Prévia do material em texto

<p>TÓPICOS ESPECIAIS EM SISTEMAS ELÉTRICOS:</p><p>GERAÇÃO DISTRIBUÍDA DE ENERGIA</p><p>RAPHAEL PAULO BRAGA POUBEL</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>2</p><p>SUMÁRIO</p><p>1. PANORAMA DA GD NO BRASIL</p><p>2. PEQUENAS CENTRAIS HIDRELÉTRICAS</p><p>3. ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA</p><p>4. ENERGIA EÓLICA</p><p>5. FLUXO DE POTÊNCIA CC</p><p>6. DESPACHO DE UM SISTEMA ELÉTRICO CONTENDO GD</p><p>7. FLUXO DE POTÊNCIA CONVENCIONAL</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Panorama da GD no país</p><p>3</p><p>• O Brasil ultrapassou a marca de 1 gigawatt de potência</p><p>instalada em micro e minigeração distribuída de energia</p><p>elétrica;</p><p>• A fonte mais utilizada para micro e minigeração distribuída,</p><p>pelos consumidores brasileiros, é a solar fotovoltaica, com</p><p>82,6 mil micro e mini usinas e cerca de 870 megawatts (MW)</p><p>de potência instalada. Em segundo lugar em potência</p><p>instalada está a produção por centrais geradoras hidrelétricas</p><p>(CGHs), com 86 usinas e 81,3 MW de potência.</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Panorama da GD no país</p><p>4</p><p>• Os estados que mais aderiram à micro e à minigeração,</p><p>superando 10 mil unidades consumidoras, foram:</p><p>ü Minas Gerais (16,7 mil unidades de geração e 212,3 MW de potência</p><p>instalada);</p><p>ü Rio Grande do Sul (12 mil unidades, 144,4 MW);</p><p>ü São Paulo (14,5 mil unidades, 117,4 MW).</p><p>• Ao todo, existem 82,9 mil usinas geradoras no país, com</p><p>114,3 mil unidades consumidoras que recebem os créditos</p><p>pela energia gerada.</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Panorama da GD no país</p><p>5</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Panorama da GD no país</p><p>6</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Pequenas Centrais Hidrelétricas</p><p>7</p><p>• Evolução do parque hidroelétrico brasileiro</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Pequenas Centrais Hidrelétricas</p><p>8</p><p>• Panorama Mundial</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Pequenas Centrais Hidrelétricas</p><p>9</p><p>• Produção Hidroelétrica por regiões do mundo</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Pequenas Centrais Hidrelétricas</p><p>Princípios de funcionamento</p><p>• A energia hidráulica provém da irradiação solar e da energia</p><p>potencial gravitacional.</p><p>• O sol e a força da gravidade condicionam a evaporação, a</p><p>condensação e a precipitação da água sobre a superfície da</p><p>Terra.</p><p>• O desnível entre volumes de água (queda) proporcionado pelo</p><p>relevo da superfície terrestre representa assim um potencial</p><p>energé t i co que pode ser aprove i tado pe las us inas</p><p>hidrelétricas.</p><p>10</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Pequenas Centrais Hidrelétricas</p><p>11</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Solar Fotovoltaica</p><p>12</p><p>Evolução da capacidade fotovoltaica acumulada</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Solar Fotovoltaica</p><p>13</p><p>Distribuição da capacidade instalada anual</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Solar Fotovoltaica</p><p>14</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>• A potência CA de uma central fotovoltaica pode ser dada por:</p><p>• Onde a potência em corrente contínua é descrita por:</p><p>Energia Solar Fotovoltaica</p><p>15</p><p>  ,,, . CCinvCA PP </p><p> ,,, ... PVinvstringsPVCC PNNNP </p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Solar Fotovoltaica</p><p>16</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Solar Fotovoltaica</p><p>17</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>• O uso do vento para fins elétricos é relativamente recente,</p><p>data de finais do século XIX na Dinamarca e nos EUA, com a</p><p>utilização de máquinas que geravam eletricidade a partir do</p><p>vento, ou aerogeradores (Tester et al., 2005);</p><p>• Vale lembrar que a eletricidade com fins comerciais, nos</p><p>moldes similares ao que conhecemos hoje, data também dos</p><p>finais do século XIX;</p><p>• Um século depois, quando a eletricidade já era fortemente</p><p>provida por combustíveis fósseis, acontece a crise do petróleo</p><p>de 1973, levando o governo dos EUA a apoiar a pesquisa e o</p><p>desenvolvimento da energia eólica.</p><p>18</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>• Depois de 1990 o mercado se concentrou na Europa, tanto</p><p>em termos de instalações, quanto em fabricantes, fruto de</p><p>incentivos provenientes de preocupações antigas, como a</p><p>dependência energética, e de novos problemas como as</p><p>preocupações ambientais com foco nas emissões de gases de</p><p>efeito estufa;</p><p>• No final dos anos 1990 e inícios dos anos 2000 o mercado se</p><p>diversificou mais pelo mundo, saindo do binômio EUA-Europa,</p><p>surgindo instalações e fabricantes na Ásia (principalmente</p><p>Índia e China) e de forma embrionária na América Latina e</p><p>África.</p><p>19</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>20</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>21</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>22</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>23</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>• Considerando um fluxo de ar de massa m movimentando-se a</p><p>uma velocidade v, pode-se estabelecer sua energia cinética</p><p>como E = mv2/2;</p><p>• A Potência (P) é, de forma simplificada, a energia sobre o</p><p>tempo (E/t), e que por sua vez pode ser escrita como P =</p><p>Apv3/2, onde p é a massa específica do ar e A é área varrida</p><p>pelo aerogerador;</p><p>24</p><p>2</p><p>3vAP </p><p></p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Energia Eólica</p><p>25</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potencia CC</p><p>26</p><p>• Considere o fluxo de potência Pkm em uma linha de</p><p>transmissão, dado pela expressão:</p><p>• O fluxo nbo extremo oposto da linha é dado por:</p><p>KMKMMKKMKMMKKMKKM senbVVgVVgVP   cos2</p><p>KMKMMKKMKMMKKMMMK senbVVgVVgVP   cos2</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potencia CC</p><p>27</p><p>• As perdas de transmissão são dados por:</p><p>• os termos correspondentes ás perdas forem desprezados nas</p><p>expressões de Pkm e Pmk, ter-se-á:</p><p> KMKMMKMKKMMKKM gVVVVgPP cos222 </p><p>KMKMMKMKKM senbVVPP </p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potencia CC</p><p>28</p><p>• As seguintes aproximações podem ainda ser intruduzidas:</p><p>• O fluxo Pkm pode então ser aproximado por:</p><p>KM</p><p>KM</p><p>KMKM</p><p>MK</p><p>X</p><p>b</p><p>sen</p><p>puVV</p><p>1</p><p>1</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>KM</p><p>MK</p><p>KMKMKM X</p><p>XP  </p><p> 1</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potencia CC</p><p>29</p><p>• A equação:</p><p>• Tem a mesma forma que a Lei de Ohm aplicada a um resistor</p><p>percorrido por um corrente, sendo Pkm análogo a intensidade</p><p>da corrente: θk e θm análogos ás tensões terminais e Xkm</p><p>análogo a resistência.</p><p>• Por esta razão, o modelo de de transmissão baseado na</p><p>equação anterior é conhecido como Modelo CC.</p><p>KM</p><p>MK</p><p>KMKMKM X</p><p>XP  </p><p> 1</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potencia CC</p><p>30</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Despacho da GD</p><p>31</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Despacho da GD</p><p>32</p><p>• Montando as equaçoões de balanço de potência, temos:</p><p>2322</p><p>1313</p><p>211 0</p><p>DFLFLPG</p><p>DFLFLPG</p><p>FLFLPG</p><p></p><p></p><p></p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Despacho da GD</p><p>33</p><p>• Montando as equações de balanço de potência, temos:</p><p>2</p><p>15</p><p>23</p><p>20</p><p>31</p><p>3</p><p>1</p><p>15</p><p>23</p><p>15</p><p>21</p><p>2</p><p>20</p><p>31</p><p>15</p><p>21</p><p>1 0</p><p>D</p><p>XX</p><p>PG</p><p>D</p><p>XX</p><p>PG</p><p>XX</p><p>PG</p><p>MWMW</p><p>MWMW</p><p>MWMW</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de</p><p>Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Despacho da GD</p><p>34</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Método de Newton-Raphson</p><p>35</p><p>• Calculando zero de uma função real de uma variável:</p><p>32)( xxxg </p><p>261)(' xxg </p><p>2)( nx</p><p>))(('</p><p>))(()()1(</p><p>nxf</p><p>nxfnxnx </p><p>3913.1</p><p>23</p><p>142</p><p>)2(61</p><p>)2(222)1( 2</p><p>3</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>nx</p><p> 6087.03913.12)()()( nxnxnx</p><p>1,0722</p><p>10,6142</p><p>3,38633913.1</p><p>)3913.1(61</p><p>)3913.1(223913.1)2( 2</p><p>3</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>nx</p><p> </p><p>0,707</p><p>2</p><p>1</p><p>021</p><p>0</p><p>210</p><p>2</p><p>2</p><p>2</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>xx</p><p>x</p><p>x</p><p>xx</p><p> 0,31910722.13913.1)1()2( nxnxx</p><p></p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>36</p><p>• As equações básicas do fluxo de carga são descritas por:</p><p>• A solução do fluxo de carga consiste na solução so sistema:</p><p> </p><p></p><p></p><p>Km</p><p>KMKMKMKMMKK senBGVVP cos</p><p> </p><p></p><p></p><p>Km</p><p>KMKMKMKMMKK BsenGVVQ  cos</p><p>vvv xxJxg  )()(</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>37</p><p>• Onde:</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> v</p><p>v</p><p>v</p><p>Q</p><p>Pxg )( </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p> v</p><p>v</p><p>v</p><p>V</p><p>x )(</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>V</p><p>QQ</p><p>V</p><p>PP</p><p>xJ v</p><p>)()(</p><p>)()(</p><p>)(</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>v</p><p>v</p><p>v</p><p>v</p><p>V</p><p>V</p><p>QQ</p><p>V</p><p>PP</p><p>Q</p><p>P </p><p></p><p></p><p>)()(</p><p>)()(</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>v</p><p>v</p><p>v</p><p>v</p><p>Q</p><p>P</p><p>V</p><p>QQ</p><p>V</p><p>PP</p><p>V</p><p>1</p><p>)()(</p><p>)()(</p><p></p><p></p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Exemplo</p><p>38</p><p>Dados de barras (pu)</p><p>Barra Tipo P Q V θ</p><p>1 Vθ - - 1.0 0.0</p><p>2 PV -0.4 - 1.0 -</p><p>Dados de linhas (pu)</p><p>Linha R X Bsh</p><p>1 - 2 0.2 1.0 0.02</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>• A impedância série e a admitância-série da linha são,</p><p>respectivamente:</p><p>• A admitância-shunt da linha é:</p><p>• A matriz de admitancia nodal é:</p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>39</p><p>0.12.02,12,12,1 jjXRZ </p><p>9615.01923.0)( 1</p><p>2,12,12,12,1 jZjBGY  </p><p>020.02,12,1 jjBY shsh </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>9415.01923.09615.01923.0</p><p>9615.01923.09415.01923.0</p><p>j</p><p>j</p><p>jBGY</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>40</p><p>• Sendo as matrizes G e B dadas respectivamente, por:</p><p>• A expressão da potência atva na barra 2 é:</p><p>• A partir dos dados, tem-se:</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>1923.01923.0</p><p>1923.01923.0</p><p>G </p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>9415.09615.0</p><p>9615.09415.0</p><p>B</p><p> 212121211222</p><p>2</p><p>22 cos  senBGVVGVP </p><p>  222 9615.0cos11923.0  senP </p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>41</p><p>10)</p><p>4160.0000.0)</p><p>4160.09615.040.0)</p><p>9615.0cos9615.01923.0</p><p>/)()()</p><p>003.040.0)()</p><p>4.09615.0)cos1(1923.040.0)()</p><p>0.0;0)</p><p>1</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2,2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>22</p><p>)0(</p><p>22,2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>22</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>22</p><p>)0(</p><p>2</p><p>)0(</p><p>2</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>vvii</p><p>vi</p><p>HPv</p><p>sen</p><p>PHJiv</p><p>Piii</p><p>senPii</p><p>vi</p><p>itera玢oa</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>211)</p><p>4509.00349.04160.0)</p><p>0349.08002.00279.0)</p><p>8002.0cos9615.01923.0</p><p>/)()()</p><p>003.0029.0)()</p><p>029.09615.0)cos1(1923.040.0)()</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)2(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2,2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>22</p><p>)1(</p><p>22,2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>22</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>2</p><p>)1(</p><p>22</p><p>)1(</p><p>2</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>vvii</p><p>vi</p><p>HPv</p><p>sen</p><p>PHJiv</p><p>Piii</p><p>senPii</p><p>itera玢oa</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>42</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Fluxo de potência convencional</p><p>43</p><p>003.00002.0)()</p><p>0002.09615.0)cos1(1923.040.0)()</p><p>3</p><p>)2(</p><p>22</p><p>)2(</p><p>2</p><p>)2(</p><p>2</p><p>)2(</p><p>22</p><p></p><p></p><p></p><p></p><p></p><p>Piii</p><p>senPii</p><p>itera玢oa</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Referências</p><p>44</p><p>• MOREIRA, José Roberto (org.). Energias Renováveis,</p><p>Geração Distribuida e Eficiência Energética. LTC, 05/2017.</p><p>VitalBook file.</p><p>• EPE. (2016). Energia Renovável : Hidráulica, Biomassa,</p><p>Eólica, Solar, Oceânica. Ministério de Minas e Energia,</p><p>Empresa de Pesquisa Energética. Brasília : MME/EPE;</p><p>• ONS (2015) Figura Obtida no www.ons.org.br acessado em</p><p>02/05/2016; Tolmasquim, M. T. (2015). Novo Modelo do Setor</p><p>Elétrico Brasileiro. 2 o Edição Revista e Ampliada. Rio de</p><p>Janeiro : Synergia.</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Referências</p><p>45</p><p>• RESOLUÇÃO NORMATIVA Nº 482, DE 17 DE ABRIL DE</p><p>2012;</p><p>• RESOLUÇÃO NORMATIVA No 786, DE 17 DE OUTUBRO</p><p>DE 2017.</p><p>• FLUXO DE CARGA EM REDES DE ENERGIA ELÉTRICA,</p><p>ALCIR JOSÉ MONTICELLI, 1983.</p><p>Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais – CEFET-MG</p><p>Obrigado</p>