EVOLV

MOTIVAÇÃO

De acordo com a Agência Internacional de Energia, 60% do total de vendas de veículos deverão ser elétricos até 2030 [1], com vista a atingir o objectivo imposto pela UE de alcançar a neutralidade climática até 2050. Na Península Ibérica, o número de carregamentos de veículos elétricos (VEs) na rede ibérica da EDP triplicaram em 2022, tendo sido realizados 488 mil carregamentos [2], noticia o jornal Expresso, e é expectável que este número venha a crescer consideravelmente nos próximos anos.

Consequentemente, as infraestruturas de carregamento de VEs precisam de se expandir substancialmente para satisfazer o crescimento projectado da procura, o que acarretará enormes desafios ao correto funcionamento das redes de distribuição de energia, nomeadamente em problemas de sobrecarga e tensão. Com vista a resolver estes problemas, o Operador da Rede de Distribuição (RD) necessitará de reforçar a infraestrutura existente, através do investimento em novos transformadores e linhas/cabos. 

A figura abaixo ilustra as consequências da utilização de uma estratégia de carregamento não inteligente no perfil de carga projetada para um dia de semana durante o Inverno para o ano de 2030, considerando uma penetração elevada de VEs. Define-se carregamento não inteligente como o carregamento que se inicia imediatamente após o VE ser conectado ao carregador e no qual não exista qualquer controlo sobre a potência de carregamento. Verifica-se a introdução de 2 elevados picos de procura nas janelas temporais das 8:00h às 10:00h (aumento em 35% da procura) e das 18:00h às 21:00h (aumento em 40% da procura). Os picos introduzidos relacionam-se com carregamentos no local de trabalho e carregamentos domésticos.

Apesar dos problemas advindos da crescente integração de postos de carregamentos de VEs na rede elétrica, os VEs possuem um grande potencial de flexibilidade. A flexibilidade é definida como o ajuste controlado de potência durante um período de tempo necessário. Uma vez que os VEs estão parados cerca de 80% a 90% do tempo, através de soluções de carregamento inteligente, a flexibilidade oferecida por VEs poderá prestar serviços de sistema. Os serviços de sistema são essenciais para o correto funcionamento da rede elétrica. Um estudo recente da consultora McKinsey, aponta que os serviços de sistema oferecidos pelo controlo de carga de VEs poderão gerar 1.6 mil milhões de euros por ano em 2030 [3].

Para a prestação de serviços de sistema recorrendo ao controlo de carga de VEs é necessária a introdução de um novo agente no panorama elétrico, o agregador de VEs. Os agregadores irão ser as entidades responsáveis pela gestão e coordenação da carga dos VEs, de modo a que possam prestar serviços de sistema e, simultaneamente, satisfazer as necessidades de carga de cada um dos VEs que agregam.

PROBLEMAS

Foram identificados dois problemas:

1. Desafios ao correto funcionamento das redes de distribuição devido à forte integração e desenvolvimento de infraestrutura relacionada com VEs.
2. Elevados investimentos necessários por empresas privadas/públicas para a criação de parques de VEs, devido à compra e instalação de carregadores e respetiva ligação à rede.

SOLUÇÃO

Surge a EVOLV, uma empresa agregadora de potência flexível de VEs. A EVOLV apresenta-se como o primeiro Comercializador de Eletricidade para a Mobilidade Elétrica (CEME) que utiliza a flexibilidade inerente dos seus clientes para aumentar o seu lucro no mercado de eletricidade. Em troca, a EVOLV promete uma elevada poupança na fatura da eletricidade referente ao carregamento do VE. Para tal, a EVOLV atuará em dois mercados: o mercado grossista e o mercado de serviços de sistema. De seguida, explicamos com mais detalhe a operação da EVOLV em cada um destes mercados.

Mercado Grossista

É no mercado grossista onde se comercializa praticamente toda a energia. Todos os agentes presentes no mercado, produtores e consumidores, apresentam as suas ofertas de venda e de compra para as vinte e quatro horas do dia seguinte. Desta forma, para cada hora, o preço da eletricidade é definido pela intersecção da curva da oferta com a da procura, tal como demonstra a figura abaixo. As licitações podem ser efetuadas até as 11:00h, sendo que ao 12:00h são conhecidos os preços da eletricidade para o dia seguinte.

A EVOLV participará no mercado grossista através da licitação de ofertas de compra, na qual se deve especificar a quantidade de energia a ser comprada a cada hora. Para tal, a EVOLV deverá planear o consumo expectável dos seus clientes. As licitações de oferta de compra são colocadas ao preço do mercado.

Mercado de Serviços de Sistema

O mercado de serviços de sistema é responsável pela segurança, estabilidade e qualidade de serviço do sistema elétrico. Existem 4 tipos de serviços de sistema:

• Gestão do sistema - resolução de restrições técnicas
• Controlo de frequência
• Controlo de tensão
• Reposição de serviço

A EVOLV irá atuar, exclusivamente, no controlo de frequência. O controlo de frequência é o serviço responsável por manter o equilíbrio da potência produzida com a potência absorvida pelos consumidores. Caso este equilíbrio seja atingido, a frequência do sistema é de 50 Hertz. No entanto, devido à natureza estocástica da produção e do consumo, é impossível assegurar o equilíbrio da produção e consumo em tempo real. Tal implica que a frequência do sistema varia constantemente em torno dos 50 Hertz. Caso o consumo seja superior à produção, então a frequência do sistema encontra-se abaixo dos 50 Hertz, e caso o contrário se verifique, a frequência passa a estar acima dos 50 Hz. A figura abaixo ilustra as duas situações.

Assim, existem reservas cuja funções é de restabelecer o equilíbrio entre a produção e o consumo. Existem 3 níveis de reserva que diferem temporalmente: reserva primária, secundária e terceária. A EVOLV atuará na reserva terceária. Assim, à semelhança do mercado grossista, são submetidas ofertas de aumento de potência ou de diminuição de potência. Estas ofertas compreendem uma quantidade, em MW, e um preço por hora (€/MWh) e são despachadas por ordem de mérito. Caso o Gestor Global de Sistema (REN), necessitar de utilizar a reserva terceária, paga o valor de mercado aos agentes que foram escolhidos para fornecer reserva. A EVOLV submete as suas ofertas a preço nulo, significando assim que a EVOLV é remunerada ao preço do mercado.

Em 2022, a energia transacionada em reserva terciária foi de 521GWh (aumento) a um preço ponderado de 196.45€/MWh e de 1240GWh (descida) a 111.33€/MWh, o que totaliza cerca de 240M€ distribuídos pelos agentes presentes na reserva terceária.

Operação da EVOLV (e Protótipo)

A tarifa da EVOLV permite que esta seja muito mais competitiva que as da competição, uma vez que aos custos incorridos pela EVOLV na aquisição de eletricidade no mercado grossista, subtraem-se as receitas provenientes da participação no mercado de serviços de sistema. Assim, o custo total de operação da EVOLV é menor que o da competição, permitindo assim a oferta de tarifas mais competitivas.

Os utilizadores de veículos elétricos que pretendem aderir a EVOLV deverão celebrar um contrato com a mesma. Para a EVOLV poder participar no mercado de serviços de sistema, é fundamental que esta possua controlo sobre os carregadores dos seus clientes. A partir do momento em que os utilizadores sejam clientes da EVOLV, este controlo é assegurado para os carregadores domésticos ou empresariais, dependendo do tipo de cliente. No entanto, caso o cliente pretenda carregar na via pública, poderá continuar a fazê-lo, tal como o faz com qualquer outro comercializador.

Para participar no mercado grossista e de serviços de sistema é necessário que a EVOLV saiba quais as quantidades a licitar em ambos os mercados. Para tal, a EVOLV começa por estimar os preços da eletricidade, da regulação up e da regulação down, para o dia seguinte. Para tal, recorre a inteligência artificial, que dadas as previsões de consumo, produção eólica e solar e preços de eletricidade passados, estima os preços, tal como se ilustra na figura seguinte.

Estimados os preços, a EVOLV procede à determinação da calendarização ótima dos carregamentos dos seus clientes. Para tal, a calendarização dos carregamentos é feita de modo a que a EVOLV minimize o seu custo de operação mas atendendo a que as necessidades de condução dos seus clientes sejam satisfeitas. Para tal, a EVOLV resolve um problema de otimização. A cada instante de tempo, é definido um ponto de operação preferencial (POP) de cada carregador, que indica a potência a que o veículo se encontra a carregar. A participação no mercado de serviços de sistema implica que a EVOLV consiga alterar o seu consumo de acordo com o que licitou no mercado. Assim, para cada carregador, é possível diminuir o consumo em POP unidades de potência e aumentar em (Potencia máxima do carregador - POP) unidades de potência. A figura seguinte ilustra um carregador de 10kW, com um POP de 4kW. Tal implica que é possível à EVOLV aumentar o consumo em 6 kW (banda de regulação para cima) e diminuir o consumo em 4kW (banda de regulação para baixo).

Aplicado a todos os clientes da EVOLV, é assim possível determinar as quantidades de eletricidade a serem compradas no mercado grossista e as licitar as bandas de regulação no mercado de serviços de sistema, tal como ilustrado na figura seguinte.

É referido que a EVOLV utiliza ambos inteligência artifical e optimização para operar corretamente. Implementamos a parte da optimização no protótipo. Para tal, em vez que estimar os preços da eletricidade utilizamos dados de 2022, e simulamos a operação da EVOLV durante 1 ano. Os resultaos permitiram concluir que a EVOLV pode poupar cerca de 35% na fatura da eletricidade.

A aplicação da EVOLV (Complemento ao Protótipo)

É nesta aplicação que o cliente e a EVOLV interagem. O utilizador poderá registar o seu veículo elétrico através da sua matrícula, verificar os seus consumos e faturas, identificar-se num posto de carregamento com a app e consultar os postos de carregamento livres.