Desafios para projetos futuros de transmissão a longas distâncias Sidnei Ueda Nexans Brasil SA Nov/2008 1
Roteiro apresentação Introdução Demanda da eletricidade Desafios para transmissão a longas distâncias Aumento da capacidade das linhas de transmissão Longas travessias Conclusão Nov/2008 2
Consumo mundial de eletricidade 30000 Electricity consum mption (in TWh) 25000 20000 8000 15000 10000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 China 8% 7,1% 1,6% 2,2% 1,4% 2% 4,8% 4,3% 4,5% 3,9% India USA Source: World Energy Outlook 2007, IEA OECD Pacific EU Russia Developping Asia South America Middle East Africa 3,5% World 1990 2005 2015 2030 Source: World Energy Outlook 2006, IEA Aumento médio anual 2005-2015 Nov/2008 3
LT longas - Desafios Um dos dilemas que tem preocupado os governos e as concessionárias hoje é como suprir grandes quantidades de eletricidade para uma população e demandas crescentes, sendo eficiente e com um mínimo de impacto ambiental. Em alguns países como o Brasil, China e India, o grande desafio é conectar os centros urbanos de consumo com a geração a milhares de quilômetros. A tecnologia ultra-alta tensão é uma das soluções para este desafio International Symposium on International Standards for Ultra High Voltage, Beijing, China, 18-27 Julho de 2007 Nov/2008 4
Potencial hidroelétrico - Brasil TOTAL: 260 GW IN OPERATION: 80 GW (30%) 113 GW 43% 36 GW 14% 43 GW 16% 42 GW 16% 26 GW 11% FATORES CONDICIONANTES Transmissão a longas distâncias. Sistemas de transmissão de alta capacidade. CA e CC. Alternativas que reduzam o custo da transmissão deverão ser aplicadas / desenvolvidas. Nov/2008 5
LT longas Mais eficientes Estratégias a serem seguidas Desenvolver LTs CA com alta capacidade de trasmissão, como linhas compactas e potência natural elevadas; Utilizar compensadores estáticos e compensadores séries variáveis para permitir uma aplicabilidade e flexibilidade maior na tecnologia CA; Avaliar a transmissão em CC uma opção que pode ser vantajosa para transmissão a longas distâncias. Nov/2008 6
LT: Projetos futuros (próximos) Tucuruí - Manaus 1,470km 1.900MW (2010-2011) Madeira 2,375km (2011-2012) Nov/2008 7
A imagem não pode ser exibida. Talvez o computador não tenha memória suficiente para abrir a imagem ou talvez ela esteja corrompida. Reinicie o computador e abra o arquivo novamente. Se ainda assim aparecer o x vermelho, poderá ser necessário excluir a imagem e inseri-la novamente. Desafios na LT Tucuruí - Manaus Comprimento de 1.470km LT 500kV, circuito duplo 1,900MW de capacidade de transmissão Longas travessias, acima de 2.000m Floresta densa Solo úmido e não firme para as estruturas Logística para implantação da LT Nov/2008 8
LT Capacidade de transmissão Conceito - LT curtas Ampacidade ou Limite Térmico Equação de equilíbrio térmico: o cabo ganha calor por corrente (efeito Joule) e por insolação; e libera calor por convecção (vento) e irradiação. 2 RI + Q = Q + Q s c i d Ao se aumentar a corrente o cabo aquece, dilata, aumenta a flecha, e reduz a distância de segurança (d), havendo portanto uma limitação desta corrente máxima: Fator limitante geralmente em linhas curtas. Nov/2008 9
LT Capacidade de transmissão Conceito LT longas Potência Natural ou SIL (Surge Impedance Loading) SIL = V 2 /Z, onde V é a tensão e Z é a impedância: Quanto menor Z, maior o SIL. V P Z V C/2 C/2 Quando circula na linha uma potência (P) igual ao seu SIL, existe o equilíbrio entre a energia reativa gerada pela capacitância (C) e a energia consumida pela impedância série (Z), e não há queda de tensão. Estudos de sistemas exigem instalação de reatores, que reduzem o SIL efetivo, e impõem redução da potência máxima da linha: Fator limitante em linhas de longa distância. Nov/2008 10
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z LINHAS COMPACTAS CONCEITOS BÁSICOS Compactação é uma tecnlogia em que altera a geometria das torres para aproximar as fases o máximo possível; Compactação aumenta o acoplamento entre as fases e consequentemente a impedância mútua (Z M ); O aumento da impedância mútua resulta numa redução da impedância de sequência positiva (Z 1 ); A redução da impedância de sequência positiva (Z 1 ) significa um aumento do SIL; V2 SIL = Z 1 = Z S Z M A compactação das linhas pode aumentar o SIL entre 20% a 25%. Nov/2008 11
LINHAS COMPACTAS LPNE FEIXE EXPANDIDO Compactação máxima Fatores limitantes: Coordenação de isolação entre fases; LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Reduzir a Impedância (Z) Gradiente do campo elétrico na superfície dos subcondutores aumentando o Corona. Outras possibilidades: Aumentar o número de condutores por fase (feixe); Aumentar o raio do feixe; Introduzir feixe expandido no vão. Nov/2008 12
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Torres 500 kv Torre Compacta Obs: Dimensões em (m) Torre Convencional Nov/2008 13
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Torre LT Compacta 500kV Feixe Expandido Nov/2008 14
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z TENSÃO LT 1200 kv 765kV 400kV Tensão Nominal (kv) 1150 765 400 Tensão Máxima (kv) 1200 800 420 Resistência (pu/km) 4.338 x10-7 1.951x10-6 1.862x10-5 Reatância (pu/km) 1.772 x10-5 4.475x10-5 2.075x10-4 Susceptância (pu/km) 6.447 x10-2 2.4x10-2 5.55x10-3 SIL - Surge Impedance Loading (MW) 6030 2315 515 Nov/2008 15
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Aumentar a tensão (V) Tensão (kv) 800 1100 1200 1500 Número de Circuitos por Linha Número de Linhas Capacidade Transmissão 2 4 2 2 2 2 1 2 9GW (Insuficiente) 10GW >10GW >10GW Viabilidade Técnica Fácil Viável Viável Difícil Total Custo Construção 1.06 1.00 1.19 1.09 Altura da Torre(m) 91 110 123 125 Nov/2008 16
LT Histórico As primeiras linhas em 500kV surgiram nos anos 60, e em 765kV nos anos 70, nos USA e na USSR, países de grandes dimensões e com grandes desafios no setor energético. No fim dos anos 70 surgiu na Itália, para estudos e desenvolvimento, o projeto 1000 kv (CESI). A USSR apresentou o projeto 1200kV nos anos 80. No BRASIL, as linhas de 500kV surgiram ao fim dos anos 60 e de 765kV ao fim dos 70 no projeto de Itaipu. Todos os casos citados tinham conceito de feixes convencionais. Ao final dos anos 80 os Russos mostraram o conceito de arranjos e feixes otimizados, com o aumento da Potência Natural (SIL). No Brasil, no anos 90, surgiram as linhas Compactas e ao final da década as linhas de Feixe Expandido, com aumentos de até 25% no SIL. Hoje temos mais de 8000km de LTs operando com esses conceitos. Nov/2008 17
LT Histórico Linhas de Transmissão - Itaipu Nov/2008 18
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z As iniciativas pós ITAIPU JAPÃO - Linha de transmissão 1100kV, 430km UHV já construído, mas operando em 550kV 800kV. - Todos os equipamentos para SE 1100kV energizados e testados em campo desde 1996. - Upgrading da LT para 1100kV planejado para meados de 2010. Nov/2008 19
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z LT CA - UHV - Corona é o fator mais sensível para UHV, maior que em EHV e consequentemente a escolha do condutor e o seu feixe, tornam-se preponderantes no projeto da LT. - Pela análise das LTs existentes entre 500-1150kV, o critério final em relação à performance Corona, é determinado conforme abaixo: Nível RIV (Radio Interference Voltage) 58dB Nível ruído audível 55dB(A) - Como resultado, a LT no Japão foi projetado com 8 ACSR 500mm 2. Nov/2008 20
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z As iniciativas pós ITAIPU Ground wires a - Altura da torre típica é de 110m (para LT 1100kV). 110.0m b Conductors c - O campo eletromagnético é equivalente a de uma LT de 550kV. 39.0m (right of way) Nov/2008 21
LT Aumentar o SIL = V 2 /Z Feixe de 8 condutores em teste de Corona (Japão) Shiobara, CRIEPI Dimensão da gaiola: 8m 8m 24m Máxima tensão: até 1200kV Nov/2008 22
LT CC ± 800kv - China ± 800kV Nov/2008 CC Laboratório em Pequim 23
LT Desenvolvimento de UHV Tensão - UHV CA: 1000kV, max. 1100kV - UHV CC:±800kV. Viabilidade técnica A implementação de 1000kV CA e ±800kV CC com capacidade de 6400MW é praticável Fabricação de equipamentos UHV - Experiência em 750kV CA - Experiência em ±800kV HVDC equipmentos Nov/2008 24
LT Histórico Nov/2008 25
LT Longas travessias Definição: Vão: L 1000 m Altura torre: H 100 m Nov/2008 26
País Os maiores vãos no mundo: Nome da Travessia Tensão (kv) Tipo Travessia Altura Torre Vão (m) Year Groelândia Ameralik Fjord 132 Fiorde 18 5374 1993 Noruega Sognefjord II 300 Fiorde N.A 4735 1975 Noruega Sognefjord (Refsdal-Fardal) LT Longas travessias 132 Fiorde 68 4600 1985 Noruega Sognefjord I 300 Fiorde N.A 4552 1967 Noruega Langfjorden 132 Fiorde N.A 3973 1968 Noruega Sunndalsfjorden 132 Fiorde N.A 3800 1971 Noruega Noruega Sunndalsfjorden I Sunndalsfjorden II 300 Fiorde N.A 3785 1972 300 Fiorde N.A 3785 1972 Noruega Klabu-Viklandet N.A Fiorde N.A 3700 N.A Itália Messina Strait 220 Mar 224 3646 1955 Nov/2008 27
LT com maior vão Ameralik Fjord - Groelândia Vão : 5.374 m Altura:18 m Nov/2008 28
LT mundial dados informativos Tensão mais alta em CA: Tensão mais alta em CC: 1.150kV, Cazaquistão ± 600kV, Itaipu (± 800kV em construção na China) Torre mais alta: 346m, rio Yang-tze (China) (travessia - vão de 2.200m) Mais longa: Maior travessia: 1.700km, Inga-Shaba (Zaire) 5,374m (Groelândia) Nov/2008 29
No. Projeto País Tensã o (kv) 1 Jiangyin Yangtze River Crossing LT Longas travessias As estruturas mais altas no mundo: Vão (m) No. Circuit. Condut. por fase Altura Torre (m) Ano China 500 2303 2 4 346.5 2004 2 Nanjing China 500 2053 2 4 257 1992 Yangtze River Crossing 3 Orinoco River Crossing Venezuela 230 2537+ 2161 2 1 240 N.A 4 Zhujiang Crossing 5 Wuhu Yangtze River Crossing China 500 1547+ 931 2 2 235.75 1990 China ±500 1910 2 4 229 2003 Nov/2008 30
LT com torre mais alta Travessia rio Yang-tze - China Travessia de 2.200m A torre é 22,5m mais alta que a torre Eiffel, Tendo a metade do peso ~ 5kton. Nov/2008 31
LT Longas travessias A capacidade de transmissão é de 2 x 2000 MVA ou 3200 MVA para apénas 1 circuito em operação. (Os condutores têm que transmitir a corrente correspondente a uma temperatura ambiente de 40 C e vento de 0,6 m/s). Capcidade de curto-circuito do OPGW: 400kA 2s. OPGW, loose de 24 fibras, single mode Nov/2008 32
LT Longas travessias Sistema anti-vibração, para as fases e cabo pára-raios: stockbridge + festoon Instalação de isoladores Nov/2008 33
LT Longas travessias Venezuela: travessia do lago Maracaibo Vão: 1500m (máx.) Altura: 148 m Nov/2008 34
LT Longas travessias No Brasil: Travessia do rio Tocantins Sistema 500kV de Tucuruí Vão: 1335 m Altura: 116 m Nov/2008 35
LT Longas travessias Conclusões Longas Travessias Projetos únicos e específicos Maior nível de tensão: 500 kv (várias) Máximo nr circuitos: 4 x 380 kv (Rio Elba) Tipo de condutor mais utilizado: AACSR Projetos conservadores, alta classe de confiabilidade Nov/2008 36
Desafio: demanda de eletricidade Áreas teóricas para suprir demanda de eletricidade mundial, européia e alemã. Nov/2008 37
Título Título título Muito obrigado pela atenção!!! Sidnei Ueda Nexans Brasil SA E-mail: sidnei.ueda@nexans.com Tel.: (12)3185-2022 Nov/2008 38
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