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Sistemas de Potência e Energia
PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Departamento de Energia Elétrica – Faculdade de Engenharia
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
E-mail: [email protected]
1Juiz de Fora, 30 de Julho de 2013
UNIVERSIDADE FEDERAL
DE JUIZ DE FORA
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De Onde Vem a Eletricidade?
• A eletricidade é gerada na usinas
− Movimento das águas
− Do vento
− Da queima de combustíveis
• Os geradores transformam a energia mecânica em energia
elétrica
• As linhas de transmissão levam a energia até os consumidores
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Como a Eletricidade é Produzida?
• A energia elétrica pode ser gerada através de fontes
renováveis de energia (a força das águas e dos ventos, o sol e
a biomassa), ou não renováveis (combustíveis fósseis e
nucleares)
• No Brasil, devido ao grande número de rios, a eletricidade é
produzida (mais de 90%) por geração hidrelétrica mas é
gerada também em termelétricas que utilizam a fissão nuclear,
carvão mineral e óleo combustível
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Sistemas Elétricos de Potência
• Esquema simplificado de um sistema de potência
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O Suprimento da Energia Elétrica
• Cobre desde o processo de transformação da energia
primária até a interface com cada tipo de consumidor
5
G
FontesPrimárias
Geração
Transmissão
SubtransmissãoDistribuição
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Sistemas Elétricos de Potência
• Conceitos básicos
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Características do Sistema Elétrico Brasileiro
Sistema
Elétrico
Brasileiro
(SEB)Próximos dos centros de consumo
• Sistema hidrotérmico com predominância de geração hidrelétrica
Normalmente
Afastados dos centros
de consumo
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Características do Sistema Elétrico Brasileiro
8
Jacui
Porto Alegre
Florianópolis
Curitiba
São Paulo
Rio de Janeiro
Paraíbado Sul
Uruguai
Vitória
BeloHorizonte
Itaipu
Grande
Paranaíba
Paraná/Tietê
Campo Grande
Iguaçu
Tocantins
Belém
São Francisco
Parnaíba
São Luís
Teresina
Fortaleza
Natal
Recife
Maceió
Aracajú
SalvadorCuiabá
Goiânia
Brasília
Paranapanema
Argentina
�Cap. Instalada = 88 533 MW
• Hidroelétrica = 68 896 MW – 77.8 %
• Térmica = 17 630 MW – 19.9 %
• Nuclear = 2 007 MW – 2.3 %
� Unid. consum. = 54.9 milhões
� Produção = 398.3 TWh/ano
�Demanda máx. = 60 918 MW
� LT – Rede básica = 84 129 km
Fonte: MME/ANEEL (Maio/2005)
� Geração 85% Setor público
15% Setor privado
� Transmissão 26 conces. (15 privadas)
� Distribuição 64 concessões
80% setor privado
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Características do Sistema Elétrico Brasileiro
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Fonte Nº Usinas MW %
Hidrelétrica 599 71.390 70,7
Gás 98 10.813 10,7
Petróleo 511 4.613 4,6
Biomassa 262 3.295 3,3
Nuclear 2 2.007 2,0
Carvão Mineral 7 1.415 1,4
Eólica 10 29 0,0
Potência Instalada 1.489 93.562 92,6
Importação Contratada 7.468 7,4
Potência Disponível 101.030 100,0
Brasil - Matriz de Energia Elétrica - 28/02/06
Fonte: Aneel
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Potencial Hidrelétrico América do Sul
10
Potencial (GW) Potencial Desenvolvido (%)
Capacidade teórica
total
Capacidade tecnicamente
explorável
Capacidade teórica
total
Capacidade
tecnicamente explorável
Argentina 40.4 14.8 24.4 66.4
Bolívia 20.3 14.4 2.4 3.4
Brasil* 260.0 180.0 28.2 40.8
Chile 25.9 18.5 18.9 26.5
Colômbia 114.2 22.8 7.9 39.3
Equador 19.1 15.3 9.4 11.8
Paraguai 14.8 12.1 54.6 67.0
Peru 180.0 45.1 1.8 7.1
Uruguai 3.7 1.1 28,7 100.0
Venezuela 36.5 28.1 40.0 52.0
Outros 11.0 4.5 3.2 7.9
Total 726.1 356.7 17.5 35.7
Fonte: World Energy Council (2007), *PNE 2030
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Energia Hidráulica no Mundo
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Distribuição Geográfica do Potencial
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Sistema Interligado Nacional - SIN
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Características do SEB
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Situação do SEB em 2008
15
Tensão Extensão
(kV) (km)
230 37.863 41,2
345 9.772 10,6
440 6.671 7,3
500 31.773 34,5
600 (HVDC) 3.224 3,5
750 2.683 2,9
Total 91.986 100
Linhas de Transmissão (917) (*)
Principais Componentes da
(%)
Rede de Transmissão
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624 81
1.986
63.971
69.034
87.286
72.506
77.642
70.033
67.048
61.571 86.229
83.049
80.00761.57162.486 63.110
63.971
67.048
69.03470.033
72.506
77.642
80.007
83.049
87.286
58.000
63.000
78.000
83.000
88.000
98.000
1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2007 2008 2009
Cerca de 26.500km em 10 anosxxx = Extensão totalxxx = Aumento anualxxx = Previsão até 2010
xxx = Extensão totalxxx = Aumento anualxxx = Previsão até 2010
61.571
915
3.077
1.986999
2.473
5.136
2.365
91.986
62.486 63.110
4.154
4.700
1.057
3.180
3.042
70.033
72.506
86.229
91.986
96.140
58.000
63.000
68.000
73.000
78.000
83.000
88.000
93.000
98.000
Taxa Média
3,5% a.a.
2006
5.814
101.954
96.140
Modelo Anterior
Taxa Média
0,96% a.a.
Modelo vigente através das Leis nº 9648/98 e 10848/04
2010 2011
101.954
7.745
109.699
Taxa Média
6,7% a.a.
(Previsto)
Expansão do Sistema de Transmissão
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Características do SEB
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Sistema Elétrico de Potência
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Geração de Energia Elétrica: O Cenário Brasileiro
• Energia Hidrelétrica – Renovável
• Geração Termelétrica – Renovável e Não Renovável
• Energia Termelétrica a partir da Biomassa
− Gestão Integrada de Resíduos (GIR)
• Energia Eólica
• Energia Solar
− Direta e Indireta
• Outras Fontes
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Geração Distribuída e Co-Geração
• Geração Distribuída: Qualquer forma de geração elétrica (em
geral de pequeno porte e conectada ao sistema em nível de
tensão de distribuição ou sub-transmissão) localizada
próxima do consumidor final
• Co-geração: Geração simultânea de duas formas de energia,
a elétrica e a térmica, a partir do mesmo combustível
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Inserção Ambiental de Projetos de Geração Elétrica
• Projetos de geração devem enfatizar a inserção no meio
ambiente
• Carta Terra, ECO 92, Rio de Janeiro
− Princípios 15 (Precaução) e 17 (AIA)
• Avaliação do Impacto Ambiental (AIA)
• Estudo Prévio de Impacto Ambiental (EpIA)
• Licença Ambiental
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Cenário Demográfico de Referência
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Economia e Consumo de Energia
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Consumo Final de Energia no Brasil
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Matriz Energética Mundial
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Matriz Elétrica Mundial
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Matriz de oferta de Energia – Brasil – 2007 (%)
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Recursos Energéticos Brasileiros (milhões de bep)
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Competitividade entre as Fontes Primárias
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Emissões de Gases do Efeito Estufa [gramas de Carbono equiv. / kWh] (*)
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Aproveitamento do Potencial Hidrelétrico no Mundo
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Hidroeletricidade: Vocação Nacional Potencial Hidráulico
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Geração de Energia Elétrica (GW)
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Indicadores de Emissões de CO2 do Setor Energético Brasil e Mundo (2006)
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Energia Eólica
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PROF. JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Aspectos Sócio-Ambientais
� Entre os principais impactos sócio-ambientais de usinaseólicas destacam-se os sonoros e os visuais. Os impactossonoros são devidos ao ruído dos rotores e variam de acordocom as especificações dos equipamentos
� Os impactos visuais são decorrentes do agrupamento detorres e aerogeradores, principalmente no caso de centraiseólicas com um número considerável de turbinas, tambémconhecidas como fazendas eólicas.
� Outro impacto negativo de centrais eólicas é a possibilidadede interferências eletromagnéticas, que podem causarperturbações nos sistemas de comunicação e transmissãode dados.
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Redes Inteligentes ou “Smart Girds”
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Redes Inteligentes ou “Smart Girds”
• Redes de Energia Elétrica
− Geração, Transmissão e Distribuição
− Centros de controle, proteção e automação
• As futuras redes devem estar preparadas
− Inclusão de fontes renováveis (incertezas)
� Parques solares e eólicos
�Novas demandas, carros híbridos e/ou elétricos
�Geração Distribuída - GD (fluxo bidirecional)
� PCHs, biomassa, etc.
• Evolução ou revolução dos próximos anos
− Diferentes velocidades dessa transformações no mundo�Necessidade de geração de energia elétrica (EUA)
�Questões de sustentabilidade ambiental
�Competitividade do mercado
� Eficiência Energética
�Renovação da infra-estrutura e da força de trabalho
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Europa
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Redes Inteligentes ou “Smart Girds”
• Há diferentes visões sobre o escopo e conteúdo do termo
• Termos que são incluídos em quase todas as definições
− Flexível
� A rede deve atender às necessidades dos clientes enquanto responde
pelas mudanças e desafios futuros
− Acessível
�Que garanta conexão a todos os usuários do sistema, particularmente
novas fontes de energia renováveis, distribuídas e limpas
− Confiável
�Que assegure e melhore a segurança e qualidade no fornecimento
− Lucrativa
�Que ofereça maior valor agregado através da inovação, eficiência
energética e competitividade
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Redes Inteligentes ou “Smart Girds”
• As redes de distribuição e transmissão
− Diferentes requisitos de monitoração
− Transmissão
� Sofisticados sistemas de controle e monitoração
− Distribuição
�Medidores inteligentes e gerenciamento de carga
� Controle da rede de distribuição
� Eficiência energética
• Pontos susceptíveis a falhas
− Redes maiores e mais complexas
− Os centros de controle deverão ser capazes de
�Responder em tempo hábil
� Ter capacidade de antecipação de eventos futuros
�Manter a integridade da rede
� Evitar interrupção ou limitá-la à apenas uma determinada região
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OBRIGADO!
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
Contato:JOÃO ALBERTO PASSOS FILHO
Departamento de Energia – Faculdade de Engenharia
UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA
E-mail: [email protected]