Smart Grids e Microrredes: gestão da energia no campo

Transcrição

1 Smart Grids e Microrredes: gestão da energia no campo Edson H. Watanabe Professor Programa de Eng. Elétrica Diretor da COPPE / UFRJ watanabe@coe.ufrj.br 27/Setembro/ h30 às 15h

2 O Funcionamento da Rede Hoje Geração concentrada O consumidor demanda energia e o sistema (ONS) corre atrás (ou corre na frente ) para suprir a energia 2

3 Energia no Campo 1. Conectada à Rede de Distribuição sem geração local: o controle é da rede (A rede garante tensão e frequência controlados). 2. Conectada à Rede com geração local (Microrrede): Operação conectada: controle é da rede ou misto Operação isolada: Microrrede com controle local 3

4 No Campo: Monofásico ou Trifásico? Monofásico: uma onda senoidal (dois fios) Trifásico: três ondas senoidais defasadas de 120 graus! (Três a quatro fios) 4

5 Monofásico ou Trifásico? Dúvida de uma Jornalista: As mulheres modernas seriam trifásicas? 5

6 No Campo: Monofásico ou Trifásico? Motor monofásic gira com trepidação e a potência é limitada em poucos kw: iluminação, pequenas bombas e cortadores de capim, etc. Motor trifásico gira redondinho e a potência é alta (MW). 6

7 Monofásica, Bipolar ou Trifásica? Conclusão da Jornalista: As mulheres modernas são trifásicas por que são suaves e poderosas. 7

8 No Campo: Monofásico ou Trifásico? No campo, potência instalada: Poucos kw: Monofásico Dezenas de kw ou maior: Trifásico. 8

9 Demanda e a Oferta na Rede: Equilibradas? Havendo desbalanço na demanda/oferta: ações rápidas de equilíbrio 1. Aumentar a geração, se as fontes forem despacháveis. 2. Gerenciar a demanda e racionalizar, se as fontes não forem despacháveis. 9

10 Fontes Despacháveis Hidrelétricas (inclusive, Pequena Central Hidrelétrica - PCH) Usinas térmicas (Gerador a diesel, usina de bagaço de cana...) Podem ser despachadas (se tiverem combustível ). As fontes renováveis não são despacháveis! 10

11 Renováveis Vamos dar uma olhada nas renováveis? 11

12 Geração Solar Fotovoltaica Casa com painel fotovoltaico no telhado (Alemanha) 12

13 Geração Solar Fotovoltaica Usina solar San Juan, Argentina (1MW) 13

14 Geração Solar Fotovoltaica SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO Geração Solar com painel fotovoltaico gera corrente contínua. + Vd PV Array - Conversores CC/CC e CC/CA 14

15 A Intermitência da Radiação Solar 1000 Radiação, W/m Radiação, W/m 2 Conclusão: A energia solar é muito intermitente! Radiação, W/m 2 Radiação, W/m C. A. S. Querino et al. - 'Estudo da radiação solar global e do índice de Transmissivida- de (KT), externo e interno, em uma floresta de manguye em Alagoas Brasil, Revista Brasileira de Meteorologia, v.26, n.2, ,

16 Geração Eólica Ajuda? Muito. Dá para viver só de brisa (vento)? Dificilmente. 16

17 Geração Eólica Rede CA Estator Conversor Enrolamento trifásico Transformador de acoplamento Turbina Eólica Máquina de dupla alimentação Vento é variável: conversores garantem tensão e frequência constantes. 17

18 Medida em um Parque Eólico (Sul) Semana de 16 a 21 de abril de 2007 A energia eólica também é muito intermitente! (Mas, pode gerar a noite). Média 23% S T Q Q S S D S 18

19 Medida em um Parque Eólico (Nordeste) Eólico Nordeste: 3 de julho de 2017 muito estável. (Fonte ONS) 19

20 Redes Convencionais Como funcionam? Todas as fontes convencionais operam como fonte de tensão e frequência constantes (Nas residências do Rio 127V / 60Hz) Exceção: Usina nuclear gera tensão, frequência e potência constante. 20

21 Conexão de Solar e Eólica Para trabalhar com Maximum Power Point Tracking (MPPT) eles operam como fonte de corrente sem controle de tensão e frequência. PV Array + - Vd CA / CC + Tensão e frequência controladas pelas hidrelétricas e térmicas. Turbina Eólica + - Vd Carga Sem hidrelétrica ou térmica não há referência de tensão e frequência: não se pode ligar as renováveis. 21

22 Como Integrar Todas Essas Fontes? Opção mais imediata: Usar a Resolução 484 / 687 da ANEEL Estabelece as condições gerais para o acesso de microgeração e minigeração distribuída aos sistemas de distribuição de energia elétrica, o sistema de compensação de energia elétrica... A microgeração ou minigeração injetam energia na rede sem controlar a tensão ou frequência, apenas acompanham a rede. 22

23 Micro e Mini Geração? Microgeração: até 75kW Minigeração: de 75kW a 3MW (hídrica) ou até 5MW (cogeração e renováveis) 23

24 Microrredes Agrupamento de várias fontes em uma rede com controle próprio Microturbina a gás Controle da Microrrede 24

25 Smart Grid O controle do sistema inclui o controle da demanda também, diferente de hoje que só se controla a geração. Opera com: Medidores inteligentes Gerenciamento de demanda para casar com a geração. (Tem vento, podemos consumir. Não tem vento, não podemos consumir: consumir mais tarde, por exemplo, sem que o usuário note.) Comunicação entre medidores / fontes / controlador (será confiável?) Previsão (carga, vento, sol...) 25

26 Microrrede da Ilha dos Lençóis - MA 3. Bateria + Conversor: 40 kva (Formador de rede, emula fonte despachável) 4. Solar: 21 kw 1. Diesel: 43 kva (objetivo: uso mínimo operou 4 dias em um ano) + Vd PV Array - 5. Eólica: 25 kva + - Vd 2. Carga média: 10 kw Turbina Eólica José Gomes, Controle de Potência em Minirredes CA Isoladas com Aerogeradores e Bancos de Baterias Distribuídos, Tese de Doutorado, UFMA,

27 Experiência Pessoal com Smart Grid Sem energia da concessionária (eu fiz o papel do smart controlando a carga e mantendo os serviços essencias funcionando) Diesel: 7,5kVA (Objetivo: manter o mínimo funcionando) Bomba d água (hidroponia) TV e jogos funcionando Geladeira / Freezer Bomba d água José Gomes, Controle de Potência em Minirredes CA Isoladas com Aerogeradores e Bancos de Baterias Distribuídos, Tese de Doutorado, UFMA,

28 Conclusões Oportunidades de negócios: A inserção de fontes intermitentes ou não pode necessitar do dos conceitos de Microrrede / Smart Grid. Nesse caso os verbos importantes são: medir, prever, comunicar, controlar, otimizar (minimizar a conta)... Aproveitar ao máximo as Fontes Renováveis A qualidade de energia será item fundamental também Armazenamento de energia e seu gerenciamento podem ser necessários 28

29 Obrigado! Edson H. Watanabe COPPE/UFRJ 29