GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE ELÉTRICA

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1 Universidade do Estado de Mato Grosso Campus Sinop Faculdade de Ciências Exatas e Tecnológicas GERAÇÃO, TRANSMISSÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA DE ELÉTRICA ROGÉRIO LÚCIO LIMA Sinop Outubro de 2016

2 Recursos Energéticos O recursos energéticos são divididos em três categorias básicas: Combustível Fóssil: óleo, gás natural e carvão; Combustível Nuclear: urânio; Recursos renováveis: hidrelétrica (água), eólica (vento), solar (sol), biomassa, geotérmica, etc. Os recursos primários são: Combustível fóssil; Combustível Nuclear; Energia Hidráulica; Recursos secundários: todos os recursos renováveis, com exceção da energia hidráulica. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 2

3 Recursos Energéticos 99% de toda energia elétrica mundial é oriunda dos recursos primários; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 3

4 Recursos Energéticos A energia elétrica são descritas a partir de 3 terminologias: Energia gerada energia elétrica produzidas nas centrais geradoras (Cargas + Perdas); Energia consumida cargas ; Capacidade instalada potência nominal da central geradora. Em 2010, os EUA gerou em torno de 4125 TWh de energia elétrica Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 4

5 Recursos Energéticos Consumo de eletricidade no mundo Consumo mundial em 2010: TWh (23,6% TWh); Ásia e Oceania economia emergente da china e índia. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 5

6 Recursos Energéticos Capacidade instalada mundial de eletricidade Capacidade instalada em 2000: 3455,45 GW; 2010: 4624,77 GW; EUA: ,72 GW; GW. Ásia e Oceania: ,23 GW; ,32 GW. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 6

7 Oriundos de fósseis (plantas e animais mortos) enterrados na crosta terrestre a milhões de anos sobre alta temperatura e pressão. São compostos com alta concentração de carbono e hidrogênio tais como óleo, gás natural e carvão; Não renováveis, devido ao tempo necessário a sua formação; Revolução industrial (séc. XIX) o mundo é dependente deste tipo de fonte energética; São usados em: Transportes; Processos industriais; Geração de eletricidade gerado bastante debate ; Geração de calor residencial e comercial. Impacto ambiental considerável - CO 2, CO; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 7

8 Oriundos de fósseis (plantas e animais mortos) enterrados na crosta terrestre a milhões de anos sobre alta temperatura e pressão. São compostos com alta concentração de carbono e hidrogênio tais como óleo, gás natural e carvão; Não renováveis, devido ao tempo necessário a sua formação; Revolução industrial (séc. XIX) o mundo é dependente deste tipo de fonte energética; São usados em: Transportes; Processos industriais; Geração de eletricidade gerado bastante debate ; Geração de calor residencial e comercial. Impacto ambiental considerável - CO 2, CO; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 8

9 Óleo (petróleo) É o mais usado dos combustíveis fosseis no mundo; Extraído de campos com camadas de rochas porosas preenchidas com óleos; Os chineses o descobriu por volta de 300 A.C.; Foi comercializado pela primeira vez na Polônia por volta do séc. XV; Na metade do século XVIII surgem os primeiros poços na américa do norte em Ontario no Canadá e Pensilvânia nos EUA; Em 1870, John D. Rockefeller cria a Standard Oil of Ohio, controlando 90% das refinarias on USA; No século XIX o petróleo é descoberto em países orientais, América Central e do Sul; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 9

10 Consumo mundial do petróleo por setores As reservas mundiais comprovadas no final de 2010 está em torno de 1,341x10 12 barris; Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 10

11 Reservas Mundiais Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 11

12 Consumo Mundial O consumo mundial em 2010 ficou em torno de 85,7x10 6 Barris/dia, com destaque para china (25,8 b/dia), EUA (19,18 b/dia) e Europa (15,32 b/dia). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 12

13 Gás Natural Embora descoberto em 1859, não foi comercializado imediatamente devido o processo de liquefação a baixa temperatura ser desconhecido até o século XIX; Era considerado um subproduto do óleo cru e por isso queimado nos campos de exploração; Após a descoberta de grandes reservas em Wyoming em 1915, os EUA desenvolveu o método de liquefação criogênica e realizou a construção de oleodutos para o transporte e armazenamento do gás natural; Em 1920, Frank Phillips fundou a Phillips Petróleo e comercializou o gás natural na forma do propano e butano. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 13

14 Reservas de gás natural conhecidas As reservas mundiais foram estimadas em 1,78x10 14 m 3 ; A maioria das reservas estão localizadas na Rússia e Oriente médio; Em 2010, a reservas previstas para o EUA foram em torno de 7,71x10 12 m 3 Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 14

15 Consumo mundial de gás natural Em 2010, o consumo mundial foi em torno de 3,27x10 12 m 3 ; Os maiores consumidores são os EUA e Europa, USA consumiu em torno de 6,8x10 11 m 3 ; 32% do gás natural é usado para geração de eletricidade e 42% produção industrial. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 15

16 Carvão Vegetal (Charcoal) Substância carbônica de poros negros produzida a partir da lenha, é a primeira fonte de calor e luz usada pelo homem. Em torno de anos atrás, os Egípcios usavam o carvão para cozinhar, aquecer, fabricar artefatos de cerâmica e metal (ouro). O carvão mineral (Coal) é outra forma de substância carbônica vegetal formada pela atividade geológica, substância oriunda do calor e pressão no período carbonífero a milhões de anos atrás. Foi muito utilizado na metade do século XII na Inglaterra, entretanto, pelo seu uso inadequado (ambiente não ventilados) provocou muitas mortes por envenenamento. Em 1673, L. Joliet e J. Marquete descobriu carvão em Ilinois. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 16

17 Reservas mundiais de carvão As reservas de carvão para o ano de 2010 foram estimadas em 9,4x10 11 ton. Os EUA possui uma reserva estimada em 2,6x10 11 ton. (28% da reserva mundial). Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 17

18 Consumo mundial de carvão O consumo mundial em 2010 foi em torno de 7,99x10 9 ton. Nos EUA, 1,05x10 9 ton. de carvão foram consumidas em A Ásia e Oceania são os maiores consumidores de carvão (5,19x10 9 ). A china é o usuário de carvão para geração de eletricidade. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 18

19 Combustíveis Nucleares É um material de núcleo pesado que libera energia quando seus átomos são divididos e no processo parte sua massa é perdida. O combustível nuclear mais comum para produzir eletricidade é o Urânio (U), porém o Plutônio (Pu) também tem sido usado. O Urânio é encontrado na natureza na forma de vários isótopos, o Urânio natural é encontrado em três isótopos: U 234, U 235 e U 238. Apenas o U 235 é usado nos reatores de fissão nuclear. A concentração de Urânio no U 235 é muito baixa (0,7%), por isso, um processo de enriquecimento é usado para aumentar a concentração do urânio neste isótopo. Em plantas de geração energia elétrica, o U 235 possui uma concentração de Urânio entre 3% a 5% e para armas nucleares em torno de 90%. A produção estimada em 2010 é de 41,230 ton. O maior produto é o Canadá (10,26 ton.). A Austrália produziu 7,85 ton. O Niger, Namíbia, Rússia, União Soviética e USA produziram 2030 ton. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 19

20 Combustíveis Nucleares O Plutônio é outro combustível usado para produzir eletricidade, porém é menos comum que o Urânio. O Plutônio é produzido na forma de 3 isótopos: Pu 238, Pu 239 e Pu 240. Outros isótopos de Plutônio são criados a partir de diferentes combinações de Urânio e Nêutrons. O isótopo Pu 239 é usado em armas nucleares e Pu 238 é usado em planta de geração de energia elétrica. Em alguns casos, o Pu 238 é misturado com Urânio na forma de um combustível óxido para aumento de geração de eletricidade. O Plutônio também é usado como fonte de eletricidade em alguns satélites. Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 20

21 Combustíveis Nucleares Consumo de mundial de combustível Nuclear O consumo estimado em 2010 está em torno de 7,03x10 8 tep. A Europa e EUA lidera o consumo para produção de eletricidade. Os EUA consumiu em torno de 2,1x10 8 tep em Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 21

22 Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica EL-SHARKAWI, M. A. Electric Energy An Introduction. Third Edition, CRC Press, FRONTIN, S. O. Equipamentos de Alta Tensão prospecção e hierarquização de inovações tecnológicas. Goya Editora, Brasília: Teixeira, KERSTING, W. H. Distribution System Modeling and Analysis. CRC Press, GONEN, T. Electric Power Distribution System Engineering. Second Edition, CRC Press, Prof. Msc. Rogério Lúcio Lima Geração, Transmissão e Distribuição de Energia Elétrica 22