consumo, geração e a modernização do sistema...

Marcelo Lobo Heldwein, Dr. Sc. <[email protected]>

Consumo, geração e a

modernização do sistema elétrico Eletrônica de Potência para

Redes Ativas de Distribuição

Cenário da economia (Brasil)

2 EPE, “Plano decenal de expansão de energia elétrica 2008-2017,” 2010.

3 INEP

Cenário da economia

3 EPE, “Caracterização do Cenário Macroeconômico no horizonte decenal (2010-2019),” 2010.

Projeção de domicílios


Aumento da capacidade industrial


Price et al., 2006.

Consumo de EE na indústria (mundo)

— Energy consumption (1973)

— Energy consumption (2005) = 1.67 En(1973)

International Energy Agency, 2007.


51,3

2,4

46,3 Industry

Transport

Other sectors

41,2

1,7

57,1

Industry

Transport

Other sectors

41,2

1,7

57,1

Industry

Transport

Other sectors

— Industry electric energy consumption (2009)

Frohn & Meyer, 2009.


23

2220

8

6

64

11

Iron and steel

Chemical / petroch.

Machinery

Transportation

Paper and pulp

Minerals

Food industry

Others

Drives, heating

Heating, drives, DC

Drives

Drives

Steam gen., heating, drives

Drives

Steam gen., heat-/cool-ing

Lighting, heat-/cool-ing, drives

— Implicações

• Aumento de perdas na transmissão/distribuição

• Necessidade de aumento da geração

Aumento da demanda

0

100

200

300

400

500

600

700

2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Con

sum

o −B

rasi

l[GWh]

Outros Comercial Residencial Industrial

Fonte: EPE, “Plano decenal de expansão de energia elétrica 2008-2017,” 2008. 12

— Electric energy consumption growth

EPE, “Plano decenal de expansão de energia elétrica 2008-2017,” 2008.

Electric energy consumption (Brazil)

0%1%2%3%4%5%6%

Electric energy consumption average growth

Total Industry

Previsão de aumento no consumo

14 EPE, “Plano decenal de expansão de energia elétrica 2020,” 2011.

112.690

193.437

74.102 61.210

166.888

283.707

123.788

84.709

0

50.000

100.000

150.000

200.000

250.000

300.000

Residencial Industrial Comercial Outros

Consumo de eletricidade na rede por classe (GWh)

2011

2020

2011: 441.44 GWh

2020: + 218 GWh

Geração de energia elétrica (mundo)

IEA, “Key World Energy Statistics,” 2010.

Acréscimo na geração hidrelétrica


Acréscimo na geração térmoelétrica


Participação de fontes


Perdas no sistema elétrico brasileiro


Perdas no sistema elétrico brasileiro


16,7

18,4

16,4

12,8

16,1

18,8

17,2

15,2

11,7

15,4

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

N NE SE/CO S SIN

Perdas (%) 2011

2020

2011: > 71 GWh

2020: > 101 GWh

Energia armazenável máxima vs. carga


Expansões previstas


Expansões previstas

23 Energy Information Administration. “International energy outlook 2009,” 2009.

Risco de déficit


TUST de geração


TUST de carga


Aumento médio da tarifa de energia no Brasil entre 2003 e 2009: 56%

Emissões de GEE para geração de energia


Geração de energia desejável (cenário C1)

28 Nebojsa Nakicenovic, “Energy Scenarios for Sustainable Development ,” 2002.

Geração de CO2

29 Nebojsa Nakicenovic, “Energy Scenarios for Sustainable Development ,” 2002.

Impactos na temperatura

30 IPCC.

Impactos de tecnologias de geração

31 IEA, “Energy Technology Perspectives 2010,” 2010.

32 INEP32

33 INEP33

Geração de CO2 sob o cenário “Blue map”


Como atingir o “Blue map”?


36 INEP

Interligações do SIN


37 INEP

Interligações do SIN


— Geração + armazenamento afastados do consumo

— Fluxo unidirecional

• Geração => consumo

• Sistemas de proteção e medição não toleram geração

distribuída

— Grandes perdas na transmissão

— Falhas nas linhas reduzem confiabilidade

— Equipamentos antigos (“não-inteligentes”)

Infraestrutura atual do sistema elétrico

38

— Melhoria da eficiência energética

— Integração de geração distribuída

— Aumento da confiabilidade do sistema

— Reduzir custos

— Redução de picos de demanda

Por que modernizar o sistema elétrico?

39

40 INEP

Integração de fontes alternativas

40 EU Comssion – Community research, “Towards Smart Power Networks,” 2005.

41 INEP

Expansão de fontes alternativas


— Tendências

• Integração de controles e funções “inteligentes”

• Aumento de processamento eletrônico

• Necessidade de melhoria de eficiência energética

Consumo de eletricidade

Fonte: http://www.advantech.com/solutions/eHome/images/Scenario-chart.jpg 42

— Utilização de TIC (muita!)

— Aumento de controles no sistema

— Otimização dinâmica de operações

— Integração de fontes renováveis

— Aumento de controles “smart” no consumo

— Utilização de técnicas de redução de pico

— Fornecimento de dados para usuários

O que é o “Smart Grid”?

43


44 EPRI, “Smart Grid Demonstrations Integrating Large Scale Distributed Energy Resources,” 2009.


45 EPRI América Latina, “Rêdes inteligentes: Desafios e Realidades,” 2009.

— Palavras-chave: REDES BIDIRECIONAIS

— Conceito:

• rede de energia bidirecional

(fontes/armazenamento/cargas) + rede de

comunicação bidirecional

(sensores/comunicação/processamento de informação)

— É mais do que tele-medição eletrônica

— Rede de comunicação do tipo peer-to-peer

— Necessidade de interoperabilidade (“sistema

operacional comum”)

Smart grid

46

47 INEP

Diferentes tipos de modernização do sistema

– Existem diferentes

nomes para os Smart

Grids

– Objetivos são parecidos

47

Smart grid

48 NIST, “The NIST Smart Grid Interoperability Framework and the Role of CIM,” 2009.

Desafios para TIC em um Smart Grid

49 S. Suryanarayanan and E. Kyriakides, “, Cyber-enabled smart electric distribution systems,” 2010.

Desafios para a eletrônica de potência em um Smart Grid

50 EU Comssion – Community research, “Towards Smart Power Networks,” 2005.

— Impactos em sustentabilidade:

• Microgerenciamento de cargas

• Macrogerenciamento de operadores do sistema

• Integração de fontes renováveis

• Equipamentos elétricos mais inteligentes

• Transportes podem ser integrados

Smart grid é “verde”?

51

Impacto do Smart grid para o “Blue map”


— Requisitos técnicos para operação com qualidade e

segurança

— Serviços

• controle de freqüência

• reserva de potência

• reserva de prontidão

• suporte de reativos

• auto-restabelecimento (black-start)

Smart grid e Serviços ancilares

53

— MME instituiu uma equipe para avaliar (ANEEL, EPE,

CEPEL, ONS)

— Ainda não há direções claras traçadas

— Empresas do setor elétrico estão estudando

— Iniciativas mais relevantes: CEMIG, Eletrobrás, COPEL

— Áreas:

• Automação

• Telecom

• Chaveamento automático

• Medição eletrônica

• Integração de geração distribuída

— ANEEL quer trocar 60 mi de medidores por

eletrônicos (início provável: 2012)

Situação no Brasil da “Smart Grid”

54

55 INEP

“Smart Grid” vs “Microgrids”

– Sistema de energia

– Geração distribuída

– Armazenamento

– Comunicação

– Ilhamento ou conectado

Fonte: http://mendocoastcurrent.files.wordpress.com/2009/07/smartgrid-graphic.jpg 55

56 INEP

A mudança para redes ativas

— A modernização do sistema elétrico, passando pela

integração de fontes renováveis distribuídas, além de

reduzir a energia a ser produzida em grandes usinas,

pode trazer mais controlabilidade e flexibilidade ao

sistema

— As redes de distribuição, no entanto, não poderão ser

mais passivas e seu controle deverá, da mesma forma,

ser ativo e distribuído

— A estabilidade do sistema não estará, então, somente

com os operadores do sistema, mas também nas

unidades de geração distribuída. Contudo, os

operadores deverão também apresentar estratégias

de colaboração para a melhoria dinâmica

56

Futuro (?)

57 EU Comission, “European Technology Platform SmartGrids,” 2006.

Futuro (?)

58 J. Svensson, “Active Distributed Power Systems Functional Structures for Real-Time Operation of Sustainable Energy Systems,” 2006.

— Em grupos:

• Grupo 1: consumo

• Grupo II: distribuição

• Grupo III: transmissão

— Criar um diagrama de blocos com as partes do

sistema incluindo todos os componentes necessários

para atender os objetivos do Smart Grid (slide 41)

— Indicar redes de energia e de comunicação

— Trocar de área com outro grupo

— Analisar o que o outro grupo fez e propor melhorias

sem comunicação entre os grupos

— Trocar novamente de material, analisar e propor novas

mudanças

— Trazer quinta-feira para discussão na sala

Tarefa

59

consumo, geração e a modernização do sistema...

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