Planejamento de Sistemas Energéticos / Elétricos

Transcrição

1 Universidade Federal de Juiz de Fora Introdução à Engenharia Elétrica Planejamento de Sistemas Energéticos / Elétricos Prof. Bruno Henriques Dias 1

2 2 Áreas Engenharia Elétrica Telecomunicações Eletrônica Elétrica Robótica e Automação Energia Sistemas de Potência

3 Energia e Desenvolvimento 3 A Energia é fator de alto impacto no desenvolvimento O IDH leva em consideração, entre outros fatores, o nível de eletrificação dos países

4 Energia e Desenvolvimento High and over Medium Low under not available 4

5 Energia e Desenvolvimento 0,952 (10) 0,961 (4) 0,946 (16) 0,935 (22) 0,951 (12) 0,953 (8) 0,336 (177) 0,591 (131) 0,695 (117) 0,384 (172) 0,800 (70) 0,867 (40) 0,869 (38) 0,962 (3) 5

6 Energia e Desenvolvimento 6 DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL Conceito que surgiu na década de 80, na ONU,que visa o compromisso entre Necessidade de Desenvolvimento e Proteção ao Meio Ambiente. Desenvolvimento Sustentável: é aquele que satisfaz as necessidades das gerações presentes, sem afetar a capacidade das gerações futuras de também satisfazerem suas próprias necessidades Maria Paula Burattini

7 Energia e Desenvolvimento Protocolo de Kyoto - redução de gases de efeito estufa através de metas para os países Mecanismos de Desenvolvimento Limpo Mercado de Créditos de Cabono $$$ Europa Creditos Carbono Brasil 7

8 Engenharia Elétrica 8 Sistemas de potência

9 Engenharia Elétrica 9 Geração

10 Engenharia Elétrica 10 Geração

11 Engenharia Elétrica 11 Geração

12 Engenharia Elétrica 12 Geração

13 Engenharia Elétrica 13 Geração

14 Engenharia Elétrica 14 Transmissão

15 Engenharia Elétrica 15 Transmissão

16 Engenharia Elétrica 16 Distribuição

17 Engenharia Elétrica 17 Distribuição

18 Engenharia Elétrica 18 Distribuição

19 Sistema Elétrico de Potência 19 6,9kV 30kV 230kV 750kV 69kV 138kV 13,8 kv-23,1kv Rede Básica 110V-220V

20 Sistema Elétrico de Potência Transmissão: A entrada de novos agentes de transmissão, que não precisam ser membros da CCEE, ocorre por meio de licitação para construção de novas linhas. Distribuidor: fornece EE ao consumidor final. Deve conceder livre acesso a todos os consumidores de sua zona de atuação, mesmo não comprando energia dessa distribuidora. Geração: Geradores Públicos, Privados, PIE, e Auto-produtores Consumidor Livre: adquire energia de qualquer Distribuidora, com legislação específica. Existe pré-requisito de tensão e consumo. Consumidor Cativo: adquire energia da Distribuidora a cuja rede esteja conectado, sujeitando-se a tarifas regulamentadas. 20

21 Quem controla o setor? Organização do Setor: Novo Modelo ONS CNPE CMSE MME ANEEL ONS EPE CCEE Operador Empresa Ministério Conselho Comitê Câmara Agência de Nacional de de Pesquisa Monitoramento Comercialização Minas do de Energética. e Sistema. Energia. Política do de Energética. Setor Elétrica. Energia Elétrico. Elétrica. Homologação Monitoramento Formulação Regulação Coordenação Execução Administração e e fiscalização, estudos e implementação da controle de das política contratos, condições para da energética, zelando definição operação liquidação políticas atendimento pela em qualidade Matriz geração do articulação para mercado e Energética o e recomendação setor dos de transmissão serviços energético, curto as e planejamento demais prazo, prestados, no de ações políticas Leilões sistema acordo preventivas da de com elétrico públicas. expansão Órgão para diretrizes universalização interligado Energia. setor garantir interministerial, elétrico do CNPE a segurança do (geração atendimento coordenado do e transmissão) suprimento. e pelo estabelecimento ministro do MME. de tarifas para consumidores finais. 21

22 Quem controla o setor? Organização do Setor: Novo Modelo CCEE Câmara de Comercialização de Energia Elétrica. Administração de contratos, liquidação do mercado de curto prazo, Leilões de Energia. ONS Operador Nacional do Sistema. Coordenação e controle da operação da geração e da transmissão no sistema elétrico interligado ANEEL Agência Nacional de Energia Elétrica. Regulação e fiscalização, zelando pela qualidade dos serviços prestados, universalização do atendimento e pelo estabelecimento de tarifas para consumidores finais. CNPE Conselho Nacional de Política Energética. Homologação da política energética, em articulação com as demais políticas públicas. Órgão interministerial, coordenado pelo ministro do MME. 22

23 23 Quem controla o setor? Organização do Setor: Novo Modelo EPE Empresa de Pesquisa Energética. Execução de estudos para definição da Matriz Energética e planejamento da expansão do setor elétrico (geração e transmissão) MME Ministério de Minas e Energia. Formulação e implementação de políticas para o setor energético, de acordo com as diretrizes do CNPE CMSE Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico. Monitoramento das condições de atendimento e recomendação de ações preventivas para garantir a segurança do suprimento.

24 Sistema Elétrico de Potência 24 Brasil: Dimensões Continentais

25 Sistema Elétrico de Potência 25

26 Sistema Elétrico de Potência ONS Fonte: ONS 26

27 Problemas de Otimização 27 Problema 1: Plan. Expansão da Transmissão Desejo ampliar o sistema de transmissão em determinado trecho. Qual a melhor maneira de fazer? Qual o melhor caminho? Quantas linhas construir? O que quero melhorar (otimizar)?

28 Problemas de Otimização kv 750 kv

29 Problemas de Otimização 29 Sistema Garver 5 1 Características do Sistema: 6 barras 3 45 circuitos candidatos (15x3) 2 6 circuitos existentes Demanda total = 760 MW combinações 9

30 Problemas de Otimização 30 Sistema Garver

31 31 Problemas de Otimização Sistema Equiv. Da Região Sul do Brasil

32 Problemas de Otimização 32 Sistema Equiv. Da Região Sul do Brasil Características do Sistema: 46 barras 158 circuitos candidatos (79x2) 66 circuitos existentes Demanda total = 6880 MW =10 combinações

33 Planejamento da Operação 33 Brasil: Sistema Hidrotérmico

34 Planejamento da Operação Fonte: EPE BEN 2008 Matriz de Energia Elétrica Brasileira 34

35 Planejamento da Operação Planejamento da Geração Como gerar energia e calcular o preço? Dado que o sistema está suprindo a carga, quanto custa gerar um MWh adicional? 35

36 Formação de Preços Custo Marginal da Operação CCEE 36

37 Formação de Preços Custo Marginal da Operação R$/MWh ,25 6,20 6,00 R$/MWh 100 6,48 6,25 Custo de Geração [ R$/MWh ] GT1 = 130,00 GT2 = 95,00 GH3 = 6,25 GH4 = 6,20 Geração Efetiva 860 MWh CMO 95,00 [R$/MWh] Custo de Geração [ R$/MWh ] GT6 = 100,00 GH7 = 6,48 Geração Efetiva 450 MWh 350 GH5 = 6, GH8 = 6,25 CMO 6,48 [R$/MWh] SE/CO SUL CCEE 37

38 Formação de Preços Custo Marginal da Operação 80 7,10 6,30 6,25 6,20 R$/MWh 120 7,00 6,25 6,20 6,00 R$/MWh Custo de Geração [ R$/MWh ] 90 GT9 = 80, GT10 = 7, GH11 = 6,30 GH12 = 6,25 GH13 = 6,20 NORTE Custo de Geração Geração [ R$/MWh ] Efetiva 515 MWh Geração 100 GT14 = 120,00 Efetiva 400 MWh CMO 80,00 [R$/MWh] GH16 = 6, GH15 = 7,00 GH17 = 6,20 GH18 = 6,00 NE CMO 7,00 [R$/MWh] CCEE 38

39 39 Formação de Preços Preço de Liquidação das Diferenças O PLD é baseado no Custo Marginal de Operação (CMO), com algumas diferenças Primeira diferença: simplificações no despacho Segunda diferença: limites mínimo (PLD Min) e máximo (PLD Máx) LimitesPLD: mín 12,20 R$/MWh, O PLD é limitado SE/CO por um SUL preço limite NORTE e um mínimo NE (atualmente CMO R$534,30/MWh CMO e R$17,59/MWh) CMO 95,00 [R$/MWh] máx 727,52 R$/MWh O cálculo é realizado em todo último dia útil da semana, PLD considerando 95,00 informações 12,20 previstas de 80,00 disponibilidade 12,20 e carga R$/MWh 6,48 [R$/MWh] PLD R$/MWh 80,00 [R$/MWh] PLD R$/MWh CMO 7,00 [R$/MWh] PLD R$/MWh

40 Planejamento da Operação 40 Decisão Afluências Futuras Conseqüências operativas minimizar o custo de combustível esvaziando os reservatórios altas baixas operação econômica déficit manter os reservatórios cheios e usar geração termoelétrica altas baixas vertimento operação econômica

41 Problemas de Otimização 41 Problema 2: Planejemento da Operação (Geração) Preciso atender a uma carga. Qual o horizonte considerar? Quais usinas vou ligar ou desligar? Qual a melhor forma de fazer (otimizar)?

42 Geração Hidráulica 42 Casa de Força Vertedouro Subestação Reservatório Barragem Geração Térmica Geração Hidráulica Vazão Turbinada Vazão Vertida Vazão Defluente

43 Geração Hidráulica 43

44 Geração Hidráulica 44

45 45 Geração Hidráulica ITAIPU Abril 1981

46 Geração Hidráulica 46

47 Geração Hidráulica 47 Vantagens da Geração Hidráulica: Energia limpa e renovável Baixo custo de operação (água) Armazenamento de água potável (reservatórios) Desvantagens da Geração Hidráulica: Inundações de grandes áreas Construção cara e demorada Operação dependente das condições meteorológicas

48 Geração Termelétrica 48 Sistema Elétrico de Potência - GeraçãoTermoelétrica 320 MW 2 TURBINAS GN 1 TURBINA VAPOR CICLO COMBINADO 1/3 do fornecimento do Ceará

49 Geração Termelétrica 49 Vantagens da Geração Térmica: Baixo Impacto Geográfico Implantação próximas aos centros de consumo Construção mais rápida e barata em relação as UHEs Desvantagens da Geração Térmica: Poluição Ambiental ( Emissão de Poluentes ) Alto custo de Operação ( Consumo de Combustível ) Maior Risco Cambial ( Importação de GN )

50 50

51 Geração Hidráulica 51

52 SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO Cemig Furnas Tietê Cesp I.Solteira Jupiá Cachoeira Dourada São Simão Itumbiara Emborcação C.Branco II C.Branco I Bocaina Três Marias Á.Vermelha Miranda Marimbondo Nova Ponte V.Grande Igarapava Jaguara T.Irmãos P.Colômbia Peixoto Avanhandava Estreito Furnas Funil Promissão Limoeiro Itutinga P.Primavera Ilha Grande Itaipu Rosana Taquaruçu Capivara Canoas I Itaipu Canoas II S.Grande Chavantes Ibitinga Bariri C. Dourada Barra Bonita Jurumirim E.Cunha Futuras Caconde Jaguari Camargos Paraibuna Paranapanema 52 CT/MO

53 TIPOS DE RESERVATÓRIOS Usinas com reservatório de regularização Usinas a fio d água CT/MO 53

54 SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO Cemig Furnas Tietê Cesp Itaipu P.Primavera Ilha Grande Itaipu I.Solteira Jupiá Rosana Cachoeira Dourada São Simão Taquaruçu Á.Vermelha T.Irmãos Avanhandava Capivara Canoas I C. Dourada Itumbiara Miranda Marimbondo V.Grande Promissão Canoas II S.Grande Chavantes Emborcação C.Branco II C.Branco I P.Colômbia Ibitinga Bariri Barra Bonita Jurumirim Estreito Paranapanema Bocaina Igarapava Jaguara Nova Ponte Limoeiro Peixoto Furnas Funil E.Cunha Caconde Jaguari Futuras Três Marias Itutinga Camargos Paraibuna 54 CT/MO

55 55 SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO Vantagens de um sistema interligado: Operação mais econômica; Aproveitamento da diversidade hidrológica entre bacias; Ajuda mútua em casos de emergência; Aumento da confiabilidade do sistema. Desvantagens de um sistema interligado: Problemas locais podem ser transformar em globais; Aumento do nível da corrente de curto circuito; Complexidade de representação do sistema (número de variáveis).

56 Sistema Elétrico de Potência 56 Outras Fontes de Energia

57 57 Fontes de Energia Eólica

58 58

59 59

60 60 Fontes de Energia Eólica Vantagens: Energia Limpa Pouco Impacto Ambiental Desvantagens: Depende do vento Depende de Localização Necessário Backup

61 61 Fontes de Energia Solar

62 62 Fontes de Energia Solar Vantagens: Fonte de Energia Limpa Mais conveniente em Sistemas Isolados Desvantagens: Alto Custo Baixa Eficiência Depende do Sol Grandes áreas

63 Fontes de Energia 63 Biomassa Usina de Biomassa Casca de Cupuaçu

64 Fontes de Energia 64 Biomassa Vantagens: Energia Limpa Renovável Aproveita resíduos ( ex: bagaço, animal ) Safra da Cana - Estação Seca (maio a novembro)

65 Problemas de Otimização 65 Problema 3: Planejemento da Operação (Geração) Outras Fontes de Energia Como colocá-las no sistemas? Qual a melhor localização? Quanto gerar (quantidade ótima)?

66 Geração Distribuída 66

67 Links Interessantes 67 Empresa de Pesquisa Energética (EPE) CCEE Operador Nacional do Sistema - ONS Agência Nacional de Energia Elétrica

68 Conclusão 68 Problemas interessantes em Engenharia Elétrica

69 Conclusão 69 Problemas interessantes em Engenharia Elétrica

70 70 Conclusão Problemas interessantes em Engenharia Elétrica

71 Conclusão 71 Problemas interessantes em Engenharia Elétrica

72 Conclusão Envolve diversas áreas (para todos os gostos) Estatística: previsão de carga, preços Otimização (PO/PM): cálculo dos preços, escolha do portfólio ótimo Economia: Regulação econômica, Tarifação Engenharia: Geração, Distribuição, Transmissão, Regulação técnica Oferece problemas em constante transformação (Regras mudam o tempo todo) 72

73 Conclusão 73 Qual é o nosso maior desafio?

74 A ENERGIA Obrigado! NASA 74

75 75 Perguntas? Bruno Dias: