GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE ELÉTRICA

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1 Universidade do Estado de Mato Grosso Campus Sinop Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE ELÉTRICA ROGÉRIO LÚCIO LIMA Sinop Outubro de 2016

2 CURSO: Bacharelado em Engenharia Elétrica PERÍODO LETIVO: DISICIPLINA: Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica HORÁRIO: Terça feira/quinta/sexta feira: 13:00-15:00 Período: 9º Semestre Sala: Sistema de avaliação de aprendizagem: A1 = (LE+TR)*0,1; A2 = P1*0,4; A3 = P2*0,5; MF (Média Final) = A1+A2+A3: MF 7,0 Aprovado - 75% de presença 5,0 MF 7,0 Exame 75% de presença MF 5,0 reprovado TR Trabalho; LE Lista de Exercício. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 2

3 Datas de Provas P1 22/11/2016 P2 24/01/2017 Calendário de Aulas: Outubro: 11, 13, 14, 18, 20, 21, 25, 27; Novembro: 01, 03, 04, 08, 10, 11, 16, 18, 24, 25, 29; Dezembro: 01, 02, 06, 08, 09, 13, 15, 16, 20, 22, 23; Janeiro: 10, 12, 13, 17, 19, 20; Fevereiro: Exame Final. Contatos: Sala Q5 (Sala de Projetos) Material didático: Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Acionamento de Máquinas 3

4 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica Ementa Geração Tipos de Geração; Centrais Hidroelétricas e Termoelétricas Convencionais; Elementos básicos e operação. Transmissão Transporte de energia elétrica; Sistemas elétricos estrutura básica, evolução histórica, tensões de transmissão padronização; Transmissão CA e CC: aspectos comparativos; Parâmetros elétricos de linhas de transmissão: indutância (fluxo magnético, fluxo de acoplamento entre condutores, indutâncias e reatâncias indutivas de linhas de transmissão circuitos paralelos e condutores múltiplos, reatâncias indutivas sequenciais); Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 4

5 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica Ementa Transmissão Resistência à CA e à CC e efeito pelicular; Resistência e reatância indutiva de circuitos com retorno pelo solo métodos de Carson e aproximado; Impedâncias sequenciais de linhas de transmissão; Capacitâncias (diferenças de potenciais, capacitâncias de linhas de transmissão circuitos paralelos e condutores múltiplos, reatâncias e susceptâncias capacitivas sequenciais); Condutância de dispersão e efeito corona (perdas de energia, gradientes de potencial radiointerferência e ruídos acústicos); Modelagem de linhas de transmissão: relações entre tensões e correntes, linhas como quadripolos constantes generalizadas; Relações de potência nas linhas de transmissão; Operação das linhas de transmissão: modos de operação, compensação e limites térmicos; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 5

6 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica Ementa Distribuição Características das cargas: definições básicas, relação entra a carga e fatores de perdas, demanda diversificada máxima, crescimento de carga, comportamento, modelagem e medição da curva de carga; Taxação, faturamento; Medidores. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 6

7 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica Bibliografia Básica FUCHS, R. D. Transmissão de Energia Elétrica/Linhas Aéreas vols. 1 e 2, LTC Editora S.A STEVENSON, W. D. Elementos de Análise de Sistemas de Potência 1ª e 2ª Edição, Editora McGraw-Hill do Brasil 1974 e GONEN, T. Electric Power Transmission System Engineering/ Analysis and Design, John Wiley & Sons, Inc Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 7

8 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica Bibliografia Complementar EL-SHARKAWI, M. A. Electric Energy An Introduction. Third Edition, CRC Press, FRONTIN, S. O. Equipamentos de Alta Tensão prospecção e hierarquização de inovações tecnológicas. Goya Editora, Brasília: Teixeira, KERSTING, W. H. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, GONEN, T. Electric Power Distribution System Engineering. Second Edition, CRC Press, Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 8

9 A energia Elétrica no Brasil Histórico do Setor Elétrico Brasileiro Séc. XIX - inicio do uso da energia elétrica no Brasil; 1899 A Light chegou e construiu sua primeira usina em 1901, tínhamos uma regulação local e uma iniciativa privada (nacional e estrangeira); 1934 Código das águas marco histórico do setor elétrico; 03/1939 Conselho Nacional de Águas e Energia Elétrica (CNAEE) tinha a finalidade de estudar o problema da exploração e utilização da energia elétrica no pais, em especial a de origem hídrica; 1945 funda-se a Companhia Hidrelétrica do São Francisco (CHESF); 1957 funda-se FURNAS; 1960/1962/1965 MME, ELETROBRAS, DNAEE; aprofundamento da estatização (Eletrosul 1969, Light ); 1980 inicio do funcionamento da hidrelétrica Itaipu Binacional(Brasil e Paraguai ). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 9

10 A energia Elétrica no Brasil O novo modelo do setor elétrico Brasileiro 1970 endividamento externo do setor elétrico brasileiro reestruturação do setor privatizações das distribuidoras; 1990 criação da ANEEL e ONS; Novo modelo do setor elétrico brasileiro: MME, ANEEL (1996), ONS, Eletrobras, CCEE (MAE); 2004 Lei (EPE), Lei e Decreto 5163 (30/07/2004) novo modelo: Garantir a segurança do suprimento de energia; Promover a modicidade tarifária; e Promover a inserção social (com o Programa Luz para Todos). Desverticalização; O novo modelo constitui dois ambientes: ACR: exclusivo para empresas geradoras e distribuidoras; ACL: empresas geradoras, comercializadores, importadores, exportadores e consumidores livres. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 10

11 A energia Elétrica no Brasil O novo modelo do setor elétrico Brasileiro Modelo antigo até 1995 Financiamento por meio de recursos públicos Empresas verticalizadas Empresas predominantemente estatais Monopólios Modelo de livre mercado 1995 a 2003 Financiamento por meio de recursos públicos e privados Empresas divididas por atividades: G, T, D e C. Abertura e ênfase na privatização das empresas Competição na geração e na comercialização Novo Modelo 2004 Financiamento por meio de recursos públicos e privados Empresas divididas por atividades: G, T, D, C, importação e exportação. Convivência de empresas estatais e privadas Competição na geração e na comercialização Consumidores cativos Consumidores livres e cativos Consumidores livres e cativos Tarifas reguladas em todos os segmentos Preços livremente negociados na geração e na comercialização No ambiente livre: preços livremente negociados na geração e na comercialização. No ambiente regulado: leilão e licitação pele menor tarifa. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 11

12 A energia Elétrica no Brasil O novo modelo do setor elétrico Brasileiro Modelo antigo até 1995 Mercado regulado Planejamento determinativo pelo grupo coordenador do planejamento dos sistemas elétricos (GCPS) Contratação: 100% do mercado Sobras/déficits do balanço energético rateados entre compradores Modelo de livre mercado 1995 a 2003 Mercado livre Planejamento indicativo pelo conselho Nacional de Política Energética (CNPE) Contratação: 85% do mercado até agosto de 2003; e 95% até dezembro de 2004 Sobras/déficits do balanço energético liquidados no MAE Novo Modelo 2004 Convivência entre os mercados livre e regulado Planejamento pela empresa de pesquisa energética (EPE) Contratação: 100% do mercado + reserva Sobras/déficits do balanço energético liquidados na CCEE, mecanismos de compensação de sobras e déficits (MCSD) para as distribuidoras Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 12

13 A energia Elétrica no Brasil O novo modelo do setor elétrico Brasileiro ANEEL sucede DNAEE; ONS substitui o GCOI (Grupo de Controle de Operações Integradas); CCEE substitui o MAE. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 13

14 A energia Elétrica no Brasil O novo modelo do setor elétrico Brasileiro Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 14

15 A energia Elétrica no Brasil O novo modelo do setor elétrico Brasileiro Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 15

16 A energia Elétrica no Brasil Criação do ONS e da ANEEL Operador Nacional do Sistema - é um entidade de direito privado, sem fins lucrativos, fiscalizada e regulada pela Aneel, criada em 1988 pela lei nº 9648/98 e pelo Decreto nº 2655/98 para operar, supervisionar e controlar a geração de energia elétrica no SIN (Sistema Interligado Nacional), além de administrar a rede básica de energia. Objetivos: Atender requisitos de carga; Otimizar custos; Garantir a confiabilidade do sistema. É o ONS que define as condições de acesso à rede básica de transmissão e a contratação de seu serviço, conforme determinado por sua lei de criação e pela resolução nº 281/99 da Aneel, de acordo com as exigências estabelecidas no Módulo 3 dos procedimentos de Rede. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 16

17 A energia Elétrica no Brasil Criação do ONS e da ANEEL Operador Nacional do Sistema Composição: Empresas de geração (103); Transmissão (68); Distribuição (39); Importadores e exportadores de energia (1); Consumidores livres (40) Escritórios: tem sede em Brasília CNOS (Centro Nacional de Operação do Sistema) e o COSR-NCO (Centro Regional de Operação Norte/Centro-Oeste); COSR-NE: Recife; COSR-SE: Rio de Janeiro; COSR-S: Florianópolis. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 17

18 A energia Elétrica no Brasil Criação do ONS e da ANEEL Operador Nacional do Sistema Itaipu Cammesa DNCU CNOS Centro nacional COSR-S COSR-SE COSR-NCO COSR-NE Centros regionais Centros dos agentes Centros dos agentes Centros dos agentes Centros dos agentes Centro de operação: Geração Transmissão Distribuição G T D C G T D C G T D C G T D C Agentes Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 18

19 A energia Elétrica no Brasil Diversificação e evolução da matriz energética brasileira O Brasil tem, a cada ano, diversificado mais a sua matriz energética, que é predominantemente de origem renovável. Dados da Aneel mostram que, ao final de 2001, tínhamos 82,21% de capacidade instalada proveniente de fontes hídricas, fruto de 133 empreendimentos em operação. Nesse momento, havia apenas 21 MW de sete empreendimentos eólicos, o que correspondia a 0,03% do total da capacidade instalada nacional de energia. No inicio de 2012, o percentual eólico na matriz chegou a 1,24% e de usinas hidrelétricas, a 66,93%. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 19

20 Matriz elétrica brasileira Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 20

21 Matriz elétrica brasileira Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 21

22 Matriz elétrica brasileira Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 22

23 O sistema Interligado Nacional O controle do SIN começou em 1º de março de 1999; Tamanho e características que permitem considera-lo único em âmbito mundial, o sistema de produção e transmissão de energia elétrica do Brasil é um sistema hidrotérmico de grande porte, com forte predominância de usinas hidrelétricas e com múltiplos proprietários; Formado pelas empresas das regiões Sul, Sudeste, Centro-oeste, Nordeste e parte da região Norte. Apenas 3,4% da capacidade de produção de eletricidade do país encontra-se fora do SIN, em pequenos sistemas isolados localizados principalmente na região amazônica; É composto por mais de km de LTs; 65% da sua capacidade armazenamento situa-se no quadrilátero dos reservatórios: MG, GO e SP ao longo das bacias do São Francisco, Grande, Tocantins e Paranaíba; Com reservatórios de grande capacidade, o SIN possui grande dependência das chuvas, Quando e quanto choverá? (questões importantes). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 23

24 O sistema Interligado Nacional Geopoliticamente dividido em 4 subsistemas: sul, sudeste, nordeste e norte; O SIN é dimensionado em acordo ao critério de segurança N-1, mesmo que se perca um elemento, o sistema deve continuar operando sem interrupção do fornecimento, perda de estabilidade do sistema, violação de padrões de grandezas elétricas e sem atingir os imites de sobrecarga de equipamentos e instalações; Itaipu é responsável por cerca de 20% da energia consumida no país e 87% da consumida no Paraguai, opera N-2, chamada de contingência dupla; Em 2009, houve 2442 perturbações, apenas 13% tiveram corte de energia, e 3,27% levaram a um desligamento maior que 100 MW, equivalente a cidade de Nova Iguaçu (RJ) Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 24

25 O sistema Interligado Nacional Potência média do SIN verificada no dia 1º de julho de 2011 Produção Produção Programada Produção Verificada MW med Hidro nacional ,02% Itaipu binacional ,07% Termo nuclear ,47% Termo convencional ,13% Eólica ,31% Total SIN % Intercâmbio internacional Carga (consumo + perdas) Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 25

26 O sistema Interligado Nacional Evolução do Número de perturbações e seu impacto Ano Com corte de carga Com corte de carga > 50 MW Com corte de carga > 100 MW Total de Perturbações Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 26

27 O sistema Interligado Nacional Os sistemas isolados Os sistemas isolados (dispostos juridicamente pela lei nº de 9 de dezembro de 2009) não estão conectados ao SIN e compreendem os estados do Amazonas, Amapá, Roraima, Pará (exceto a cidade de Belém), Mato Grosso e a ilha de Fernando de Noronha; Em 2008, a comunidade de Batavo, em balsas (MA), e a ilha de Camamu (BA) entraram para o SIN. Depois, em 2009, os estados do Acre e de Rondônia também se interligaram. Esses sistemas são abastecidos majoritariamente por usinas térmicas movidas a diesel e óleo combustível e, em menor escala, por PCH, CGH e termelétricas movidas a biomassa; Representam apenas 3,4% da energia elétrica produzida no país (2010), 1,2 milhão de consumidores. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 27

28 O sistema Interligado Nacional Os sistemas isolados a capital de Roraima, Boa Vista e seu arredores são, na verdade, abastecidos pela Venezuela; Para que a população dos sistema isolados tenha os mesmos benefícios do SIN, o governo brasileiro adotou a CCC (conta de consumo de combustíveis), que é um encargo do setor elétrico nacional cobrado nas tarifas de distribuição e de uso do sistema de transmissão e distribuição (TUST e TUSD). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 28

29 O sistema Interligado Nacional A integração elétrica da América do Sul O Brasil tem as seguintes interligações elétricas na América do Sul: a) Com o Paraguai por meio de quatro linhas de transmissão em 500 kv que interligam a usina de Itaipu, à subestação Margem Direita (Paraguai) e à subestação Foz do Iguaçu (PR, Brasil); b) Com Uruguai por meio da estação conversora de frequência de Rivera (Uruguai), com capacidade de 70 MW e uma linha de transmissão em 230/150 kv, ligando-a à subestação Livramento, em Sant Ana do Livramento (RS, Brasil); c) Com a Argentina por meio da estação conversora de frequência de Uruguaiana (RS, Brasil), inaugurada em 1994, com capacidade de 50 MW e uma LT em 132 kv, ligando-a a Paso de Los Libres (Argentina). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 29

30 O sistema Interligado Nacional A integração elétrica da América do Sul d) Com a Venezuela por meio de uma interligação entre o complexo hidrelétrico de Guri/Macágua (Venezuela) e Boa Vista, capital de Roraima, em uma extensão total de 676 km, tendo sido inaugurada em 2001 Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 30

31 O sistema Interligado Nacional A interconexão energética (eletricidade + gás) do Brasil com alguns países da américa latina Item Produto Origem Entrega Potencial Negociado 1 Energia Elétrica Venezuela Roraima (RR) 200 MW 2 Energia Elétrica Paraguai (Itaipu) Foz do Iguaçu (PR) 5600 MW 3 Energia Elétrica Paraguai (Ande) Foz do Iguaçu (PR) 50 MW 4 Energia Elétrica Brasil/Argentina Garabi (RS) 2200 MW 5 Energia Elétrica Brasil/Uruguai Sant Ana do Livramento (RS) 70 MW 6 Energia Elétrica Argentina Uruguaiana (RS) 50 MW 7 Gás Bolívia Corumbá (MS) 30 milhões de m 3 8 Gás Argentina Uruguaiana (RS) 2,5 milhões de m 3 9 Energia Elétrica Peru/Brasil Brasil/Peru 6300 MW (em estudo) Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 31

32 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica EL-SHARKAWI, M. A. Electric Energy An Introduction. Third Edition, CRC Press, FRONTIN, S. O. Equipamentos de Alta Tensão prospecção e hierarquização de inovações tecnológicas. Goya Editora, Brasília: Teixeira, KERSTING, W. H. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, GONEN, T. Electric Power Distribution System Engineering. Second Edition, CRC Press, Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 32