UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR - UFPA

INSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA - PPGEE

UMA ABORDAGEM EM:

ANLISE ECONMICA DA QUALIDADE DA ENERGIA ELTRICA

DISCIPLINA: QUALIDADE DE ENERGIA ELTRICA

DOCENTES:PROF. DR. MARIA EMLIA DE LIMA TOSTES

PROF. DR. UBIRATAN HOLANDA BEZERRA

DISCENTE: NOEMY PEREIRA DE SOUZA

BELM-PA

2014

1. INTRODUO

sabido que a Qualidade da Energia Eltrica (QEE) vem sendo estudada de modo a criar mecanismos e solues para contribuir para a suavizao de prejuzos, diminuio de gastos ou at mesmo potencializao de lucros.

A QEE muito importante em todos em todas as atividades humanas e sabemos o peso econmico que a cadeia de produo e comercializao de energia tem no pas, principalmente quando se trata de atividades de larga escala, como as exercidas pelas indstrias, em que a ausncia da qualidade de energia pode impactar seus processos produtivos, em muitos casos interrompendo-os, gerando perdas monetrias significativas para todos os agentes envolvidos (fornecedores e consumidores).

Neste trabalho, abordaremos estudos que apontam solues em QEE para casos particulares (estudos de caso), que mostram como investimentos em QEE podem ser convertidos em vantagens econmicas para os atuantes em diversos ramos de atividade industrial no pas e tambm no ramo do fornecimento residencial de energia.

Essas vantagens so traduzidas em valores monetrios nesses estudos de caso, fornecendo uma ideia de como a contribuio econmica e funcional do aumento da qualidade de energia eltrica so satisfatrios e significativos, obedecidas as necessidades de cada caso.

Visto que a energia produzida a partir de fontes alternativas e renovveis uma tendncia e de grande importncia, os estudos de caso escolhidos ento nesse contexto.

Caso 1: Indstria Sucroalcooleira

A indstria representa um grande potencial econmico, visto que alm dos produtos tradicionais dela provenientes como o acar e o lcool, h tambm um bom potencial para a gerao de energia eltrica a partir da queima do bagao da cana (que alimenta caldeiras que produzem vapor e movem turbinas), que antigamente era tratado como rejeito. Essa energia produzida do prprio bagao alimenta a prpria demanda da indstria, assim como tambm se produzir excedente, pode vend-lo para a concessionria de energia ao estar interligada com a rede.

Como antes o s se via necessidade de alimentar a prpria indstria, no havia preocupao em eficientizar e padronizar a energia ai produzida, mas estudos apontam que ao otimizar o processo de produo de energia nesse ramo da indstria, possvel obter ganhos com a venda de energia excedente. Claro que pode haver tambm o caso em que a energia produzida por essa indstria, mesmo otimizada, poder suprir apenas parte da sua prpria demanda, mas mesmo assim isso representa economia direta de recursos financeiros na conta de luz.

importante ressaltar que a energia produzida pela indstria alcooleira renovvel, barata e de impacto ambiental reduzido.

A seguir ser exposto um estudo de caso que ilustra o supracitado.

1.1 O sistema de gerao nas usinas da indstria sucroalcooleira

A energia gerada a partir de turbinas a vapor, o vapor fornecido pelas caldeiras que so alimentadas pela queima do bagao da cana. A distribuio nas instalaes da prpria indstria realizada em mdia tenso (13,8 kV), e pode estar interligada com a rede nacional em paralelo com fluxo de potncia uni ou bidirecional ou operar isoladamente. Neste estudo, seria interessante essa primeira configurao (conexo com a rede).

As mquinas responsveis pela gerao da energia so os turbogeradores que so constitudos de uma mquina primria (turbina a vapor) e um gerador sncrono. Nesse sistema, o controle das potncias ativa e reativa so feitos por controladores de carga ou, algumas vezes, atravs de ajuste manual da velocidade da turbina ou sobre o regulador de tenso da mquina sncrona.

1.2 Solues em QEE

Para aumentar tanto a qualidade, quanto a eficincia da energia produzida pelas usinas sucroalcooleiras, foram propostas diversas melhorias, entre elas:

A. Substituio de turbinas de baixa eficincia (estgio simples) por turbinas mais eficientes (mltiplos estgios);

B. Substituio de dispositivos mecnicos acionados por turbina (como a moenda) por motores eltricos;

C. A substituio da caldeira por outra que produz vapor a maiores presses e temperaturas, aumentando sua eficincia e produo de vapor;

D. Compensao reativa da potncia no sistema.

Este ltimo ser abordado no sentido de que uma aplicao conhecida entre as que os conceitos de QEE propem. Alem as melhorias citadas existem outras em fase de implantao e acompanhamento ou em fase de estudo, por isso h ainda boas expectativas de que a qualidade e eficincia da energia produzida na industria sucroalcooleira aumentem ainda mais.

1.2.1 Compensao reativa

Capacitores ou filtros de frequncia operando em um sistema eltrico funcionam como fonte de energia reativa. Sendo suprido pela potncia reativa originada pelos bancos de capacitores ou filtros, o sistema passa a demandar menor quantidade de reativo do gerador, que passa a dedicar sua gerao na maior produo de potncia ativa. Isso acontece ao fazer a correo do fator de potncia, isto , reduzindo a potncia reativa e mantendo a potncia aparente, fazendo a relao entre a potncia ativa e a aparente alcanar valores mnimos de 0,92. Nessa condio, o sistema conduzido a uma situao em que a potncia ativa acrescida.

Na figura 1 abaixo, possvel comparar trs situaes de funcionamento do gerador de um turbogerador:

Situao 1: O tringulo BOA representa um sistema sem compensao reativa, demandando a maior potncia reativa (representada pelo eixo vertical BA) do gerador. A potncia ativa P1 e a Potncia aparente S1.

Situao 2: A compensao reativa est instalada e o gerador poupado, produzindo menor potncia reativa em relao situao 1. A atual potncia aparente S2.

Situao 3: A compensao reativa est instalada e ao quantidade de potncia ativa mantida em relao situao 1. Nota-se que a quantidade de potncia reativa injetada pelo gerador reduzida, gerando um adicional de potncia ativa, representado por PL. Verifica-se, ainda, que as potncias aparentes nas situaes 1 e 3 so iguais, como comprova o arco pontilhado na figura 1.

Figura 1 Diagrama para obteno da capacidade liberada no gerador (P L).

Feita a compensao reativa do sistema, podemos ver na figura 2 como se comporta o fluxo de potncias entre a indstria e a concessionria de energia.

Figura 2 - Fluxo de potncias com Filtro de Harmnicos.

A carga C da usina (motores, por exemplo) consome potncia reativa Pc para produzir trabalho e tambm potncia reativa para magnetizao do seu campo indutor. O gerador produz potncias ativa e reativa, respectivamente Pg e Qg. F um filtro harmnico em paralelo com a carga que tem a funo tanto de injetar reativo no sistema, como de filtrar harmnicos decorrentes de aparelhos do sistema, como dispositivos de eletrnica de potncia e mitigar perturbaes como corrente transitria de chaveamento, elevaes de tenso, sobretenses e ressonncias.

No caso de produo de potncia ativa e/ou reativa excedentes, a usina o fornece para a companhia (PCIA, QCIA), a contrrio a concessionria fornece a energia faltante. E importante destacar que PCIA e QCIA devem obedecer a exigncia quanto ao fator de potncia (0,92 indutivo < FP < 0,92 capacitivo).

As equaes 1 e 2 a seguir descrevem o comportamento desse fluxo de potncia

PCIA = PG - PC (1)

QCIA = QG - QC + QF (2)

1.3 Resultados

O objetivo das melhorias era manter o valor do F.P acima de 0,92, para que se pudesse gerar mais potncia ativa. No estudo de caso o sistema tem a seguinte descrio:

- A planta est ligada rede atravs de uma subestao 138kV/13.8 kV;

- composto de dois geradores G1 e G2 (potencias nominais respectivas: 50 MVA e 5 MVA);

- Planta industrial demanda cerca de 12MW e o excedente exportado (vendido);

- Quatro motores de induo em 13,8 kV de potncias distintas;

- Instalao de filtros 11,05 Mvar.

Os resultados obtidos esto resumidos nas tabelas I, II e III que representam os seguintes casos

Caso 1 condio inicial sem compensao reativa e com os geradores trabalhando com fator de potncia igual a 0,9;

Caso 2 com compensao reativa e geradores aliviados (menor potncia aparente);

Caso 3 com compensao reativa e mantendo os geradores com a mesma potncia

Admitindo que o preo mdio de venda da energia eltrica seja de R$ 140,00 por megawatt/hora. Sabendo que a usina trabalha 24 horas por dia e todos os dias da semana, em mdia, o aumento da energia exportada concessionria de 2.836,8 MWh/ms. Deste modo, o tempo do retorno do investimento estimado, considerando os custos de equipamentos e servios, entre 4 e 6 meses.

Caso 2: Indstria do gs natural na Bahia

O gs natural uma alternativa de combustvel menos poluente, uma vez que este combustvel possui uma queima completa com baixa emisso de gases de efeito estufa.

Na industria utilizado como combustvel na gerao de energia trmica, como matria prima para a indstria petroqumica e como redutor siderrgico na obteno do ao. No setor de transportes, o gs utilizado em veculos com motores de combusto interna sendo um concorrente direto da gasolina, do lcool e do leo diesel no mercado nacional.

O gs natural (GN) vem aumentando sua expressividade na economia brasileira, portanto a QEE associada a sua infraestrutura e equipamentos de extrema importncia. O transporte do gs das unidades de produo at o consumidor final realizado por compressores movidos, em sua grande maioria, por motores assncronos. Diante de uma falta na rede, esses motores param e implicando na falta de GN com perda de produo no setor industrial e desabastecimento para o setor de transporte e em grandes prejuzos.

Portanto a continuidade do fornecimento de energia nesse processo vital

2.1 Cadeia produtiva do GN

A indstria do GN possui uma grande infraestrutura para o escoamento da produo at o consumidor final, incluindo tubulaes de ao carbono at motores de induo trifsicos (assncronos) para acionamento dos compressores de gs e bombas. A figura 3 abaixo ilustra essa infraestrutura associada produo e ao escoamento do GN. A corrente de gs atravs das tubulaes regulamentada pela Agncia Nacional de Petrleo, Gs Natural e Biocombustveis (ANP)

Figura 3 - Representao simplificada da cadeia produtiva do gs natural

2.2 A importncia dos motores de induo trifsica (assncronos) na indstria do gs

A principal vil do sistema de abastecimento de GN so as Variaes de Tenso de Longa Durao (VTLDs) sobretenses, subtenses e interrupes de tenso com durao maior que 3 minutos -, pois diante delas os motores param, podendo levar a parada total dos motores, o que pode implicar na a sada de operao das unidades de processamento de gs natural (UPGN) e ou a parada dos compressores nas estaes de compresso (E.COMP). 23% do total da energia consumida no Brasil abastece motores assncronos e 92% a 98% das falhas destes equipamentos decorrem de problemas ligados a m qualidade da energia eltrica. Assim, perde-se as especificaes padro da corrente de gs e queda na presso de transporte.

Tudo isso pode provocar o aumento da quantidade de metano no GN, tonando-o intil para o abastecimento de veculos, pois sua utilizao seria perigosa. J a queda de presso impacta os processos industriais pois exigem altos nveis de presso.

A tarifa do gs natural no Brasil varia de um estado para outro, por isso o estudo de caso analisado s se aplica ao estado da Bahia, e alm disso a tarifa sofre variaes levando em conta o volume contratado pelo cliente.

2.3 Expresses financeiras da queda de tenso na subestao de Colina e Imperatriz BA

A distribuidora de gs natural da Bahia, no momento da queda de tenso, relatou que os dez maiores consumidores do seguimento industrial tiveram o fornecimento de gs interrompido, deixando de ser comercializado um volume de 2.760.000m3.

A interrupo do fornecimento teve durao aproximada de 3h, indicando uma perda financeira de aproximadamente R$ 7.174.455,00. Isto, levando em considerao apenas para o tempo de tenso zerada, ignorando o tempo a repressurizao dos dutos e o tempo de retorno das fbricas a sua operao normal, que varia de uma para a outra.

A Tabela II mostra a volume mdio de cada cliente no momento da queda de tenso, a tarifa estabelecida pela agencia reguladora do estado da Bahia, a perda por hora e a perda total por cliente.

A anlise das perdas com o setor de transporte no estado da Bahia no foram significativas devido ao horrio da queda de tenso, 23h, este um horrio fora do pico deste seguimento.

CONCLUSO

Foi possvel perceber que diversos ramos produtivos em uma economia podem ser beneficiados pelas aplicaes da QEE, neste trabalho foram mostrados alguns deles, que haviam sido abordados em estudos de caso de artigos do congresso CBQEE, na sua edio de 2013 e que esto citados nas referncias bibliogrficas que so encontradas a seguir. Esses estudos de caso serviram para nos mostrar que os caminhos da QEE so sempre desejveis e amplamente benficos quando as solues por eles proporcionadas so provenientes de estudos cuidadosos e de proposies de medidas solucionadoras efetivas e viveis.

Expostos a esses casos explorados aqui, somos incentivados a pensar que vrios novos ramos poderiam ser beneficiados pelas aplicaes da QEE. Somados todos os benefcios que a QEE pode proporcionar na economia de um pas, podemos dizer que muitas perdas seriam evitadas, podendo esses recursos salvos ser reinvestidos para melhorias funcionais dos variados processos influenciados, dinamizando ainda mais a economia e alcanando um patamar otimizado daqueles, o que acaba por se tornar um bem geral.

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

[1] CONGRESSO BRASILEIRO DE QUALIDADE DE ENERGIA ELETRICA, 2013. XII CBQEE: Aumento da Venda de Energia em Indstria Sucroalcooleira atravs da Compensao Reativa das Cargas: Estudo de Caso.

[2] CONGRESSO BRASILEIRO DE QUALIDADE DE ENERGIA ELETRICA, 2013. XII CBQEE: Anlise Econmica das VTLDS em MITS do Ponto de Vista das Companhias Estaduais de Distribuio de Gs Natural.