falta de mercado de potência e serv.ancilares
UHR: Um estudo de caso no Brasil
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UHR Grand Maison
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Chaminé de Equilíbrio
Cota Máx: 70 m Cota Mín: 48 m
Vol. Útil: 7,5 hm3
Casa de Força Subterrânea FRANCIS (4 x 131 MW)
Cota: 0 m
Casa de Força PELTON (2 x 131 MW)
Cota: 75 m
Reservatório Inferior
Cota Máx: 714 m Cota Mín: 706 m Vol. Útil: 8,1 hm3
Reservatório Superior
UHR Estudo de Caso
666 m
0,5 m3/s (abastecimento)
UHR
Qger 157,4 m3/s
Qbom 78,4 m3/s
Pger 786 MW
Pbom 504 MW
Por Túnel
Qger 53,1 m3/s
Qbom 39,2 m3/s
Ø 3,10 m
Túnel
Q 51,2 m3/s
Ø 2,00 m
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Esquema da Casa de Força Turbo-Bomba (Subterrânea)
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Esquema da Casa de Força Pelton
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Configuração Elétrica da UHR
Casa de Força Pelton Subestação
138 kV
Subestação 345 kV
Casa de Força Subterrânea
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Variação semanal da Vazão [m3/s]
Bombeamento – 4 Turbo-Bomba Geração – 4 Turbo-Bomba + 2 Pelton
-100
-50
0
50
100
150
200
0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
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SEG TER QUA QUI SEX SAB DOM
8 8 8 8 8 7
13 13 16 13 14 24
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Variação semanal da Potência [MW] Bombeamento – 4 Turbo-Bomba Geração – 4 Turbo-Bomba + 2 Pelton
-600
-400
-200
0
200
400
600
800
1000
0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22 0 2 4 6 8 10
12
14
16
18
20
22
8 8 8 8 8 7
SEG TER QUA QUI SEX SAB DOM
13 13 16 13 14 24
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Variação semanal do volume do reservatório superior
8,1 hm3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 24 48 72 96 120 144 168
Vo
lum
e (h
m3)
Horas da semana (h)
Volume Res. Superior
Volume máximo
Seg Ter Qua Qui Sex Sab Dom
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Variação semanal do volume do reservatório inferior
7,5 hm3
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 24 48 72 96 120 144 168
Vo
lum
e (h
m3)
Horas da semana (h)
Volume Res. Inferior
Volume máximo
Seg Ter Qua Qui Sex Sab Dom
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
132.990
168.740
Déficit
35.750
-200.000
-150.000
-100.000
-50.000
0
50.000
100.000
150.000
200.000
0 24 48 72 96 120 144 168
Ene
rgia
(GW
h)
Horas da semana (h)
Saldo de Energia
Energia Gerada Acumulada
Energia Consumida Acumulada
positivo -Geração
negativo-Bombeamento
Seg Ter Qua Qui Sex Sab Dom
Energia acumulada na geração, consumida no bombeamento e o saldo de energia
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Equipamentos Eletromecânicos
R$ 738 / kW instalado
Custo estimado para esta UHR
R$ 2.460 / kW instalado
Obs.: sem considerar impostos e
custos de instalação
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
A RETOMADA DO CONCEITO DE EFICIÊNCIA DE USINAS
REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Aspectos Regulatórios e Comerciais
Prof. Paulo Barbosa - Unicamp
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
I. O Valor Econômico de uma UHR
A despeito das reconhecidas vantagens, não é claro como fazer a valoração
econômica dos benefícios das UHR, dificultando estabelecer uma normatização
ou embasamento regulatório.
O Valor de uma UHR não é como uma usina geradora -- não é um ativo de
geração puro – é uma outra classe de ativos; porém a Regulação tradicional
considera as UHR como mais uma fonte geradora.
Na verdade, na essência, a UHR presta um Serviço de Armazenamento de
Energia, com todos os benefícios a ele associados (estabilidade da rede; reserva
girante, etc.)
Quando há maior diferenciação entre preço na ponta e preço fora da ponta, então
fica mais fácil estimar o valor econômico de uma UHR no sistema onde a injeção
de potência está sendo feita.
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Análise Técnica-Econômica e Estágio Atual das URHs no Cenário Global
Principais Regiões com UHRs:
União Europeia (36 GW), os Estados Unidos (21,8 GW) e o Japão (24,5 GW).
Estudo da EPRI: 14 UHR construídas nos EUA (até 1975)
Custos: entre $ 300 a $ 600/KW
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Novos Projetos: Europa e EUA
Custos:
€ 470/kW e € 2170/kW
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Estudos sobre a Atratividade Econômica das Usinas Reversíveis
Mercado/ País
Ano
Tecno-logia
Fontes de Remuneração das Usinas Reversíveis (UHR)
Autor e Ano Horizonte
Diferença Preço
Ponta e Fora Ponta
Venda de Geração de Reserva na
Ponta
Mercado de
capacidade
Bélgica 2007 UHR X X He et al.2011
Dinamarca 2002-10 UHR X Steffen 2012
Dinamarca e França 2010-30 UHR+EOL X X Loisel et al. 2010
Espanha e Itália 2008-11 UHR X Rangoni 2012
PensilvâniaNJerseyMaryland 2002-08 UHR X X Sioshansi etal 2011
California / North West PP 2020 UHR X PNNL 2012
Australia 2007 UHR+EOL X Hessami et al 2011
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Estudos sobre a Atratividade Econômica das Usinas Reversíveis
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24
Horas
Semanais
Tarifa A2
Eletropaulo
Azul (R$/MWh)
No. Horas
no mês
MW de
Geração
Geração
Mensal
(MWh)
Receita
Bruta
Mensal (R$)
Geração
Ponta 15 231,70 65,18 792 51.619 11.960.029,62
Fora da
Ponta 28,43 140,12 123,53 792 97.834 13.708.563,58
SOMA 43,43 188,70 149.453,05 25.668.593,20
Tarifa A2 No. Horas MW MWh Despesa Bruta
Bombea-
mento Horas Sem. R$/MWh Mensais Bombeam. Mensais Mensal (R$)
Fora
Ponta 73,5 140,12 319,36 643 205.348,48 28.773.429,02
Lucro Mensal
(R$): -3.104.835,82
Os valores das tarifas são da empresa Eletropaulo (tarifa Azul A2). (geração de 792 MW) e bombas (643 MW), e do ciclo operativo (43,43 horas de geração, dos quais 15 h na ponta) e bombeamento (73,5 h semanais)
Desempenho Financeiro do Estudo de Caso, com Comercialização da Geração e Compra às Tarifas Reguladas
Para alcançar valor minimamente positivo, seria necessário comercializar a R$ 192,53/MWh
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Há que se reconhecer pelo menos três dificuldades para uma proposição
regulatória no modelo brasileiro:
•A falta de um mercado de potência, ou de serviços ancilares no Brasil, que
poderia ser uma referência para viabilizar os projetos de UHRs;
•A pequena diferenciação, quando existente, dos preços de curto prazo (PLD)
entre as cargas pesadas, média ou leve; o que inviabiliza a remuneração
econômica das UHRs;
•A inexistência no Brasil, de empresas verticalizadas, onde haveria
compensação financeira para investimentos em UHRs, diante dos seus
benefícios não apenas no componente Geração, mas nos demais segmentos (T
e D). Nas empresas verticalizadas há potencial de captura desses benefícios,
como ocorreu com grande parte dos projetos de UHRs nos EUA, em período
prévio ao mercado competitivo ou em empresas federais ainda verticalizadas.
II. Premissas para uma Proposição de Normatização- Brasil
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
II. Premissas para uma Proposição de Normatização- Brasil
Premissa P1: As UHRs devem ter despacho centralizado pelo ONS;
Premissa P2: A relevância e a oportunidade de uma UHR devem ser avaliadas do
ponto de vista sistêmico, considerando os benefícios regionais para atendimento de
ponta, confiabilidade para o grid, redução das necessidades de transmissão e outros.
A avaliação deve ser feita pela EPE/ONS, comparando-se com alternativas;
Premissa P3: A adequação deve aproveitar ao máximo o arcabouço regulatório e
institucional vigente. Ou seja, optou-se por evitar a sugestão de grandes mudanças
regulatórias que representassem barreiras para implementação.
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II. Premissas para uma Proposição de Normatização- Brasil
Premissa P4: O modelo regulatório tem que garantir a viabilidade econômica das UHRs,
valorizando devidamente os pontos fortes e singularidades das UHRs, tais como:
• Rápida despachabilidade ou ajustes às variações da carga
• Contribuição para correção de freqüência / voltagem
• Disponibilidade na ponta, mesmo em situações de escassez hidrológica, pois o circuito de fluxo
da água pode ser do tipo fechado (closed loop), sem interferência com o curso dágua
Premissa P5: O modelo regulatório deve considerar diversos arranjos para proposição de
projetos de UHRs, tais como:
•UHR isolada
• UHR associada à parque eólico ou plantas solares fotovoltaicas
• UHR associada à térmica (na base, com geração constante e máxima eficiência)
•UHR associada a combinações parciais dentre as alternativas prévias
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II. Premissas para uma Proposição de Normatização- Brasil
Premissa P6: Sendo uma opção relevante e oportuna em determinado local, com
reconhecimento do valor de seus serviços e não havendo mecanismo de mercado
(ex1. diferencial suficiente entre preço na ponta e fora da ponta; ex.2 leilões para
formação de preço spot) para torná-la atrativa para investidores, a seleção do
proponente mais interessante por meio de Leilões, com contratos de venda associados
é uma forma regulatória legítima ao interesse público (Rangoni, 2012).
Premissa P7: Sendo uma forma de geração hidroelétrica na carga pesada, a UHR
poderá participar do MRE, como forma de mitigar custos associados à aquisição (a
preço regulado) de energia para bombeamento.
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III. Propostas de Dois Modelos Regulatórios-Brasil
M1: Modelo com Aquisição de Energia para Bombeamento via Tarifa Especial
Neste modelo assume-se que a viabilização econômica da UHR se dá por meio das
vendas da produção nos horários do patamar pesado e médio (usina funcionando
como unidade geradora), asseguradas nos contratos do ambiente CCEAR, e que a
compra de energia para bombeamento se dá por meio de tarifas de suprimento
especiais.
As tarifas especiais cumprem o papel da busca da economicidade, necessária para
viabilização do empreendimento, já que no contexto brasileiro não há diferenciação
minimamente expressiva entre carga pesada e carga média/leve (no caso do
mercado dos EUA, esta diferenciação é algo em torno de 30% a 40%).
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M1: Modelo com Aquisição de Energia para Bombeamento via Tarifa Especial
O Edital do Leilão definirá para cada usina UHR:
• Preço teto (Pte) para a energia produzida na carga pesada, com quantidade
limitada à GFp (Garantia Física na Ponta e na Carga Média)
• Tarifa de Suprimento (Ts) de compra de energia para Bombeamento (Fora da
ponta; das 0 h às 7 h)
• Limites operativos e condições de despachabilidade. São exemplos: min. de dias
disponíveis no ano; em especial no verão; horário da ponta regional (ex. 21h às 24
h); planejamento de ciclo operativo diário e semanal. Ex. 3 h de ponta/dia nos dias
úteis e sábado; min. de 100 h de operação por mês
• Ordem de mérito para seleção do vencedor do leilão: Menor Preço de Venda
(R$/MWh) de Energia na Ponta e Carga Média: Min (PVp)
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M1: Modelo com Aquisição de Energia para Bombeamento via Tarifa Especial
No caso do modelo M1, o produto do Leilão é a energia (MWh), assim
caracterizando uma modalidade de Leilão por Quantidade.
No entanto, comparado ao Leilão por quantidade de uma usina hidroelétrica
tradicional, há menor risco para o gerador da UHR, pois, o produto (energia na carga
pesada e média) tem muito maior regularidade de produção (ciclo diário de
produção), não sofrendo efeito de variação de queda, elevação do canal de fuga, e
nem a variabilidade sazonal das afluências.
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Comparação de Leilões Leilão de UHE convencional Leilão Proposto para UHR
Modelo M1
Produto: Energia (MWh) Energia nas Cargas Pesada e
Média (MWh)
Critério de Seleção do
Vencedor:
Menor Preço de Venda
(R$/MWh)
Menor Preço de Venda da
Energia nas Cargas Pesada e
Média (R$/MWh)
Parâmetros do Leilão
(fixados pela EPE/MME)
Parâmetros técnicos Locais
(Localização; queda;etc)
Preço Teto
Garantia Física
Prazo do Contrato CCEAR
Parâmetros técnicos Locais
(Localização; queda;etc)
Preço Teto
Garantia Física nas Cargas
Pesada e Média
Prazo do Contrato CCEAR
Tarifa Especial de
Suprimento para Compra
de Energia de
Bombeamento
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Comparação de Leilões
Leilão de UHE convencional Leilão Proposto para UHR
Modelo M1
Quem assume os riscos
da Produção
O empreendedor da UHE
assume riscos associados à
sazonalidade e aleatoriedade
das afluências; variações da
queda e necessidades de
manutenções
O empreendedor assume,
porém não incorre em riscos
associados à variação de
queda e aleatoriedade das
afluências
Formação dos Custos
associados a Riscos
O custo associado aos fatores
de risco não é explícito e nem
previsível; mas é precificado e
embutido em Pv (preço de
venda), e posteriormente,
transferido ao consumidor final
via tarifas das distribuidoras
Os fatores de riscos da
produção são muito menores;
porém há um custo direto e
explícito associado à compra
de energia para bombeamento
à tarifa especial de suprimento;
o qual será transferido ao
consumidor final via tarifas das
distribuidoras
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
M2: Modelo com Participação da UHR no MRE
Neste modelo a UHR participa efetivamente do MRE-Mecanismo de
Realocação de Energia; pois nos períodos de carga pesada e carga média, há
geração efetiva injetada no sistema.
No entanto, o balanço de energia da UHR é necessariamente negativo. Assim,
a idéia subjacente no modelo M2 é permitir que o benefício da geração mais
nobre (carga pesada e média) seja compensado com um recurso de geração
de custo módico ( TEO, que é a tarifa energética de otimização, do MRE).
Como o MRE é contabilizado por patamar, há maiores chances de ter o crédito
do MRE disponível nos patamares de carga leve; que é exatamente o período
de necessidade de energia para bombeamento.
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
M2: Modelo com Participação da UHR no MRE
Neste caso, a garantia física da UHR poderá ser fixada de maneira mais
conservadora (ex. 50% da capacidade instalada); de tal forma que com maior
regularidade que as UHE convencionais, a UHR possa gerar acima da Garantia
Física (GF e não GFponta) e liquidar os excedentes ao PLD. Ou seja, a usina
UHR no Modelo M2 fica com situação muito semelhante no Leilão de uma UHE.
No caso do modelo M2, poderia ser dada liberdade ao empreendedor para fixar
a Garantia Física da UHR, a ser otimizada em seu modelo de negócio. Um
valor mais conservador de GF determinaria mais regularidade de vendas de
excedentes ao preço PLD (fluxo incerto). Porém, determinaria uma menor
quantidade de energia vinculada ao contrato CCEAR (fluxo certo, indexado ao
IGPM).
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Comparação de leilões Leilão de UHE convencional Leilão Proposto para UHR
Modelo M2
Produto Energia (MWh) Energia (MWh), sendo a da
carga pesada e média
provenientes da UHR e a da
carga leve proveniente do MRE
Critério de Seleção do
Vencedor
Menor Preço de Venda
(R$/MWh)
Menor Preço de Venda
(R$/MWh)
Parâmetros do Leilão
(fixados pela EPE/MME)
Parâmetros técnicos Locais
(Localização; queda;etc)
Preço Teto
Garantia Física
Prazo do Contrato CCEAR
Parâmetros técnicos Locais
(Localização; queda;etc)
Preço Teto
Garantia Física da UHR,
contando com MRE
Prazo do Contrato CCEAR
Obs. Não há Tarifa Especial
para Compra no
Bombeamento
SEMINÁRIO TÉCNICO SOBRE USINAS HIDRELÉTRICAS REVERSÍVEIS NO SETOR ELÉTRICO BRASILEIRO
Comparação de leilões Leilão de UHE convencional Leilão Proposto para UHR
Modelo M2
Quem assume os riscos
da Produção
O empreendedor da UHE
assume riscos associados à
sazonalidade e aleatoriedade
das afluências; variações da
queda e necessidades de
manutenções
O empreendedor assume,
porém não incorre em riscos
associados à variação de
queda e aleatoriedade das
afluências. Há risco de não
obter energia do MRE na carga
leve
Formação dos Custos
associados a Riscos
O custo associado aos fatores
de risco não é explícito e nem
previsível; mas é precificado e
embutido em Pv (preço de
venda), e posteriormente,
transferido ao consumidor final
via tarifas das distribuidoras
Os fatores de riscos da produção
são muito menores; porém há um
custo de difícil previsibilidade
associado à exposição ao PLD na
carga leve; o qual será transferido
ao consumidor final via tarifas das
distribuidoras. Há potencial de maior
regularidade de vendas ao PLD
(excedentes ao contrato)