Minigeração e Microgeração Distribuída no Contexto das Redes Elétricas Inteligentes. Djalma M. Falcão

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1 Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Minigeração e Microgeração Distribuída no Contexto das Redes Elétricas Inteligentes Djalma M. Falcão Redes Elétricas Inteligentes (REI) Smart Grid (SG) 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 no meio ambiente e compatível com os mercados de energia. Fonte: EPRI D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 2 1

2 Impactos das REI Incluindo a Geração Distribuída (MIcro e Mini) Geração Centralizada Transmissão Distribuição Consumo Pequeno Moderado Grande Revolucionário D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 3 Porque precisamos de REI? Melhoria da Confiabilidade Redução de Perdas Técnicas Comerciais Redução de Custos Operacionais Redução da Demanda Energia Ponta Fontes Intermitentes Geração Distribuída Minigeração Microgeração Veículos Elétricos Mercado Varejista REN 482/2012 Aneel D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 4 2

3 O que as REI podem nos oferecer? Infraestrutura Avançada de Medição (AMI) Medidores Inteligentes Sistemas de Telecomunicação Processamento de grandes massas de dados (Big Data Management and Analytics) Sensores Automação da Rede de Distribuição Controle de Tensão e Fluxo de Reativos (VVO) Detecção e isolamento de faltas e restauração do fornecimento (FLISR): Selg Healing Controle e Estabilidade Tensão e Fluxo de Reativos Microrredes / Ilhamento Estabilidade Gerenciamento da Demanda Programas de Resposta da Demanda Tarifação Dinâmica Negociação no Varejo (Prosumidor) D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 5 Geração Distribuída: Vantagens Aumento da capacidade do sistema elétrico sem aumento de sua infraestrutura (G+T+D) Redução de perdas Alívio de congestionamento do sistema de transmissão Melhoria da confiabilidade do fornecimento de energia Menor impacto ambiental (fontes renováveis) Podem ajudar a regulação de tensão D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 6 3

4 Impactos na Rede Perfil de tensões Aumento das correntes de curto-circuito Qualidade da energia Proteção Estabilidade Ilhamento D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 7 Controle de Tensão pu 1,10 Alterar modo de operação do regulador G 1,05 1,00 0,95 D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 8 4

5 Controle Inteligente Centro de Supervisão e Controle Algoritmos de Controle de Tensão e Fluxo de Potência Reativa Ponto de medição (AMI ou dedicado) Ponto de ajuste ou chaveamento D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 9 Ilhamento Ocorre quando parte da rede é desconectada da concessionária e a demanda local é atendida total ou parcialmente pela GD Ilhamento Não-intencional Riscos para equipamentos e equipes Prática atual: desligar GD tão rápido quanto possível Melhor solução Usar a GD para alimentar parte da demanda Exige recursos Sensores Comunicações Automação D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 10 5

6 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 Forma eficiente de comodar a geração distribuida (mini e micro) Características Buscadas Autonomia Estabilidade Compatibilidade Flexibilidade Escalabilidade Diferentes formatos e dimensões D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 11 Pequeno Porte Grupo de residências, condomínios, edifícios, etc. Conexão em baixa tensão (220/127 V) Conectada à concessionária em MT Consumidor/produtor autônomo D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 12 6

7 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 D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 13 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 D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 14 7

8 Estudos de Integração Tipos de Estudo Interação entre as variações lenta da carga e da geração com relação ao perfil de tensão, perdas, etc. Penetração de harmônicos Estabilidade frente a perturbações nas fontes e desconexão do sistema de transmissão (ilhamento) Dinâmica rápida dos conversores Tipos de Ferramentas Grande flexibilidade para representar novos dispositivos Capacidade de tratar variações temporais em diferentes escalas de tempo Representação polifásica Representação geográfica da rede D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 15 Simulight Tipos de Simulação Estática (fluxo de potência) Quase-Dinâmica (controles lentos) Dinâmica (estabilidade transitória) Representação trifásica, monofásica e mista Representação de subestações no nível de chaves, disjuntores e barramentos Simulação de múltiplas ilhas e microrredes Modelagem de relés e funções de proteção Representação de Geração Eólica, Fotovoltaica, PCH e PCT Representação gráfica georeferenciada dos alimentadores Versão acadêmica disponível em: D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 16 8

9 Exemplo de Microrrede da Concessionária Região Sul do Estado do Rio de Janeiro Alimentador 25 kv 7.5 MW 48 km Atende municípios de Presidente Dutra Ataulfo de Paiva Getulandia Rio Claro Lídice PCH Rio do Braço Situada no município de Rio Claro Duas unidades de 6.6 MW cada D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 17 Estudos de Ilhamento Interesse da empresa em atender demanda local com a PCH para melhorar índices de confiabilidade Ilhamentos Não-intencional (desligamento) Intencional (manutenção, redução da demanda) Religamento Estudos de Simulação Mostraram a viabilidade desde que introduzidos recursos mínimos de comunicação e automação Experimentos Testes de ilhamento realizados com sucesso ~ PCH 2 x 6.6 MW SIN Volta Redonda P. Dutra A. de Paiva Getulandia Rio Claro Lídice 25 kv 7.5 MW 48 km D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 18 9

10 Projeto CPQd-Celpe Estudo do sistema elétrico da Ilha de Fernando de Noronha Condição atual Com a instalação de geração eólica e fotovoltaica Com recursos de Redes Elétricas Inteligentes (prova de conceito) Tipos de Estudo Regime Permanente (Fluxo de Potência) Dinâmica Eletromecânica (Estabilidade Transitória) Fenômenos Simulados Faltas Reconfiguração (recursos) Intermitência das fontes eólica e solar Recurso de automação e controle em ambiente de REI D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 19 Sistema Elétrico de Fernando de Noronha 300kWp ou 400kWp 4,4 MW 4 unidades de 500kW ou 275kW 300kWp ou 400kWp 3 alimentadores 2,54 MW (pesada) 1.78 MW (média) 1,27 MW (leve) D.M. Falcão Smart Grid Trends & Best Practices 17 e 18 de Outubro de 2013 Salvador-BA Slide 20 10

11 Obrigado Djalma M. Falcão COPPE/UFRJ Programa de Engenharia Elétrica Caixa Postal Rio de Janeiro RJ 11