A geratao fotoyoltaica em Fernando de Noronha

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1 A geratao fotoyoltaica em Fernando de Noronha inteli Sistema de d esigamento I- gente de modulos FV

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4 e carrega novas riscos para a estrategia de opera<;ao da rede" [1]. Ja para a introdu<;ao da usina fotovoltaica Noronha II foi realizada uma parceria com a IEE-USP - Instituto de Energia e Ambiente da Universidade de Sao Paulo e com a IES-UPM - Instituto de Energia Solar da Universidade Politecnica de Madrid [2] para especifica<;aotecnica e implanta<;ao do sistema e tambem para a realiza<;ao de um estudo sabre as impactos de conexao da usina a rede eletrica isolada da Celpe, com a objetivo de propor eventuais solu<;6es para integrar as sistemas de forma otimizada. Os resultados desse estudo originaram este trabalho. Os sistemas foram integrados sem equipamentos acessorios de armazenamenta e controle, gerando impacto na opera<;ao da UTE Tubarao, mais especificamente no consumo especffico dos grupos geradores Diesel. convivio dos sistemas depende de pequenos ajustes na forma de operar a usina termeletrica e, mesmo contribuindo em alguns momentos para a redu<;ao da eficiencia dos geradores terrnicos, as usinas fotovoltaicas garantem beneficios econ6micos e ambientais com a redu<;ao do consumo absoluto de combustivel fossil. o sistema eletrico da ilha de Fernando de Noronha e formado par uma usina termeletrica (cujo diagrama unifilar e apresentado na figura 2), duas usinas fotovoltaicas e uma rede de distribui<;ao composta par tres alimentadores em MT e diversos alimentadores em BT com seus respectivas transformadores MT /BT. A usina termeletrica Tubarao possui cinco grupos geradores Diesel trifasicos (totalizando 7,35 MVA, au 5,88 MW) e urn banco de capacitores de,3 Mvar, tambem trifasico. A usina fotovoltaica Noronha I possui 1644 modulos policristalinos Yingli YL245P-29b de 245 Wp (totalizando 42,78 kwp), divididos em 74 series, sendo 66 de 22 modulos e oito de 24 modulos, distribuidos em 13 inversores Power-One TRIO-27.6-TL-OUTD-S2X-4, de 27,6 kw nomina is e 3 kw maximos. A usina esta em opera<;ao oficialmente desde 18 de julho de 214. A usina fotovoltaica Noronha II possui 1836 modulos policristalinos Yingli YL3P-35b de 3 Wp (totalizando 55,8 kwp), divididos em 18 series de 17 modulos cada, distribuidos em 18 inversores Power-One TRIO-27.6-TL-OUTD-S2X-4, de 27,6 kw nominais e 3 kw maximos. A usina esta oficialmente em opera- <;aodesde 1 de julho de 215. A tabela I resume as caracteristicas eletricas nominais das duas usinas. As usinas solares Noronha I e II somadas respondem par cerca de 9% da energia eletrica consumida na ilha. Nos dais projetos, foram investidos cerca de R$ 9 milh6es. Considerando apenas as custos com aquisi<;ao e transporte do combustivel da UTE Tubarao, a redu<;ao de consumo de Diesel decorrente da opera<;ao das usinas solares gera economia anual da ordem de R$ 1,5 milhao. Os estudos tecnicos tern a objetivo de analisar as impactos da conexao das usinas fotovoltaicas Noronha I e Noronha II ao sistema eletrico da ilha de Fernando de Noronha, considerando: Analise do fluxo de potencia e das correntes de curto-circuito para diferentes cenarios de opera<;ao, considerando as situa<;6es mais criticas. Simula<;ao de eventos dinamicos, G1 G2 G3 G MVA MVA 1.68 MVA 1.68 MVA MW.9 MW MW 1,286 MW '\... '\... '\... '\... Tl T ,5 MVA 1,5 MVA 1,5 MVA 1,5 MVA BC TO,3Mvor 322/38 V Cargos Alimentodor Alimentodor ouxiliores FEN-DI FEN-2 Fig_2- Diagrama uni(i/arda usino termeli!lrica Tubarao G5 1,4 MVA 1,12MW '\ V 15 1,5 MVA Tab. 1- Resumo dos coraclerislicas eletricos dos usinos folovolloicos Usina Noronho I Noronha II Palencia nominal CC (kwp) 42,8 55,8 Polen cia nominal CA (kw) 358,8 496,8 Polen cia maxima CA (kw) Numero de madulos Numero de inversores como curtos-circuitos trifasicos (par alimentador, na saida da usina termeletrica) e perda sub ita da gera<;ao fotovoltaica (ambas as usinas) au de alimentadores. Avalia<;ao do nivel de penetra<;ao da gera<;ao fotovoltaica atraves de uma analise, hora a hora, do balan<;o energetico do sistema eletrico da ilha. Estudo de estrategias de integra<;ao eficiente das usinas Noronha I e Noronha II Os estudos de dinamica do comportamento eletrico do sistema foram realizados no PowerFactory, programa de simula<;ao comercial. Ja a balan<;o energetic a e as estrategias de integra- <;aodas usinas fotovoltaicas - abordagem principal deste trabalho - foram simulados com urn programa desenvolvido especificamente para este fim, em ambiente Simulink/Matlab, pela equipe do IEE-USP. Os dados de entrada necessarios para as simula<;6es foram obtidos das folhas de caracteristicas tecnicas dos diferentes equipamentos que operam na ilha (grupos geradores Diesel, modulos fotovoltaicos, inversores, etc.), dos relatorios tecnicos fornecidos pela Celpe, dos registros de opera<;ao da usina termeletrica (demanda horaria) entre 21 e 215 e dos registros historicos de uma esta<;ao meteorologica (irradia<;ao e temperatura ambiente media em tres horas) da Rede Sinda - Sistema Integrado de Dados Ambientais, do Inpe - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, entre 22 e 213. As simula<;6es foram realizadas com base na situa<;ao atual, au seja, considerando uma usina termeletrica e duas

5 fotovoltaicas sem sistema de acumula- <;aode energia, e tambem em possibilidades futuras, com a combina<;ao de diferentes cenarios de penetra<;ao fotovoltaica e a presen<;a ou ausencia de urn sistema de acumula<;ao de energia. Com PowerFactory, foram executados fluxos de potencia para diferentes cenarios operacionais, registrando-se para diversos pontos da rede de distribui<;ao em MT: a) Tensao em regime permanente com demand a maxima. b) Tensao em regime permanente com demanda minima. c) Perfis de tensao em regime permanente. d) Correntes de curto-circuito. A principal preocupa<;ao em rela- <;aoa tensao em regime permanente na rede de distribui<;ao da ilha de Fernando de Noronha e a possibilidade de as usinas fotovoltaicas provocarem a eleva<;ao da tensao acima de val ores toleraveis. Analisando os resultados encontrados nos itens a) e b), percebese c1aramente que, em nenhuma das situa<;6es apresentadas, a tensao no final do alimentador e superior a do inicio, que corresponde a tensao no barramento principal da usina termeletrica Tubarao. Diante do que foi verificado, pode-se afirmar que as usinas fotovoltaicas Noronha I e Noronha II nao provocam eleva<;ao prejudicial das tens6es de regime, nao impondo a troca de cabos e/ou medidas adicionais de controle da tensao, como, par exemplo, controle do fluxo de reativos. Em rela<;ao as correntes de curtocircuito, as usinas fotovoltaicas nao contribuem de forma significativa. Em media, elas provocam aumento de 4,6%, quando ha tres grupos geradores em opera<;ao, e de 7,6%, quando ha apenas dois. Observa-se tambem que a contribui<;ao das usinas fotovoltaicas para as carrentes de curto-circuito e sempre positiva. Portanto, os ajustes das prote<;6es puderam ser mantidos com a entrada das usinas Noronha I e Noronha II em opera<;ao. Em rela<;ao as simula<;6es de eventos dinamicos, observa-se que os grupos geradores Diesel foram capazes de manter a opera<;ao estavel ap6s todos os eventos simulados. Considerando que esse comportamento era esperado quando nao ha gera<;ao fotovoltaica, pode-se afirmar que as usinas FV nao prejudicam a estabilidade do sistema eletrico durante eventos dinamicos, uma vez que ha grupos geradores Diesel suficientes para atender a demanda nos casos de perda total ou parcial da gera<;ao fotovoltaica. Alem disso, observa-se que, em alguns casos, a existencia das usinas fotovoltaicas ate reduz os impactos dos eventos nas flutua<;6es de frequencia e tensao. Apesar dos bons resultados obtidos nas simula<;6es dinamicas, a ilha de ~ CLAMPER PROTE<;:AO E NOSSO NEGOCIO CLAMPER Solar PROTEc;:Ao CONTRA RAIOS E SURTOS ELETRICOS PARA SISTEMAS FOTOVOLTAICOS Sistemas fotovoltaicos sac diariamente danificados devido aos efeitos dos raios e surtos eletricos, que reduzem a vida util dos componentes e podem ate mesmo quelma-los instantaneamente. Evitegrandes prejuizos. protegendo alimenta<;:aode energia fotovoltaica, seu sistema de com CLAM PER Solar Um produto desenvolvido por especialistas em Oispositivos de Protec;:aocontra Surtos (OPS) B Uso de plugue. para uma Substltul~ao tacii e segura B Modelo simetrlco. com conexao plugue/base em ambas as posl~6es B DISPOSltlVOde prot~ao termlca. que desconecta DPS da energla em caso do fim da vida ulll B POSSU! slnallza~ao remota (SRI 3t.m-WRkiM! CONHE\:A NOSSA L1NHA COMPLETA DE PRODUTOS Vendas nas principais lojas de material eletrico (31) ou pelo site Prote~ao para sistemas fotovoltaicos residenciais, comerciais, industriais e publicos

6 Fernando de Noronha, onde a penetra- <;aofotovoltaica ultrapassa 37% (potencia nominal das usinas fotovoltaicas em rela<;aoa potencia de dais grupos geradores Diesel de 1286 kw nominais), e urn exemplo de sistema eletrico com potenciais dificuldades na integra<;ao da gera<;aofotovoltaica, como gera<;ao fotovoltaica em excesso, exigindo a limita- <;aoda potencia de saida das usinas fotovoltaicas; e aurnento do consurno especuico dos grupos geradores Diesel, mesmo que acompanhado da redu<;ao da quantidade absoluta de Diesel utilizada. Para estudar a integra<;ao das us i- nas fotovoltaicas, as balan<;os energeticos foram sirnulados utilizando a programa desenvolvido pelo IEE-USP, tendo como dados de entrada a demanda estimada e a gera<;ao fotovoltaica em janeiro de 216. Uma analise dos perfis de demand a e gera<;ao fotovoltaic a permite concluir que nao ha diferen<;as significativas entre as meses do ana, de maneira que as conclus6es obtidas para janeiro podem ser generalizadas para as demais meses. este estudo de integra<;ao, a comportamento do sistema eletrico sem a presen<;a de gera<;ao fotovoltaica foi considerado caso base, pais indica as niveis de carregamento maximo e minima e a valor de cons urn a espedfico de referencia, send a possivel, dessa forma, avaliar a impacto de urn gradual aumento da penetra- <;aofotovoltaica. A partir do caso base, diversas simula<;6es foram realizadas com diferentes niveis de penetra<;ao fotovoltaica, baseados na opera<;ao das usinas Noronha 1e II e possivel amplia<;ao futura. Alem disso, para alguns niveis de penetra<;ao fotovoltaica foram avaliadas tres estrategias de gestao de inversores e grupos geradores Diesel. Os resultados obtidos nas simula<;6es estao resurnidos na tabela II. Alem do consumo espedfico da usina termeletrica, calculou-se tambem a consumo considerando espedfico toda a energia gerada, denominado aqui de consumo especifico global (razao entre as litros de combustivel consumidos pelos grupas geradores Diesel e a energia total gerada no sistema). Observa-se que, quando nenhuma estrategia de gestao e utilizada, na medida em que a penetra<;ao fotovoltaica cresce, a consumo espedfico aumenta em decorrencia dos grupos geradores opera rem com valores de carregamento cada vez menores, apesar do consurno absoluto de Diesel diminuir. consurno especifico global, par outro lado, diminui a uma taxa absoluta superior a do decrescimento do consumo espedfico. Estrategias de limita<;ao da gera<;ao fotovoltaica (EC1) permitem reduzir a consumo espedfico, porem podem provocar perdas elevadas de gera<;ao fotovoltaica. Nas simula<;6es realizadas, apenas a partir de 3% de carregamento minima a limita<;ao e muito pequena au ate mesmo nula; porem, neste caso, a existencia da estrategia EC1 perde a sentido. A estrategia EC2 possibilita a redu<;ao do consumo espedfico pois permite que apenas urn grupo gerador Diesel permane<;a em funcionamento, proporcionando operar a gera<;ao termica com niveis de carregamento mais elevados. No entanto, faz-se necessaria a existencia de urn sistema de acurnula<;aode energia de grande porte, nao s6 para garantir reserva primaria ao sistema, como tambem para absorver as flutua<;6es da gera<;ao fotovoltaica. A capacidade do sistema de acumula- <;aoutilizado nas simula<;6es e fornecida entre parenteses na tabela II. A estrategia EC3 ajuda a reduzir as perdas da gera<;ao fotovoltaica devido a limita<;ao, porem exige urn sistema de acumula<;ao de energia de grande porte para que a resultado seja apreciavel. Alem disso, utilizar urn sistema de acumula<;ao de energia de pequeno au grande porte nao altera significativamente a consumo espedfico, au seja, a vantagem do sistema de acumula<;ao de energia, neste caso, esta intimamente relacionada aos beneficiarios das usinas fotovoltaicas. Finalmente, observa-se que a consumo espedfico global possui urn comportamento inverso ao do consumo especffico em todas as situa<;6es simuladas. Dessa forma, estudar novas formas de avaliar a rendirnento de sistemas eletricos lubridos Diesel-FV oriundos de sistemas exclusivamente termicos no passado e irnperativo para estimular a gera<;ao com a fonte solar. Tab. II - Resuma das simula\oes earn dilerentes niveis de penetra\oa latavaltaico e estra!l\gios de gestoo. Os niveis de penetro\oo latavoltaica PVF1, PVF2, PVF3 e PVF4 correspond em ij opero\oo da usino Noronha I, 5% de Noronha II, Naronha I e II e do dobra da capacidade das usinas de Noronha I e II, respectivamente Nivel de Estrotegia E, (MWh) E_(MWh) Cons. Diesel Cons. Espec. Cons. Espec. 56 urn grupo Perdas limit. EFV(MWh) penelra\iio de gestiio (l) (LjkWh) Global (LjkWh) gerodor (h) FV (%) PVF1-48,67 46,77 1,91 13,6,291,279 PVF2-48,67 45,34 3,33 13,31,294,273 PVF3-48,67 43,91 4,76 13,2,296,267 PVF4-48,67 39,15 9,52 11,88,33,244 PVF3 EG1 (6%) 48,67 46,14 2,53 13,46,292,277 46,8 PVF3 EG1 (4%) 48,67 43,91 4,76 13,2,296,267 PVF3 EG1 (3%) 48,67 43,91 4,76 13,2,296,267 PVF3 EG1 (5%) 48,67 43,91 4,76 13,2,296,267 PVF4 EG1 (6%) 48,67 45,65 3,3 13,36,293,274 68,2 PVF4 EG1 (4%) 48,67 4,2 8,65 12,15,33,25 9,1 PVF4 EG1 (3%) 48,67 39,17 9,51 11,89,33,244,2 PVF4 EG1 (5%) 48,67 39,15 9,52 11,88,33,244 PVF3 EG2 (2,15 MWh) 48,67 44,16 4,76 12,65,286,26 3,5 PVF4 EG2 (2,15 MWh) 48,67 39,41 9,52 11,46,291,236 8,4 PVF3 EG3 (2,15 MWh) 48,67 45, 3,91 13,18,293,271 17,9 PVF4 EG3 (2,15 MWh) 48,67 44,8 4,97 12,96,294,266 47,8 PVF3 EG3 (,5 MWh) 48,67 45,74 3,5 13,37,292,275 36, PVF4 EG3 (,5 MWh) 48,67 45,16 3,7 13,23,293,272 61,2

7 A experiencia adquirida com as usinas Noronha I e Noronha II prova que e possivel, e certamente desejavel, aumen tar nivel da penetrac;ao fotovoltaica na ilha de Fernando de Noronha. E facil perceber que, em sistemas eletricos concebidos para operar unicamente com gerac;ao termica, a inserc;ao de gerac;ao fotovoltaica provoca aumento do consumo especifico. Contudo, se toda a gerac;ao relacionada corn sistema for considerada, resultado e consumo especifico global, que, por sua vez, reduz na medida ern que mais gerac;ao fotovoltaica e adicionada ao sistema, assim como acontece corn o consumo absoluto de Diesel. Dessa forma, e necessaria a mudanc;a do atual cenario regulat6rio para permitir que os operadores de sistemas isolados (que no passado operavam apenas corn gerac;ao termica) permitam, e ate mesmo incentivem, a gerac;ao fotovoltaica e outras fontes renovaveis, sem sofrer corn restric;6esde beneffcios vinculados a Ccc. Observou-se que Noronha I e Noronha II, mesmo operando ern conjunto, nao provocam alterac;6es prejudiciais nas tens6es ern regime da rede de distribuic;ao, e tampouco nas correntes de curto-circuito. No momento, em decorrencia da integrac;ao dessas usinas fotovoltaicas, nenhuma ac;ao e necessaria no que diz respeito a medidas de controle de tensao e configurac;6es dos dispositivos de protec;ao. Alem disso, Noronha I e Noronha II nao representam risco adicional a estabilidade do sistema eletrico de Fernando de Noronha. Ao contrario, ha situac;6es ern que podem contribuir para a reduc;ao dos impactos de eventos como curtos-circuitos trifasicos e perda subita de alimentadores. A regulac;ao vigente oferece suporte a gerac;ao termica para sistemas isolados (via CCC), porem nao leva ern conta uma possivel inserc;ao de gerac;ao fotovoltaica nesses sistemas preexistentes, que desestimula este tipo de gerac;ao na medida ern que ha necessidade de manter consumo especifico abaixo de urn valor predeterminado. Sao necessarios ajustes na regulac;ao vigente, de modo que sistemas eletricos hibridos Diesel-FV possam aproveitar ao maximo a gerac;ao fotovoltaica, ate limite minimo de operac;ao dos grupos geradores Diesel, reduzindo consumo absoluto de Diesel. [1] Younicos AG. PV System Integration into the Electrical Network of Fernando de Noronha Island. Report Y , 212. [2] Almeida, M. et al.: Estudo tecnico: integra<;ao de uma usina FV de 55 kwp ao sistema eletrico isolado da ilha de Fernando de Noronha. Relat6rio IEE/IES-ET-8, 215. Trabalho apresentado no Sendi Seminario Nacional de Distribuiriio de Energia H!trica, realizado de 7 a 1 de novembro, em Curitiba, PRo IfYI HeliermannTyton Voce sabia que existe abra~adeira especifica para exposi~ao a luz solar? Fabricadas em Poliamida com Prote<;c3ocontra Radia<;c3oUltravioleta Garanta MAIS SEGURAN<;A em suas instala<;oes expostas ao tempo. A HellermannTyton possui uma linha especial de abra<;adeiras, clips e fixadores produzidos com materias-primas indicadas para instala<;6es solares. (11) / vendas@hellermanntyton.com.br