Sistemas de Potência e Energia

UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA Sistemas de Potência e Energia Departamento de Energia Elétrica Faculdade de Engenharia UNIVERSIDADE FEDERAL DE JUIZ DE FORA E-mail: jopass@ieee.org Juiz de Fora, 30 de Julho de 2013 1

De Onde Vem a Eletricidade? A eletricidade é gerada na usinas Movimento das águas Do vento Da queima de combustíveis Os geradores transformam a energia mecânica em energia elétrica As linhas de transmissão levam a energia até os consumidores 2

Como a Eletricidade é Produzida? A energia elétrica pode ser gerada através de fontes renováveis de energia (a força das águas e dos ventos, o sol e a biomassa), ou não renováveis (combustíveis fósseis e nucleares) No Brasil, devido ao grande número de rios, a eletricidade é produzida (mais de 90%) por geração hidrelétrica mas é gerada também em termelétricas que utilizam a fissão nuclear, carvão mineral e óleo combustível 3

Sistemas Elétricos de Potência Esquema simplificado de um sistema de potência 4

O Suprimento da Energia Elétrica Cobre desde o processo de transformação da energia primária até a interface com cada tipo de consumidor Fontes Primárias Geração Transmissão Subtransmissão Distribuição G 5

Sistemas Elétricos de Potência Conceitos básicos 6

Características do Sistema Elétrico Brasileiro Sistema hidrotérmico com predominância de geração hidrelétrica Normalmente Afastados dos centros de consumo Próximos dos centros de consumo Sistema Elétrico Brasileiro (SEB) 7

Características do Sistema Elétrico Brasileiro Cap. Instalada = 88 533 MW Hidroelétrica = 68 896 MW 77.8 % Térmica = 17 630 MW 19.9 % Belém Nuclear = 2 007 MW 2.3 % Tocantins São Luís Teresina Fortaleza Natal Unid. consum. Produção Demanda máx. LT Rede básica Geração Transmissão Distribuição = 54.9 milhões = 398.3 TWh/ano = 60 918 MW = 84 129 km 85% Setor público 15% Setor privado 26 conces. (15 privadas) 64 concessões 80% setor privado Cuiabá Campo Grande Paraná/Tietê Itaipu Argentina Jacui Iguaçu Goiânia Paranaíba Uruguai Brasília Grande Paranapanema Curitiba Porto Alegre Parnaíba Paraíba do Sul São Paulo Florianópolis São Francisco Belo Horizonte Vitória Rio de Janeiro Recife Maceió Aracajú Salvador Fonte: MME/ANEEL (Maio/2005) 8

Características do Sistema Elétrico Brasileiro Brasil - Matriz de Energia Elétrica - 28/02/06 Fonte Nº Usinas MW % Hidrelétrica 599 71.390 70,7 Gás 98 10.813 10,7 Petróleo 511 4.613 4,6 Biomassa 262 3.295 3,3 Nuclear 2 2.007 2,0 Carvão Mineral 7 1.415 1,4 Eólica 10 29 0,0 Potência Instalada 1.489 93.562 92,6 Importação Contratada 7.468 7,4 Potência Disponível 101.030 100,0 Fonte: Aneel 9

Potencial Hidrelétrico América do Sul Capacidade teórica total Potencial (GW) Potencial Desenvolvido (%) Capacidade tecnicamente explorável Capacidade teórica total Capacidade tecnicamente explorável Argentina 40.4 14.8 24.4 66.4 Bolívia 20.3 14.4 2.4 3.4 Brasil* 260.0 180.0 28.2 40.8 Chile 25.9 18.5 18.9 26.5 Colômbia 114.2 22.8 7.9 39.3 Equador 19.1 15.3 9.4 11.8 Paraguai 14.8 12.1 54.6 67.0 Peru 180.0 45.1 1.8 7.1 Uruguai 3.7 1.1 28,7 100.0 Venezuela 36.5 28.1 40.0 52.0 Outros 11.0 4.5 3.2 7.9 Total 726.1 356.7 17.5 35.7 Fonte: World Energy Council (2007), *PNE 2030 10

Energia Hidráulica no Mundo 11

Distribuição Geográfica do Potencial 12

Sistema Interligado Nacional - SIN 13

Características do SEB 14

Situação do SEB em 2008 Principais Componentes da Rede de Transmissão Linhas de Transmissão (917) (*) Tensão Extensão (kv) (km) (%) 230 37.863 41,2 345 9.772 10,6 440 6.671 7,3 500 31.773 34,5 600 (HVDC) 3.224 3,5 750 2.683 2,9 Total 91.986 100 15

Expansão do Sistema de Transmissão 109.699 98.000 Modelo Anterior Modelo vigente através das Leis nº 9648/98 e 10848/04 96.140 101.954 5.814 7.745 93.000 88.000 83.000 78.000 Taxa Média 0,96% a.a. Taxa Média 3,5% a.a. 77.642 80.007 2.365 83.049 3.042 86.229 3.180 91.986 4.700 87.286 1.057 4.154 Taxa Média 6,7% a.a. (Previsto) 73.000 68.000 63.000 63.971 62.486 63.110 61.571 624 81 915 61.571 61.571 62.486 63.110 58.000 69.034 70.033 2.473 999 67.048 1.986 3.077 5.136 72.506 63.971 67.048 69.034 70.033 72.506 77.642 80.007 83.049 86.229 87.286 91.986 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 xxx = Extensão total xxx = Aumento anual xxx = Previsão até 2010 Cerca de 26.500km em 10 anos 96.140 101.954 2010 2011 16

Características do SEB

Sistema Elétrico de Potência 18

Geração de Energia Elétrica: O Cenário Brasileiro Energia Hidrelétrica Renovável Geração Termelétrica Renovável e Não Renovável Energia Termelétrica a partir da Biomassa Gestão Integrada de Resíduos (GIR) Energia Eólica Energia Solar Direta e Indireta Outras Fontes 19

Geração Distribuída e Co-Geração Geração Distribuída: Qualquer forma de geração elétrica (em geral de pequeno porte e conectada ao sistema em nível de tensão de distribuição ou sub-transmissão) localizada próxima do consumidor final Co-geração: Geração simultânea de duas formas de energia, a elétrica e a térmica, a partir do mesmo combustível 20

Inserção Ambiental de Projetos de Geração Elétrica Projetos de geração devem enfatizar a inserção no meio ambiente Carta Terra, ECO 92, Rio de Janeiro Princípios 15 (Precaução) e 17 (AIA) Avaliação do Impacto Ambiental (AIA) Estudo Prévio de Impacto Ambiental (EpIA) Licença Ambiental 21

Cenário Demográfico de Referência 22

Economia e Consumo de Energia 23

Consumo Final de Energia no Brasil 24

Matriz Energética Mundial 25

Matriz Elétrica Mundial 26

Matriz de oferta de Energia Brasil 2007 (%) 27

Recursos Energéticos Brasileiros (milhões de bep) 28

Competitividade entre as Fontes Primárias 29

Emissões de Gases do Efeito Estufa [gramas de Carbono equiv. / kwh] (*) 30

Aproveitamento do Potencial Hidrelétrico no Mundo 31

Hidroeletricidade: Vocação Nacional Potencial Hidráulico 32

Geração de Energia Elétrica (GW) 33

Indicadores de Emissões de CO2 do Setor Energético Brasil e Mundo (2006) 34

Energia Eólica 35

Aspectos Sócio-Ambientais Entre os principais impactos sócio-ambientais de usinas eólicas destacam-se os sonoros e os visuais. Os impactos sonoros são devidos ao ruído dos rotores e variam de acordo com as especificações dos equipamentos Os impactos visuais são decorrentes do agrupamento de torres e aerogeradores, principalmente no caso de centrais eólicas com um número considerável de turbinas, também conhecidas como fazendas eólicas. Outro impacto negativo de centrais eólicas é a possibilidade de interferências eletromagnéticas, que podem causar perturbações nos sistemas de comunicação e transmissão de dados. 36

Redes Inteligentes ou SmartGirds 37

Redes Inteligentes ou SmartGirds Redes de Energia Elétrica Geração, Transmissão e Distribuição Centros de controle, proteção e automação As futuras redes devem estar preparadas Inclusão de fontes renováveis (incertezas) Parques solares e eólicos Novas demandas, carros híbridos e/ou elétricos Geração Distribuída - GD (fluxo bidirecional) PCHs, biomassa, etc. Evolução ou revolução dos próximos anos Europa Diferentes velocidades dessa transformações no mundo Necessidade de geração de energia elétrica (EUA) Questões de sustentabilidade ambiental Competitividade do mercado Eficiência Energética Renovação da infra-estrutura e da força de trabalho 40

Redes Inteligentes ou SmartGirds Há diferentes visões sobre o escopo e conteúdo do termo Termos que são incluídos em quase todas as definições Flexível A rede deve atender às necessidades dos clientes enquanto responde pelas mudanças e desafios futuros Acessível Que garanta conexão a todos os usuários do sistema, particularmente novas fontes de energia renováveis, distribuídas e limpas Confiável Que assegure e melhore a segurança e qualidade no fornecimento Lucrativa Que ofereça maior valor agregado através da inovação, eficiência energética e competitividade 41

Redes Inteligentes ou SmartGirds As redes de distribuição e transmissão Diferentes requisitos de monitoração Transmissão Sofisticados sistemas de controle e monitoração Distribuição Medidores inteligentes e gerenciamento de carga Controle da rede de distribuição Eficiência energética Pontos susceptíveis a falhas Redes maiores e mais complexas Os centros de controle deverão ser capazes de Responder em tempo hábil Ter capacidade de antecipação de eventos futuros Manter a integridade da rede Evitar interrupção ou limitá-la à apenas uma determinada região 42

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