Sistema elétrico. Geração Transmissão Transformação

Transcrição

1 Sistema elétrico O sistema elétrico está formado pelo conjunto de estruturas e obras civis responsáveis por enviar energia elétrica aos consumidores O sistema elétrico está dividido em 3 partes principais Geração Transmissão Transformação

2 Sistema elétrico Geração O sistema de geração compreende o conjunto de estruturas capazes de transformar alguma forma de energia disponível em energia elétrica. Hidrelétricas Térmicas (gás, carvão, diesel, biomassa, nuclear, etc) Maré-motriz

3 Sistema elétrico Transmissão O sistema de transmissão compreende o conjunto de estruturas capazes de transmitir a energia elétrica do local onde foi produzida até o local onde será consumida. Linhas de transmissão Linhas de sub-transmissão Linhas de distribuição primária Linhas de distribuição secundária

4 Sistema elétrico Transformação O sistema de transformação compreende o conjunto de estruturas capazes de ajustar os níveis de tensão para otimizar a transmissão de energia elétrica e para adequar os níveis de tensão para atender aos distintos consumidores. Subestações de transmissão Subestações de distribuição Transformadores

5 Geração Tipos de usinas Térmicas Hidrelétricas Maré-motriz Solar Célula de combustível Eólica

6 Geração Térmicas Utilizam um ciclo térmico para a geração de energia elétrica através da utilização de turbinas ou motores de ciclo Otto ou Diesel. São classificados de acordo com a fonte de calor utilizada Geotérmicas Termicas (a partir da queima de algum combustível, fossil ou biomassa) Termo-nucleares

7 Geração Hidrelétricas Transformam a energia cinética da água em um rio ou queda d'água em energia elétrica Podem ser a fio d'água, quando dependem exclusivamente do vazão do rio Podem ser de vazão regulada através da construção de um reservatório a montante da usina que armazena água na época de chuvas para ser utilizada na época de seca

8 Geração Maré-motriz Utilizam os movimentos das marés ou das ondas para gerar energia elétrica Solar Utilizam a energia térmica do sol para gerar energia elétrica, podem ser foto-voltaicas ou térmicas Células de combustível Utilizam a energia das ligações dos elétrons nas ligações entre os átomos de um combustível para gerar energia elétrica, podem utilizar distintos combustíveis

9 Geração Eólica Utiliza a energia cinética dos movimentos das massas de ar para gerar energia elétrica.

10 Implantação de uma Pequena Usina Hidrelétrica

11

12

13

14 Operação de um sistema elétrico Atividades de operação Inserção e retirada de unidades geradoras Acionamento de vertedouros Remanejamento de cargas entre unidades geradoras

15 Operação de uma sistema elétrico Curva de carga Representa a quantidade de potência disponibilizada no sistema Curva de carga de geração, quando é levantada para uma unidade geradora Curva de carga de consumo, quando é levantada para uma subestação ou sistema de distribuição A curva de carga apresenta uma forma típica com picos e vales

16 Operação de uma sistema elétrico Curva de duração das demandas Transformação da curva de carga Representa a demanda de forma acumulativa

17 Potencial hidráulico e energia produzida A altura de queda disponível para um aproveitamento hidrelétrico Hd é dado pela fórmula ao lado, onde Hb é a altura bruta Hp são as perdas no cainho do fluxo da água Hd =Hb hp

18 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga na tomada de água (hp1)(m) C1: Velocidade da água na tomada de água(m/s) Q: Vazão da água(m³/s) S1: Secção transversal do escoamento(m²) hp1= C 2 1 2g C 1 = Q S 1

19 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga na linha adutora (hp2)(m/km) Fórmula de SCOBEY C2: Velocidade da água na linha adutora (m/s) K1: Constante da união dos dutos De: Diâmetro do duto adutor (cm) hp2= 410 K 1 C 2 1,9 De 1,1

20 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga na tubulação forçada (hp3)(m/km) C3: Velocidade da água na tubulação forçada(m/s) K1: Constante da união dos dutos Dt: Diâmetro da tubulação forçada(cm) hp2= 410 K 1 C 3 1,9 Dt 1,1

21 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga no difusor (hp4)(m) C4: Velocidade da água no difusor(m/s) hp4= C g

22 Potencial hidráulico e energia produzida Perdas de carga no canal de fuga (hp5)(m/km) Pode ser desprezada a não ser que este seja muito longo Utilizar a fórmula de SCOBEY hp5= 410 K 1 C 1,9 5 Df 1,1 C3: Velocidade da água no canal de fuga(m/s) K1: Constante da união dos dutos Df: Diâmetro do canal de fuga(cm)

23 Potencial hidráulico e energia produzida Altura efetiva Hd =Hb1 hp1 hp2 hp3 hp4 hp5 Potência efetiva do aproveitamento Pef = 103 Q Hd 102 Pef = 103 Q Hd 15 t t KW HP

24 Potencial hidráulico e energia produzida Potência elétrica g Pel=Pef g Pel: Potência elétrica no barramento : Rendimento total do alternador Energia anualmente produzida E=Pel 8760 fc E: Energia produzida fc: Fator de carga anual

25 Exercício de aplicação No inventário hidrelétrico de uma determinada região se encontrou um ponto no qual a implantação de uma hidrelétrica é viável. Neste ponto o rio possui uma vazão média regulada pelo reservatório de 500m³/s. A queda bruta desta usina é de 150m. Baseando-se nos dados abaixo calcule a máxima potência elétrica gerada pela usina. Considere que esta usina possui 10 turbinas e que a vazão será dividida igualmente entre as turbinas Tomada de água quadrada de lado 7m Linha adutora formada por dutos de diâmetro 5m, K1=0,22 e comprimento 200m Tubulação forçada de diâmetro 4m, K1=0,22 e comprimento 100m Difusor de diâmetro 2m t =0,85 e g =0,95 / g=9,81m/ s 2

26 Exercício de aplicação Considerando a usina anterior responda Se uma seca muito prolongada atinge essa região e o fluxo regulado pela barragem for reduzido para 350m³/s e as turbinas instaladas na usina possuem uma vazão mínima de funcionamento de 40 m³/s. Que ações devem ser tomadas para garantir o funcionamento da usina neste período de seca? Se um período de chuvas muito prolongado atinge a região enchendo o reservatório totalmente e mantendo um fluxo de 600 m³/s. Se nenhuma ação for tomada, o que pode ocorrer á usina? Que ações devem ser tomadas para que a usina continue funcionando?

27 Exercício de aplicação Em uma determinada região se deseja implantar uma hidrelétrica em um rio com potencial conhecido e viável economicamente. O rio no qual se vai instalar a usina apresentará uma vazão regularizada de 15m³/s e a queda bruta será de 600m. Qual é o tipo de turbina mais recomendado para esta hidrelétrica? Por quê? t =0,85 e g =0,95 / g=9,81m/ s 2

28 Exercício de aplicação Agora considere que esta usina possui os dados abaixo calcule a energia produzida anualmente se a usina possui 3 turbinas: Tomada de água quadrada de lado 3,5m Linha adutora formada por dutos de diâmetro 4m, K1=0,22 e comprimento 600m Tubulação forçada de diâmetro 3m, K1=0,22 e comprimento 90m Difusor de diâmetro 1m t =0,85 e g =0,95 / g=9,81m/ s 2

29 Exercício de aplicação Considerando a usina anterior responda Se uma seca muito prolongada atinge essa região e o fluxo regulado pela barragem for reduzido para 11m³/s e as turbinas instaladas na usina possuem uma vazão mínima de funcionamento de 4 m³/s. Que ações devem ser tomadas para garantir o funcionamento da usina neste período de seca? Se um período de chuvas muito prolongado atinge a região enchendo o reservatório totalmente e mantendo um fluxo de 20 m³/s. Se nenhuma ação for tomada, o que pode ocorrer á usina? Que ações devem ser tomadas para que a usina continue funcionando?