Consumo, geração e a modernização do sistema elétrico

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1 Consumo, geração e a modernização do sistema elétrico Eletrônica de Potência para Redes Ativas de Distribuição Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc.

2 Cenário da economia (Brasil) EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

3 Cenário da economia INEP 3 EPE, Caracterização do Cenário Macroeconômico no horizonte decenal ( ),

4 Projeção de domicílios EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

5 Aumento da capacidade industrial EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

6 Aumento da capacidade industrial EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

7 Aumento da capacidade industrial EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

8 Consumo de EE na indústria (mundo) Price et al., 2006.

9 Consumo de EE na indústria (mundo) Price et al., 2006.

10 Consumo de EE na indústria (mundo) Energy consumption (1973) 41,2 57,1 46,3 Industry 51,3 Transport 2,4 Industry Transport Other sectors 1,7 Energy consumption (2005) = 1.67 En(1973) Other sectors 57,1 International Energy Agency, ,2 1,7 Industry Transport Other sectors

11 Consumo de EE na indústria (mundo) Industry electric energy consumption (2009) Iron and steel Drives, heating Chemical / petroch. Machinery Transportation Paper and pulp Minerals Heating, drives, DC Drives Drives Steam gen., heating, drives Drives Food industry Steam gen., heat-/cool-ing Others Lighting, heat-/cool-ing, drives Frohn & Meyer, 2009.

12 Consumo Brasil [GWh] Aumento da demanda Implicações Aumento de perdas na transmissão/distribuição Necessidade de aumento da geração Outros Comercial Residencial Industrial Fonte: EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

13 Electric energy consumption (Brazil) Electric energy consumption growth 6% 5% 4% 3% 2% 1% 0% Electric energy consumption average growth Total Industry EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica , 2008.

14 Previsão de aumento no consumo Consumo de eletricidade na rede por classe (GWh) Residencial Industrial Comercial Outros 2011: GWh 2020: GWh EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica 2020,

15 Geração de energia elétrica (mundo) IEA, Key World Energy Statistics, 2010.

16 Acréscimo na geração hidrelétrica EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

17 Acréscimo na geração térmoelétrica EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

18 Participação de fontes EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

19 Perdas no sistema elétrico brasileiro EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica 2020,

20 Perdas no sistema elétrico brasileiro Perdas (%) 18,8 18, ,7 17,2 16, ,1 15,2 15,4 12,8 11,7 N NE SE/CO S SIN 2011: > 71 GWh 2020: > 101 GWh EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica 2020,

21 Energia armazenável máxima vs. carga EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

22 Expansões previstas EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

23 Expansões previstas Energy Information Administration. International energy outlook 2009,

24 Risco de déficit EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

25 TUST de geração EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

26 TUST de carga Aumento médio da tarifa de energia no Brasil entre 2003 e 2009: 56% EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

27 Emissões de GEE para geração de energia EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica ,

28 Geração de energia desejável (cenário C1) Nebojsa Nakicenovic, Energy Scenarios for Sustainable Development,

29 Geração de CO 2 Nebojsa Nakicenovic, Energy Scenarios for Sustainable Development,

30 Impactos na temperatura IPCC. 30

31 Impactos de tecnologias de geração IEA, Energy Technology Perspectives 2010,

32 INEP 32 32

33 INEP 33 33

34 Geração de CO 2 sob o cenário Blue map IEA, Energy Technology Perspectives 2010,

35 Como atingir o Blue map? IEA, Energy Technology Perspectives 2010,

36 Interligações do SIN EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica , INEP 36 36

37 Interligações do SIN EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica , INEP 37 37

38 Infraestrutura atual do sistema elétrico Geração + armazenamento afastados do consumo Fluxo unidirecional Geração => consumo Sistemas de proteção e medição não toleram geração distribuída Grandes perdas na transmissão Falhas nas linhas reduzem confiabilidade Equipamentos antigos ( não-inteligentes ) 38

39 Por que modernizar o sistema elétrico? Melhoria da eficiência energética Integração de geração distribuída Aumento da confiabilidade do sistema Reduzir custos Redução de picos de demanda 39

40 Integração de fontes alternativas INEP EU Comssion Community research, Towards Smart Power Networks,

41 Expansão de fontes alternativas EPE, Plano decenal de expansão de energia elétrica , INEP 41 41

42 Fonte: Home/images/Scenario-chart.jpg 42 Consumo de eletricidade Tendências Integração de controles e funções inteligentes Aumento de processamento eletrônico Necessidade de melhoria de eficiência energética

43 O que é o Smart Grid? Utilização de TIC (muita!) Aumento de controles no sistema Otimização dinâmica de operações Integração de fontes renováveis Aumento de controles smart no consumo Utilização de técnicas de redução de pico Fornecimento de dados para usuários 43

44 O que é o Smart Grid? EPRI, Smart Grid Demonstrations Integrating Large Scale Distributed Energy Resources,

45 O que é o Smart Grid? EPRI América Latina, Rêdes inteligentes: Desafios e Realidades,

46 Smart grid Palavras-chave: REDES BIDIRECIONAIS Conceito: rede de energia bidirecional (fontes/armazenamento/cargas) + rede de comunicação bidirecional (sensores/comunicação/processamento de informação) É mais do que tele-medição eletrônica Rede de comunicação do tipo peer-to-peer Necessidade de interoperabilidade ( sistema operacional comum ) 46

47 Diferentes tipos de modernização do sistema Existem diferentes nomes para os Smart Grids Objetivos são parecidos INEP 47 47

48 Smart grid NIST, The NIST Smart Grid Interoperability Framework and the Role of CIM,

49 Desafios para TIC em um Smart Grid S. Suryanarayanan and E. Kyriakides,, Cyber-enabled smart electric distribution systems,

50 Desafios para a eletrônica de potência em um Smart Grid EU Comssion Community research, Towards Smart Power Networks,

51 Smart grid é verde? Impactos em sustentabilidade: Microgerenciamento de cargas Macrogerenciamento de operadores do sistema Integração de fontes renováveis Equipamentos elétricos mais inteligentes Transportes podem ser integrados 51

52 Impacto do Smart grid para o Blue map IEA, Energy Technology Perspectives 2010,

53 Smart grid e Serviços ancilares Requisitos técnicos para operação com qualidade e segurança Serviços controle de freqüência reserva de potência reserva de prontidão suporte de reativos auto-restabelecimento (black-start) 53

54 Situação no Brasil da Smart Grid MME instituiu uma equipe para avaliar (ANEEL, EPE, CEPEL, ONS) Ainda não há direções claras traçadas Empresas do setor elétrico estão estudando Iniciativas mais relevantes: CEMIG, Eletrobrás, COPEL Áreas: Automação Telecom Chaveamento automático Medição eletrônica Integração de geração distribuída ANEEL quer trocar 60 mi de medidores por eletrônicos (início provável: 2012) 54

55 Smart Grid vs Microgrids Sistema de energia Geração distribuída Armazenamento Comunicação Ilhamento ou conectado INEP Fonte:

56 A mudança para redes ativas A modernização do sistema elétrico, passando pela integração de fontes renováveis distribuídas, além de reduzir a energia a ser produzida em grandes usinas, pode trazer mais controlabilidade e flexibilidade ao sistema As redes de distribuição, no entanto, não poderão ser mais passivas e seu controle deverá, da mesma forma, ser ativo e distribuído A estabilidade do sistema não estará, então, somente com os operadores do sistema, mas também nas unidades de geração distribuída. Contudo, os operadores deverão também apresentar estratégias de colaboração para a melhoria dinâmica INEP 56 56

57 Futuro (?) EU Comission, European Technology Platform SmartGrids,

58 Futuro (?) J. Svensson, Active Distributed Power Systems Functional Structures for Real-Time Operation of Sustainable Energy Systems,

59 Tarefa Em grupos: Grupo 1: consumo Grupo II: distribuição Grupo III: transmissão Criar um diagrama de blocos com as partes do sistema incluindo todos os componentes necessários para atender os objetivos do Smart Grid (slide 41) Indicar redes de energia e de comunicação Trocar de área com outro grupo Analisar o que o outro grupo fez e propor melhorias sem comunicação entre os grupos Trocar novamente de material, analisar e propor novas mudanças Trazer quinta-feira para discussão na sala 59

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