Geração Distribuída Baseada em Normas e Padrões Técnicos

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1 Geração Distribuída: Contexto Nacional e Internacional! da Normatização! ANEEL- Brasília 10 Abril, 2014 Geração Distribuída Baseada em Normas e Padrões Técnicos Standard- Based Distributed Genera1on Claudio Lima Seminário Micro e Minigeração Distribuída - Impactos da Resolução Normativa ANEEL RN 482/2012

2 Agenda Visão Geral da Geração Distribuída (GD) no Contexto de Smart Grid e Smart City Arquiteturas de Geração Distribuída (GD) e Definição de Cenários Evolutivos Penetração de GD Despacho de GD Telemetria & Controlabilidade Comparação das Normas Nacionais e Internacionais de GD Questões de Segurança em GD Sumário 2

3 Energia Solar Fotovoltaica nos Prêdios PILAR DO SMART ENERGY Geração Centralizada vs. Distribuída Sistemas de Micro, Minigeração Distribuída, ocuparão um lugar de destaque nas Cidades Inteligentes e Sustentáveis dentro do moderno conceito de Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grid). Copyright 2014 C Lima

4 Roadmap do Smart Grid: O que faz Sentido? Hoje Automação na Distribuíção Justificação do Modelo de Negócioà Operação Infraestrutura Avançada de Medição (AMI) Justificação do Modelo de Negócioà Comercial Automação na Substação Médio Prazo Futuro GD- Micro-Mini Geração Distribuída / Fase 1 Redes Residenciais (HAN) Recursos Energéticos Distribuídos Conectados à Planta (DER) (solar, éolica, biodiesel, gestão da carga, armazenamento) Uso de PMU, Sincrofasores nas Redes de Transmissão Veículos Elétricos Armazenamento de Energia 4

5 Evolução e Status do Smart Grid no Brasil Evolução&e&Status&do&Smart&Grid&no&Brasil& Geração Distribuída (RN 482) no Contexto das Redes Elétricas Inteligentes (REI) Novas&Bandeiras&Tarifárias& Medidores&Eletrônicos& Geração&Distribuída&(GD)& Chamada'Pública'No.'11'KP&D' Estratégico'de'SG'para'criação'de' polí4ca'pública'para' desenvolvimento'de'sg'no'brasil' Norma'ANEEL' Medidores' Inteligentes' Aneel'lança'consulta' pública'sobre'medidores' eletrônica' Revisão'Tarifária'das' Distribuidoras'(criação'de' novas'bandeiras'tarifárias)' Regulação'sobre'préK pagamento' Início'do'P&D'SG' coordenado'pela'iabradee' Introdução'da'Geração'Distribuída' (resolução'482/2012)/' Net'Metering ' MicroKGeração'<100kW' MiniKGeração:'100kWK1MW' Início'de'Ação'Integrada'mul4' ministerial'em'smart'grid:'mcti,' MME,'MDIC,'IPEA,'ABDI,'ANEEL,' ANATEL,'EPE,'ONS' Copyright 2012 C Lima Março&2009& 2010& 2011& 2012&!

6 Arquitetura de Referência de Smart Grid: BRASIL!!Brazilian!Smart!Grid:!Reference!Architecture! Corporate/IT+Control+&+Mgmt+ ERP+ Billing+ CIS+ Market+Management+ IT/Enterprise+Integra5on+BUS+ IT+Communica5on+GWAY+ REIEBRE2030! Physical!Security! Cyber!Security! Opera5on+Control+&+Mgmt+ EMS+ Backbone+Network+WAN+ SDH+ DWDM+ IP/MPLS+ DMS+ PDC+ Genera&on(and(Transmission( Automa&on((G&TA)( Genera;on!&! Transmission!(G&T)! SCADA+ Communica5ons+Infrastructure+ ++Radio+Link+ Satellite+ (HVDC( (FACTS( (PMU( ((((sensors( Substa'on*Automa'on*(SA)* **Recloser* Transformador* *****Breakers* Caapacitor** *****Bank* *******Voltage/ Current*Sensors* Asset++ Management+ Volt/Var* *Control* Opera5onal+Integra5on+BUS+ +++SCADA+Communica5on+GWAY+ Substa5on+Network+ SDH+ IP/MPLS+ +Radio+Link+ ++WiMax+ ++Metro+Ethernet+ ***** Sec'onalizer* ***Switches* Router/RTU/ Gtway*Com* **PMU* ++Mobile+Workforce+ Management+(MWM)+ **PMU* GIS+ Backhaul+Network+ GPRS+ ++Radio+Link+ Satellite+ SDH+ DWDM+ ++Metro+Ethernet+ Recurso EnergéNco Distribuido (RED)/ Geração Distribuída (GD) IP/MPLS+ ++WiMax+ ++Recloser+ Caapacitor Bank+ Concentrator/+ Router+ OMS+ LTE/4G+ Distribu(on+Automa(on+(DA)+ Transformer+ +++Voltage+ +Regulator+ MDMS+ Volt/Var+ +System+ *Distributed* Genera6on* *****(DG)* MDM Voltage/ Current+Sensors+ ++Automated+ ++++Switches+ MDC+!!Mobile!Workforce! Management!(MWM)!! Communica*on! Tablet/PDA,!!!!!!!!Devices! Notebook!! (((((Router/ Concentrator( Advanced(Metering( Infrastructure((AMI)( Distributed*Energy*Resources*(DER)* *Electric*Vehicle* *Infrastructure******* *********(EVI)* Applica5ons+ Commercial+Integra5on+BUS/Metering+ Network+Management+System+(NMS)/+Element+Management+System+(EMS)+ PLC+ 3G+ 3G+ Distribu5on+Network+ Backbone+and+Internet+Access+(public)+and+Intranet+(private)+ *******Energy* Storage*System* ********(ESS)* ++++Data+ Analy5cs+ GPRS+ RF+Mesh+ PLC+ Satélite+ ++WiMax+ LTE/4G+ FTTB/+FTTH+ ((Smart(Metering(w/( ((((Communica;ons( (((internal(or(external)( *Load*Management,***** Demand*Response*** ***************(DR)* ''''''Energy' Management' Service'Provider' 'Demand' 'Response' Aggregator' +++++Prosumer+Access+Network+(PAN)+ GPRS+ RF+Mesh+ PLC+ WiFi+ 'Distributed' ''''Energy'' 'Aggregator' Residen'al*Prosumer*Network*(RPN)* ***Intelligent* ****Connected** Transmission!&! Sub=Metering* ****Appliances* Distribu;on! Substa;on! Distribu;on! Producer/Consumer! LTE/4G+ Cable+Modem+ ** HEMS* *** Intelligent* **Display* **EMS* *** Intelligent* **Display* **EMS* *** Intelligent* **Display* *Intelligent* thermostat* ***Intelligent* Sub=Metering* Grid=Tie* Inverter* **** Intelligent* ***Loads* *****ESI* Gateway* ****Connected** ****Appliances* Commercial*and*Ins'tu'onal*Prosumer*Networks* (C&IPN)* *Intelligent* thermostat* ***Intelligent* Sub=Metering* Grid=Tie* Inverter* **** Industrial*Prosumer*Network*(IPN)* Grid=Tie* Inverter* *****ESI* Gateway* Intelligent* ***Loads* **** Intelligent* ***Loads* *****ESI* Gateway* **** sensores* ****sensors* ****sensors* ****Connected** ****Appliances* 6

7 GD no Contexto de Redes Elétricas Inteligentes (REI) Principais Sub- Sistemas da Cadeia de Redes Elétricas Inteligentes ((Geração( Distribuída(( ((((((GD)(( Recursos(Energé-cos(Distribuídos((RED)( Infraestrutura(de( Veículos(Elétricos( ((((((((((IVE)( (((((Sistema(de( Armazenamento((( de(energia((sae)( (((((((Gestão(de( Cargas((Resposta( (a(demanda((rd)( CADEIA PRODUTIVA INDUSTRIAL Principais Elementos da Cadeia de Geração Distribuída Módulo FV Inversor InteraNvo Combinador DC (string box) DSV DPS Cabos, Conectores Suportes de Fixação Medidor Net Metering componentes TIC (inovação, padronização) * Mapeamento da Cadeia Produ1va de Redes Elétricas Inteligentes (Projeto Inversor de string e Centralizado (1-5k, 10-30kW, kW, kW, 1MW, etc)

8 Programa do Governo Brasileiro de Smart Grid TIC Tecnologia da Informação e Comunicação Medição Inteligente, Automação na Distribuição, Geração Distribuída, etc Mapeamento da Indútria Nacional e Internacional: Concessionárias, Empresas e ICTs Normas Técnicas, Padrões e Regulamentos Tendências, Modelos de Negócios e Tecnologias Análise Econômica- Financeira da Cadeia ProduNva Geração Distribuída 4 Workshops Nacionais e 1 Seminário Nacional Proposição de PolíNcas Públicas em Smart Grid Geração Distribuída Geração Distribuída

9 Contexto da Inserção de GD no Brasil Normas Internacionais Contexto da Inserção da GD ANEEL e outras en]dades governamentais Normas Nacionais Regulação Setor Elétrico Geração Distribuída Busca de Experiências Dificuldades de Implantação R. Nielson, S. Granato e C. Lima, Impacto Operacional da Geração Distribuída (GD) Conectada a Rede Elétrica de Distribuição do Ponto de Vista da Concessionária Distributech Brazil 2013, São Paulo, Set 2013.

10 Normas de Geração Distribuída (GD) FOCO nas Características de Qualidade (da energia e da instalação) e Segurança Medidas de Proteção de Pessoas e Equipamentos Características Físicas e Elétricas dos Equipamentos Qualidade de Energia Compatibilidade Eletromagnética (distorção harmônica) Inspeção e Comissionamento de Sistemas Fotovoltaicos Confiabilidade Segurança AnN- Ilhamento de Inversores Interfaces de Conexões Instalação, Comissionamento & Inspeção Principais Normas e Padrões de Geração Distribuída 10

11 Normatização Brasileira de Geração Distribuída Sistemas Fotovoltaicos Conectados à Rede (SFCR) Classificação Sistemas fotovoltaicos Classificação ABNT NBR data da vigência da norma 21 Fev 2008 ABNT NBR IEC Abr 2012 Procedimento de ensaio de anti-ilhamento para inversores de sistemas fotovoltaicos conectados à rede elétrica Procedimento de Ensaio AnN- Ilhamento NR 10 SEGURANÇA EM INSTALAÇÕES E SERVIÇOS EM ELETRICIDADE NR 35 TRABALHO EM ALTURA Procedimentos de Distribuição de Energia Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST Módulo 3 Acesso ao Sistema de Distribuição Rev. 4 (482/2012) PRODIST Módulo 3 17 Abr 2012 Altera a Resolução Normativa nº 482, de 17 de abril de 2012, e o Módulo 3 dos Procedimentos de Distribuição PRODIST RN 482 RN Abr 2012 Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica, e dá outras providências Micro e Minigeração Distribuída 11 Dez Abr 2013 Terminologia Energia solar fotovoltaica Terminologia ABNT NBR Dez 2013 ABNT NBR Instalação, Comissionamento & Inspeção Sistemas fotovoltaicos conectados à rede Requisitos mínimos para documentação, ensaios de comissionamento, inspeção e avaliação de desempenho 1 Mar 2014 Sistemas fotovoltaicos (FV) Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição Procedimento de ensaio de conformidade Procedimentos de Ensaios na Interface de Conexão ABNT CB3 CE Sistemas de Conversão Fotovoltaica de Energia Solar do COBEI ABNT NBR Abr 2014 ABNT NBR Sistemas fotovoltaicos (FV) Características da interface de conexão com a rede elétrica de distribuição Interface com a Rede Elétrica

12 Instrumentos Normativos Internacionais de GD IEEE Std IEEE Standard for Interconnec]ng Distributed Resources with Electric Power Systems IEEE Std IEEE Recommended Prac]ce for U]lity Interface of Photovoltaic (PV) Systems IEEE Std IEEE Guide for Smart Grid Interoperability of Energy Technology and Informa]on Technology Opera]on with the Electric Power System (EPS), End- Use Applica]ons, and Loads VDE- AR- N 4105: Geração na Rede de Baixa Tensão, Requisitos Técnicos Mínimos para a Conexão e Funcionamento em Paralelo dos Geradores da Rede de Baixa Tensão IEC Test Procedure of Islanding Preven]on Measures for U]lity- Interconnected Photovoltaic Inverters IEC (all parts) - Low- voltage electrical installa]ons IEC Low- voltage Electrical Installa]ons Part 7-712: Requirements for Special Installa]ons or Loca]ons Photovoltaic (PV) Systems IEC Low- voltage electrical installa]ons - Part 6: Verificta]on IEC (2009) - Grid Connected Photovoltaic Systems Minimum Requirements for System Documenta]on, Commissioning Tests and Inspec]on IEC (all parts)- Electrical safety in low voltage distribu]on systems up to 1 to 1000 V a.c. and 1500 V d.c. Equipment for tes]ng, measuring or monitoring of protec]ve measures IEC Photovoltaic (PV) module safety qualifica]on,part 1: Requirements for construc]on IEC (1998) Photovoltaic System Performance Monitoring - Guidelines for Measurement, Data Exchange and Analysis IEC (2004) - Photovoltaic (PV) Systems Characteris]cs of the U]lity Interface IEC Photovoltaic (PV) module safety qualifica]on - Part 2: Requirements for tes]ng

13 Impacto da Regulamentação de GD Valores de Referência Referência Injeção de Corrente Conlnua Máxima DHT i Máximo Tempo Máximo de Operação em Ilha Tempo de Reconexão à Rede após Falha Faxia de Frequência (Hz) - Operação Normal Tempo Máximo Fora da Faixa de Frequência Faixa de Tensão - Operação Normal Valor 0,5% 5% 2 s 300 s 59,3 < f < 60,5 0,16 s 88% V <110% Tempo Máximo fora da Faixa de Operação Normal Tensão (% Tempo (s) V nominal ) - V < 50% 0,16 50% V < 88% 2 88% V < 110% Operação Normal 110% V < 120% 1 120% V - 0,6 Std IEEE 1547 R. Nielson, S. Granato e C. Lima, Impacto Operacional da Geração Distribuída (GD) Conectada a Rede Elétrica de Distribuição do Ponto de Vista da Concessionária Distributech Brazil 2013, São Paulo, Set 2013.

14 Impacto da Regulamentação de GD Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema Elétrico Nacional PRODIST Tempo Máxima fora da Faixa de Operação Normal Tensão (% V nominal ) Tempo (s) - f < 57,5 5 57,5 f < 58, ,5 f < 59, ,9 f < 60,1 Operação Normal 60,5 f < 62, ,0 f < 63, ,5 f - 10 Valores de Referência Referência Fator de Potência Mínimo da Carga Faixa de Frequência (Hz) - Operação Normal Faixa de Tensão - Operação Adequada (base 220/127 V) Valor 92,0% 59,9 < f < 60,1% 91% V < 105% R. Nielson, S. Granato e C. Lima, Impacto Operacional da Geração Distribuída (GD) Conectada a Rede Elétrica de Distribuição do Ponto de Vista da Concessionária Distributech Brazil 2013, São Paulo, Set 2013.

15 Normas de GD: Comparação Normas de Referência de Geração Distribuida - Comparação Referências IEC IEEE 929 VDE IEEE 1547 PRODIST Injeção de Componente Conlnua Máxima 1% 0,50% 1 A 0,50% - DHT i Máximo 5% 5% - 5% - Fator de Potência Mínimo 90% 85% % Tempo Máximo de Operação em Ilha (s) Tempo de Reconexão à Rede (s) Faixa de Frequência (Hz) - Operação Normal 59 < f < 61 59,3 < f < 60,5 47,5 < f < 50,2 59,3 < f < 60,5 59,5 < f < 60,5 Tempo Máximo Fora da Faixa de Frequência (s) 0,2 0,1 0,2 0, Faixa de Tensão - Operação Normal 85% V < 110% 88% V < 110% 80% V < 115% 88% V < 110% 91% V < 105% R. Nielson, S. Granato e C. Lima, Impacto Operacional da Geração Distribuída (GD) Conectada a Rede Elétrica de Distribuição do Ponto de Vista da Concessionária Distributech Brazil 2013, São Paulo, Set 2013.

16 Cenário Evolutivo da GD no Brasil Estágio Atual Inversor InteraNvo (monitoração) sem visibildiade e controle operacional 2014 à Inversor inteligente tem capacidade de se adaptar às condições operanvas quando o sistema está conectado ao ramal da concessionária de energia Inversor Inteligente (monitoração e controle) com visibildiade e controle operacional FASE 1 Primeiras Instalações ANEEL RN 482/517 Eco- cliente Fase de aprendizado Preparo operacional pelas concessionárias Primeiras Normas ABNT Inmetro PBE Módulos FV Inversor sem Homologação Sem incen1vos, redução tributária limitada Net Metering com DSV FASE 2 Consciência de Conservação de Energia Norma de instalação ABNT Associações ABSOLAR, etc Modelamento Econômico- Financeiro Normas de Segurança NR 10 e 35 Primeiras Linhas de Crédito Finame/BNDES Par1cipação do Governo na Cadeia Produ1va do GD/REI (ABDI) Homologação de Inversores ANEEL possível revisão RN 482 Net Metering sem DSV GD FASE N GD no Contexto de Rede Elétrica Inteligente Penetração de GD Desafios Técnico- Operacional Funções Avançadas e Comunicação com a Rede Integração de recursos distribuídos e cenário de penetração elevado Despacho de GD Agregado & Controle e Atuação Remota de Inversores coordenado com elementos de rede Estágio Futuro RED/GD IEEE 2030, IEEE 1547 Series, IEC <5% ~10-15%

17 Impacto no Aumento da Penetração de GD Geração Distribuída em Ambiente Urbano Impacto Técnico- Operacional da GD sob o aspecto da penetração no Sistema Elétrico de Potência (SEP) Regulação de tensão; Controle de rea]vo; Qualidade da energia; Operação do SEP: aumento do número e potência de GD Ponto de Conexão Comum (PCC) (Interface) Jens, Distributech Brazil 2013 A medida que a potência instalada e o número de GD aumenta, um nível de monitoração e controle mais sofisncado deve ser introduzido provendo mais informação e condições de controlar micro- mini GD. Unidade de Geração Distribuída Interface de Interconexão Rede Elétrica de Distribuíção Foco na interconexão Std IEEE 1547

18 Principais Elementos do Smart Grid Source: IEEE

19 Geração Distribuída no Contexto do IEEE 2030 Copyright IEEE C. Lima RED/GD Customer RED/GD

20 IEEE 2030 Smart Grid: Arquiteturas de Referência IEEE SC21 P2030 Guide for Smart Grid Interoperability Smart Grid Systems Architectures Power System Interoperability Architecture Perspective (PS-IAP) Communications Technology Interoperability Architecture Perspective (CT-IAP) Information Technology Interoperability Architecture Perspective (IT-IAP) Lançado Oficialmente pelo IEEE- SA em Outubro de 2011

21 Arquitetura Referencial de SG com GD Centro de Operação e Controle Automação na Distribuíção Backhaul/ WAN FAN Subestação DAP Sistema AMI DisposiNvos de Campo RED/GD NAN IEEE 2030 Distribuição Medidor Inteligente FAN: Field Area Network (aka rede SCADA) DAP: Distributed Access Point (aka Concentrador) NAN: Neighborhood Area Network (aka Rede AMI Last Mile) RED/GD: Geração Distribuída/Recursos Energé]cos Distribuídos DisposiNvos de Campo: FTUs (Religadores, Banco de Capacitores), Sensores, Transformadores, Medidores de Trafo, Chaves/Taps, etc.

22 Arquiteturas Avançadas de GD/RED-REI Smart Grid- GD/RED Concessionária de Distribuição Agregador de RD PCC Operador de RD Mantenedor de RD Ponto de Conexão de RD Ponto de Conexão de Carga Unidade de RD Unidade de RD Unidade de RD Controlador de RD CARGA fluxo de comunicação local EMS RD Recurso Distribuído PCC Ponto de Conexão Comum EMS: Building Energy Management System DR Grande >1MW (usinas FV, autoprodutor, etc) DR Médio 100-1MW (ANEEL RN 482 Minigeração) DR Pequeno < 0-100kW (ANEEL RN 482 Microgeração) Área Local Arquitetura de Referência para Interconexão de RD (IEEE) Inclui Controle e Gestão de GD, Sistema Armazenamento de Energia (SAS), IVE (Infraestrutura de Veículo Elétrico), Despacho e Controle de Cargas

23 Requisitos de Segurança de Sistemas Solar FV A corrente CC é muitas vêzes mais perigosa do que a CA!!! Arco Voltaíco Gerado dos módulos fotovoltaicos (CC) (atenuado muitas vêzes) Seguranca das Pessoas (prosumidores, instaladores, mantenedores, concessionárias, bombeiros, etc) e Instalações 23

24 Experiências Internacionais em GD Missões Brasileiras Unidades de Geração Distribuída Missões Europa, Japão em Redes Elétricas Inteligentes (REI), Geração Distribuída GT Grupo de Trabalho do Governo Federal em Smart Grid/Smart City (coordenados pela ABDI)

25 Sumário Principais normas técnicas brasileiras de GD lançadas pela ABNT. Contexto de Redes Elétricas Inteligentes (REI)/Smart Grid considera Recurso Energé]co Distribuído (RED) onde GD é apenas um dos sub- sistemas importantes do RED. Inversor interanvo (grid- ]e) (monitoração) evoluindo para inversor inteligente (grid- ]e) (monitoração e controlabilidade), permite evoluir GD para o conceito completo de GD/RED dentro do contexto de REI/Smart Grid. Evolução do GD considera (i) Despacho de GD agregado, (ii) Controle e atuação remota de inversores inteligentes coordenados com elementos de rede. Aumento da Penetração de GD causa problemas técnicos- operacionais nos alimentadores da rede que precisam ser mi]gados. Estudos de penetração precisam ser considerados no planejamento energé]co. Segurança da instalação e operação de um SFCR dentro da RN 482 precisa ser bastante considerado (obedecendo as NR 10 e 35), com cuidados especiais ao lidar com tensão/corrente CC, além de outros. Profissionalismo nas instalações e operação é essencial.

26 Obrigado! 26

27 Claudio Lima, BIO Vice Chair e Autor do Padrão Técnico Internacional de Smart Grid IEEE 2030 (EUA) Membro Eleito do U.S. NIST- SGIP- SGAC Smart Grid Architecture Council (EUA) CTO Global de Smart Grid da Huawei Technologies (China) Sprint Advanced Technology Labs (Sprint Labs), Silicon Valley- CA (10 anos) Coordenador Técnico do Programa de Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grid) do Governo Federal para o Desenvolvimento de PolíNcas Públicas Industriais e Cadeia ProduNva Nacional (ABDI) Consultor Internacional de Projetos de P&D ANEEL (Smart Grid, Geração Distribuída) Coordenador do Governo Federal do Programa de Cooperação Brasil- União Européia em Smart Grid e Consultor do Governo Federal do Programa de Cooperação Brasil- Japão em Smart Grid, Eficiência EnergéNca, Geração Distribúida e Smart City Palestrante na Audiência Pública Sobre Redes Elétricas Inteligentes na Câmara dos Deputados (CME- Comissão de Minas e Energia), Membro do GT- Grupo de Trabalho do Governo Federal em Smart Grid/Smart City (Brasil- Japão) Ph.D. em Engenharia Eletrônica (Inglatera UKC), Mestre em Engenharia Elétrica Unicamp, MBA ExecuNvo Dom Cabral. Prof. Dept Engenharia Elétrica Unicamp.