5 e 6 de Setembro de Djalma M. Falcão. Programa de Engenharia Elétrica. Slide 1

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1 5 e 6 de Setembro de 2012 Redes Elétricas Inteligentes Smart Grid Djalma M. Falcão Programa de Engenharia Elétrica Slide 1

2 Resumo Conceitos básicos Por que precisamos de uma smart(er) grid? Tecnologias Wampac Microrredes Impacto no planejamento da expansão Smart grid no Brasil e na Coppe Slide 2

3 O que é Smart Grid? Pergunta difícil de responder! Uma tecnologia? Algum tipo de equipamento? Uma metodologia? Um conceito É uma rede elétrica com elevada integração de tecnologia de informação, telecomunicações, sensoriamento/medição e automação, de forma a aumentar consideravelmente sua capacidade de atender cenários com fontes intermitentes e distribuídas de energia, altos requisitos de confiabilidade, baixo impacto ao meio ambiente e adequada a novos mercados de energia. Slide 3

4 Impactos da Smart Grid Incluindo MiniGD, µgd e VE Geração Centralizada Transmissão Distribuição e GD Consumo Pequeno Moderado The smartening of the electricity system is an evolutionary process, not a one-time event. IEA Report Grande Revolucionário Slide 4

5 Por que precisamos de uma Smart (er) Grid? Fontes intermitentes de energia e armazenamento Eólica Solar Ondas Armazenamento Veículos Elétricos (VE) Geração distribuída conectada a rede de distribuição Microgeração (Roof Top) Minigeração Slide 5

6 Por que precisamos de uma Smart (er) Grid? Melhoria da confiabilidade Reduzir a probabilidade de blecautes Capacidade de auto-recuperação (self healing) Gerenciamento pelo lado da demanda Programas baseados em preços e tarifas Tarifação de ponta Período de uso Tarifação em tempo real Programas baseados em incentivos financeiros Controle direto da demanda Interrupção consentida da demanda Redução da demanda em emergência Fonte: Ruggedcom Slide 6

7 Por que precisamos de uma Smart (er) Grid? Redução de Perdas Técnicas Não Técnicas (Fraude e Furto) Medição eletrônica e blindagem da rede AMI: Advanced Metering Infrastructure MDI: Meter Data Management Redução de Custos Operacionais Fonte: Aneel Grandes áreas de concessão Mercado disperso Alimentadores radiais muito longos Áreas de difícil acesso Utilidades: Localização de faltas Isolamento de trechos Auto reconfiguração Despacho inteligente de equipes Monitoração de ativos AMI/ MDI Slide 7

8 Tecnologias Viabilizadoras Métodos Analíticos e Aplicações (Inteligência) Sensores e Atuadores Medidores Inteligentes Medição Fasorial Sincronizada (PMU) Intelligent Electronic Devices Chaves automáticas, FACTS Recursos Energéticos Distribuídos Microgeração, Minigeração, Geração Distribuída, Armazenamento de Energia Controle e Otimização das Redes Automação da Distribuição Redução de Perdas Avaliação da Segurança Controle Coordenado da Tensão Eletrificação dos Transportes Veículos Elétricos Aplicações dos Consumidores Eletrodomésticos inteligentes Sistemas domésticos de gerenciamento de energia Eficiência energética Telecomunicações e Tecnologia da Informação (Tecnologia Básica) Fonte: Quanta Technology Slide 8

9 Aplicação das Tecnologias WAMPAC,SCADA, PMUs, FACTS, HVDC. Automação de Subestações Distribuição Consumidores Geração Automação da Distribuição Microrredes Sistema Avançado de Medição (AMI) Gerenciamento da Demanda e Recursos Energéticos Distribuídos Fonte: Saifur Rahman Slide 9

10 WAMPAC: Wide Area Monitoring, Protection and Control Motivação Disponibilidade de Intelligent Electronic Devices (IED) Unidades de Medição Fasorial Sincronizada PMUs Sistemas de comunicações de dados rápidos e confiáveis Monitoração (WAMS) Redes de PMUs para monitoração direta Visualização, Propagação de distúrbios Oscilações Estabilidade de Tensão Variáveis não-operacionais Estimação de estado (PMU) Proteção (WAPS) e Sistemas especiais de proteção Proteção adaptativa Controle (WACS) Controle coordenado de tensão Avaliação da segurança Prevenção de Blackouts Slide 10

11 Dificuldades para Integração de Geração Distribuída Técnicas Inversão de fluxo Sobretensões/subtensões Desbalanceamento de fases Interação com dispositivos de controle (reguladores de tensão) e proteção Harmônicos Capacidade de curto-circuito Ilhamento não-intencional Econômicas Comercialização da energia excedente Perda de receita da concessionária Regulatórias Restrições técnicas para milhares de agentes Slide 11

12 Microrredes Conceito É um sistema de energia limitado regionalmente, contituído por recursos energéticos distribuídos, consumidores e, opcionalmente, armazenamento Opera de forma autônoma, conectada ou não à concessionária Atua como um agente único perante a concessionária, agregando os recursos distribuídos Características Buscadas Autonomia Estabilidade Compatibilidade Flexibilidade Escalabilidade Diferentes formatos e dimensões Slide 12

13 Microrrede em um Campus Universitário Agregam fontes de vários tipos para alimentar um conjunto de edifícios Capacidade na ordem de dezenas de MW Confiabilidade moderada a alta Em geral utilizada também como equipamento de pesquisa Fonte: Siemens Slide 13

14 Microrredes Cooperativas ou da Concessionária Encapsulam uma parte da rede distribuição servindo a uma comunidade Podem ser privadas ou de propriedade da concessionária Agregam fontes de maior capacidade (PCHs, fazendas eólicas, etc.) Interagem diretamente com sistema de supervisão da concessionária Fonte: Siemens Slide 14

15 Impacto da Smart Grid no Planejamento da Expansão Planejamento da Expansão considera horizontes de muito longo prazo Geração: anos Transmissão: anos Distribuição (AT,MT,BT): 2-5 anos Fatores considerados Previsão da demanda Tecnologias disponíveis Levantamentos dos recursos (inventário hidríco, atlas eólico e solar, etc Evolução da economia do país (PIB, e outros indicadores) Arcabouço regulatório Como as tecnologias de Smart Grid afetarão os fatores considerados no planejamento da expansão? Slide 15

16 Impacto da Smart Grid no Planejamento da Expansão Previsão da Demanda Redução/deslocamento do pico Uso eficiente Geração distribuída Redução de perdas técnicas e não-técnicas Reserva Operativa Redução devido a controle mais efetivo (WAMPAC) Aumento devido a fontes intermitentes (solar e eólica) Novos Procedimentos Regulatórios Garantia física da mini e microgeração Agregadores (Microrredes) Slide 16

17 Atividades de Smart Grid no Brasil Projetos Pilotos das concessionárias de Distribuição Buzios Cidade Inteligente (Ampla/Endesa) Projeto Smart Grid (Light) Cidades do Futuro (Cemig) Projeto Parintins (Eletrobras Amazonas Energia) Projeto Smart Grid (AES Eletropaulo) InovCity (EDP Bandeirante) Aquiraz Smart City (Coelce/Endesa) Fazenda Rio Grande (Copel) Tecnologias Sistemas de medição centralizados (medidores inteligentes), Microgeração (fotovoltaica, minieólica) Postos de carga para VE Iluminação eficiente, Slide 17

18 Atividades de Smart Grid no Brasil Ministério das Minas e Energia Grupo de Trabalho (Relatório Recente) ANEEL Especificação dos medidores inteligentes Tarifas de ponta e fora da ponta para consumidores residenciais (Tarifa Branca) Regulamentação da microgeração ( 100 kw) e minigeração (>100 kw, 1 MW) Sistema de compensação Regulamentação do uso de medidores inteligentes para consumidores do grupo B (RN 502, 7/8/12) Projeto Redes Elétrica Inteligentes liderado pela Abradee (Relatório Final em preparação) CGEE/MCTI Levantamento dos requisitos tecnológicos para implantação da Smart Grid (Relatório em preparação) Slide 18

19 Atividades de Smart Grid na COPPE/UFRJ Pesquisa e desenvolvimento Simulação computacional Simulight (Simulador de Redes de Distribuição com Geração Distribuída) Avaliação da confiabilidade probabilística Indicadores de Proximidade de Instabilidade de Tensão utilizando dados de PMUs Estimação de Estado utilizando dados de PMUs Aplicações de eletrônica de potência Sistema de corrente contínua baseado em VSC Aplicação do UPFC em controle de tensão Máquina síncrona virtual Microrrede Experimental (Microgrid Testbed) Geração solar fotovoltaica Telhado do CT (100 kwp -1 MWp) Rede Inteligente do Fundão Slide 19

20 OBRIGADO Djalma M. Falcão COPPEUFRJ Programa de Engenharia Elétrica Caixa Postal Rio de Janeiro RJ Slide 20 Operated by Los Alamos National Security, LLC for the U.S. Department of Energy s NNSA