Sumário

• I - Introdução – alguns aspectos básicos do cenário atual da sustentabilidade energética aplicáveis ao tema

• II - A Confiabilidade do Suprimento da Energia Elétrica, em seus aspectos de Adequação e Segurança

• III - Rede inteligente ("Smart Grid") e Energia inteligente ("Smart Power")

• IV - Sistema Elétrico do Futuro, Novos Paradigmas e Características, Principais Desafios

• V - Geração Distribuída, Sistemas de Armazenamento e Novos Equipamentos de Usos Finais

• VI - Principais Ações para pavimentar adequadamente o caminho para o futuro.

I Introdução – alguns aspectos básicos do

cenário atual da sustentabilidade energética aplicáveis ao tema

Desenvolvimento Sustentável: modelo de desenvolvimento que satisfaz as necessidades das gerações presentes sem afetar a capacidade de gerações futuras de também satisfazer suas próprias necessidades (Our Common Future, 1987).

TÓPICOS A SEREM RESSALTADOS

Décadas em busca de modelo e prática

do desenvolvimento sustentável – idas e vindas;

Um cenário complexo de forças e pressões – necessidade de

modificações significativas no modelo presente e adequação

da organização institucional;

Necessidade de visão crítica integrada da organização da

sociedade humana;

Realce dos problemas de caráter ambiental, social e político;

TÓPICOS A SEREM RESSALTADOS

Equidade – conceito fundamental para a sustentabilidade

como um todo;

Evolução pouco significante ao longo do tempo;

Embora possam ser reconhecidos alguns avanços, no geral a

situação tem piorado, aumentando as dificuldades que não se

relacionam apenas com a implantação de um novo modelo,

mas também com a frenagem da inércia do modelo atual.

O modelo de desenvolvimento sustentável:

deve contribuir para superar os atuais problemas;

deve buscar garantir a sobrevivência da própria vida por meio da

proteção e manutenção dos sistemas naturais que a possibilitam;

vem requerer profundas mudanças nos atuais sistemas de

produção, organização da sociedade humana e de utilização de

recursos naturais essenciais à vida no planeta.

BASICAMENTE,

a implantação de uma ESTRATÉGIA DE DESENVOLVIMENTO,

BASEADA NA SUSTENTABILIDADE, deve considerar um

paradigma que englobe DIMENSÕES POLÍTICAS, ECONÔMICAS,

SOCIAIS, TECNOLÓGICAS E AMBIENTAIS, e que sirva como base

para a procura de SOLUÇÕES DE CARÁTER AMPLO para o

desenvolvimento das populações mundiais.

• Diminuição do uso de combustíveis fósseis (carvão, derivados do petróleo, gás natural, por exemplo) e aumentar uso de tecnologias e recursos renováveis;

• Aumento da eficiência do setor energético como um todo, desde a produção até o consumo;

• Adequação do setor produtivo como um todo para aumentar eficiência no uso de combustíveis, sistemas de transporte e materiais;

Neste contexto: soluções energéticas propostas

como orientadas ao Desenvolvimento Sustentável

• Incentivos ao desenvolvimento tecnológico do setor energético na busca de tecnologias ambientalmente mais adequadas e benéficas;

• Orientação das políticas energéticas para soluções mais eficientes e ambientalmente benéficas;

• Uso de combustíveis menos poluentes

Neste contexto: soluções energéticas propostas

como orientadas ao Desenvolvimento Sustentável

• Fazer os mercados atuarem melhor no sentido de incentivar a

sustentabilidade;

• Complementar a reestruturação do setor energético com regulações

que encorajem a energia sustentável;

• Mobilizar investimentos adicionais em energia sustentável;

• Encorajar inovação tecnológica;

• Dar suporte à lideranças tecnológicas e capacitação nos países em

desenvolvimento;

• Encorajar mais cooperação internacional .

Neste contexto: políticas energéticas propostas como

orientadas ao Desenvolvimento Sustentável

II

A Confiabilidade do Suprimento da Energia Elétrica, em seus aspectos de Adequação e

Segurança

Confiabilidade do sistema de suprimento de energia elétrica

No transporte de energia em condições de regime permanente

ADEQUAÇÃO (DISPONIBILIDADE)

Na operação do sistema em condições transitórias

SEGURANÇA

Confiabilidade do suprimento em seus aspectos de

adequação e segurança

• Desafios: Garantir níveis adequados de

disponibilidade e de segurança do sistema

como um todo

• Requisitos: Atender padrões operativos

consistentes com características dos

subsistemas, equipamentos, componentes e

diferentes tipos de consumidores

Confiabilidade do suprimento em seus aspectos de

adequação e segurança

Confiabilidade

• Relação da Disponibilidade com racionamento

• Relação da Segurança com “apagão”(blackout)

Confiabilidade do suprimento em seus aspectos de

adequação e segurança

• Integração da Inteligência do Sistema Elétrico Interligado para aumento da SEGURANÇA

• Ações automáticas de controle e seu impacto no despacho, alocação de reservas e SEGURANÇA do

sistema

III

Rede inteligente ("Smart Grid") e Energia inteligente ("Smart Power")

18

DEFINIÇÃO

• Smart grid: A nickname for the utility power distribution grid enabled with computer technology and two-way digital communications networking.

• The term encompasses the ever widening palatte of utility applications that enhance and automate the monitoring and control of electrical distribution networks for added reliability, efficiency and cost effective operations.

(http://www.smartgridtoday.com/public/department40.cfm)

19

SMART GRID

20

MOTIVAÇÃO MUNDIAL – SMART GRID

21

NECESSIDADES DAS REDES ATUAIS

22

FUNCIONALIDADES

23 The Smart Grid: An Introduction DOE

Evolução Histórica Energia Elétrica e Telecomunicação

24

Evolução das Redes Elétricas

25

European Smart Grids Technology

Plataform

European Comision

26

European Smart Grids Technology

Plataform

European Comision

27

Modelo Conceitual de Smart Grid

28

29

30

31

32

33

34

35

Algumas Aplicações Potenciais

37

Integração – Energia, Água e Gás

38

Desagregação de Carga

http://www.enetics.com/prod-LDS1070.html

39

40

Medição com concentrador no Poste

41

O sistema elétrico como integrador de quatro

infraestruturas dinâmicas

Daí, a conceituação de Energia Inteligente (“Smart Power”)

Referência Básica

“Smart Power - Climate Change, the Smart Grid and the Future of Electric Utilities”, de Peter Fox-Penner

Island Press, Washington DC, USA, 2010

IV Sistema Elétrico do Futuro, Novos Paradigmas e

Características, Principais Desafios

Breve Introdução

A área de suprimento de energia, além da produção ou geração, envolve o transporte das diferentes formas de energia ou recursos naturais energéticos aos locais onde os mesmos podem ser convertidos em serviços úteis (como, por exemplo, eletricidade, calor) e, quando possível, armazenados para atender prontamente a demanda.

Este sistema de transporte pode afetar a produção de gases do efeito estufa por diversos motivos, como, por exemplo, vazamentos ou perdas, que vão resultar na necessidade de maior produção de energia para atender ao mesmo consumo.

Nos países onde predomina a utilização de combustíveis fósseis, isto se reflete de forma praticamente direta na emissão de gases do efeito estufa. Como também ainda ocorre no Brasil, em grande parcela, por exemplo, no setor de transportes.

No Brasil....

,no entanto, a energia elétrica apresenta apenas uma pequena participação como fonte de poluição atmosférica, uma vez que a geração de eletricidade utiliza, em sua grande maioria recursos renováveis, principalmente os hídricos, em usinas hidrelétricas.

Hidrelétricas podem apresentar diversos tipos de problemas sociais e ambientais significativos, mas emitem muito pouca quantidade de gases do efeito estufa, a menos de alguns casos específicos de emissão de metano devido à grande quantidade de vegetação afogada em reservatórios das usinas.

Uma relação mais direta entre a geração elétrica e a poluição atmosférica no Brasil se dá nas situações em que se utiliza geração termelétrica a partir de certos combustíveis fósseis, que, no sistema brasileiro interligado representa pequena parcela da energia suprida e é utilizada em situações específicas, incluindo aí o atendimento aos sistemas isolados (principalmente por meio da geração Diesel).

No Brasil, os gases do efeito estufa se devem muito mais às queimadas, ao setor de transportes, à utilização de combustíveis fósseis na indústria, do que à geração de energia elétrica. Menores impactos, obviamente, causam os sistemas de transmissão e distribuição de energia. Mas, mesmos estes apresentam potencial para redução dos gases do efeito estufa, como se mostra a seguir.

No caso específico do sistema elétrico brasileiro, aqui enfocado, redes de transmissão e distribuição incluem, basicamente: • Um grande sistema interligado, formado por longas linhas de transmissão de grande porte, que permitem o escoamento da eletricidade dos grandes projetos de geração, em geral hidrelétricos, distantes dos centros de consumo e por linhas menores e com menor capacidade formando sistemas malhados mais próximos aos grandes centros consumidores. De forma simplificada, pode-se descrever que os sistemas malhados recebem a energia transportada pelas grandes linhas e a integram com fontes de geração menores e mais próximas à carga, chegando até o consumidor via sistemas de distribuição. Neste sistema interligado predomina a geração hidrelétrica, renovável.

• Sistemas isolados de energia elétrica, com característica local, e que não estão conectados às redes interligadas. Nestes, cuja grande maioria se encontra na região norte do país, (ainda) predomina a geração termelétrica a Diesel. Sua participação no consumo global, no entanto, é bastante reduzida.

Com relação aos sistemas de transmissão e distribuição, cumpre salientar que boa parte deles, devido ao envelhecimento dos equipamentos, à congestão da rede e a demandas extremas de carga de pico têm apresentado, ao longo do tempo, aumento das perdas e perda de confiabilidade, justificando ações de revitalização, assim como de modernização, para incorporar avanços tecnológicos. Incluindo os avanços aplicáveis às redes e os disponíveis do lado do consumo, com objetivos principais de diminuir as perdas e aumentar a confiabilidade (disponibilidade e segurança), e também incorporar maior grau de tecnologia de informação e controles e integrar sistemas energéticos com baixas emissões.

Isto deve resultar também em maior flexibilidade de controle de sistemas locais, melhor desempenho do sistema como um todo, melhor utilização de recursos energéticos, principalmente dos renováveis ----------------- SMART POWER

Neste contexto, existem diversas tecnologias e procedimentos operacionais que podem ser utilizados para os fins acima apresentados.

No cenário tecnológico e operacional da transmissão e da distribuição, pode se distinguir tecnologias e procedimentos que, ou já se encontram inseridos tradicionalmente no setor elétrico (mas podem ser aperfeiçoados), ou estão disponíveis para aplicação imediata e em curto prazo, ou ainda em fase de aperfeiçoamento para aplicação comercial ainda um pouco distante no tempo.

Neste conjunto, se ressaltam: políticas e programas de eficiência energética e combate ao desperdício; desenvolvimento adequado de interconexões elétricas; hidrelétricas operando com rotação variável; sistemas de controle eletrônicos, da família FACTS; sistemas em corrente contínua de alta tensão CCAT, multiterminais, redes supranacionais; complementação energética (por termelétricas e centrais eólicas, por exemplo); sistemas energéticos descentralizados e geração distribuída; sistemas avançados de armazenamento.

Que apresentam diversas perspectivas favoráveis de uso para resolver os problemas citados, principalmente quando utilizando os grandes avanços da tecnologia de informação (TI) e da automação, dentro dos conceitos de Smart Grid e Smart Power.

Uma visão sucinta destas tecnologias e procedimentos e o cenário potencial de aplicação

das mesmas ao sistema elétrico brasileiro é apresentada a seguir.

Políticas e programas de eficiência energética e combate ao desperdício

São políticas e programas de incentivo à eficiência energética e combate ao desperdício de energia enfocando toda a cadeia da eletricidade, geração, transmissão, distribuição e consumo.

No lado do consumo, apresentam maior potencial, pois a redução do consumo impacta toda a cadeia, desde a geração, e envolve possibilidades de ganhos não só devidos a ações e avanços tecnológicos (ganhos que predominam na geração, transmissão e distribuição), como também devidos a mudanças de hábitos dos consumidores, algo, no entanto mais complexo e desafiador.

No Brasil há políticas e programas de eficiência energética e combate ao desperdício em andamento, mas ainda há muitas barreiras e desafios que dificultam sua plena implantação.

Há ainda um problema de grandes dimensões e difícil solução, para solução do qual, muitas ações tem sido tentadas, com diferentes graus de sucesso: as perdas comerciais, associadas à retirada clandestina da energia das redes, os popularmente denominados “gatos”.

A introdução das Redes Inteligentes (Smart Grid) pode colaborar sensivelmente para o encaminhamento da solução deste problema.

Interconexões Elétricas

Interconexões elétricas representam um meio eficiente de melhorar o desempenho de sistemas de geração renovável uma vez que permitem uma operação integrada objetivando o melhor uso dos recursos disponíveis. O sistema elétrico interconectado tem sido a razão do bom desempenho do sistema de potências no Brasil. Suas linhas de grande comprimento e os sistemas malhados interligam usinas hidrelétricas das diversas bacias hidrográficas do país, algumas apresentando sensíveis diferenças de comportamento sazonal, e permitem o melhor uso energético da água.

Nesses casos, as interconexões podem ser consideradas uma espécie de “vias de água”, por permitirem operação dos reservatórios de maneira integrada.

A determinação do cronograma de operação não é tarefa simples e demanda uma complexa análise que implica diversos cálculos, estudos, simulações e também a participação de todas as empresas envolvidas na geração e transmissão. No sistema interligado brasileiro isto é gerenciado pelo ONS.

É importante ressaltar, no entanto, uma conexão cada vez mais forte desta operação interligada (assim como do dimensionamento de novas hidrelétricas) com as mudanças climáticas. Não no sentido de influenciar tais mudanças, mas no sentido de ser largamente afetada pelas mudanças, que tem modificado significativamente o desempenho histórico das vazões das bacias nos últimos tempos.

Geração hidrelétrica com velocidade ajustável

As tecnologias que permitem o desenvolvimento de hidrelétricas capazes de operar com rotação ajustável são promissoras para aplicação em situações específicas. Seu uso foi e tem sido estudado no Brasil e já é realidade em alguns projetos em outros países. Esse tipo de geração baseia-se no uso de equipamentos eletrônicos pertencentes à família dos FACTS (“Flexible AC Transmission Systems” – Sistemas Flexíveis de Transmissão de Corrente Alternada) que, neste caso, permitem o desacoplamento entre a velocidade do sistema de geração e a freqüência do sistema elétrico, proporcionando às turbinas operarem em velocidades diferentes. Duas tecnologias são disponíveis: a de conexão unitária em CCAT (Corrente Contínua em Alta Tensão) e a de ciclo – conversores.

Essas tecnologias permitem o ajuste da velocidade das turbinas de acordo com as situações de vazão e da altura útil da usina, possibilitando a operação do conjunto no seu ponto ótimo de eficiência. Estudos de simulação no Brasil demonstraram a possibilidade de ganhos consideráveis, tanto maiores quanto mais altas forem as variações da altura útil durante a operação das usinas. Avaliações efetuadas para transmissão de grandes blocos de energia da Bacia Amazônica para longas distâncias demonstraram que, associado à alternativa de transmissão CCAT, o uso da conexão unitária pode resultar em reduções entre 25 e 30% nos custos da estação retificadora e em ganhos energéticos em torno de 0,4% em cada ano.

Sistemas de controle eletrônicos, da família FACTS

“Flexible AC Transmission Systems”

Baseia-se no uso mais extensivo e adequado de equipamentos eletrônicos pertencentes à família dos FACTS (“Flexible AC Transmission Systems” – Sistemas Flexíveis de Transmissão de Corrente Alternada) que permitem, por exemplo, comando simples à distância (com fácil inserção nos sistemas SMART); controle mais rápido da potência reativa; controle independente de potência ativa (de sistemas armazenadores, por exemplo) e de potência reativa.

A utilização destes equipamentos, integrados às Redes Inteligentes (Smart Grids), em dimensões e locais adequados do sistema elétrico, resultará em mudança de paradigmas de planejamento e operação, com grande impacto no aumento da confiabilidade, em seus aspectos de Disponibilidade e Segurança.

Sistemas em corrente contínua de alta tensão CCAT, multiterminais, redes supranacionais

• Transmissão em CC 800 kV: importante no contexto das tecnologias não convencionais para transmissão a distâncias muito longas; grande experiência em tensões até 600 kV; projetos em 800 kV já visualizados há algumas décadas, contando hoje com projetos em desenvolvimento ou em fase inicial de operação, principalmente por razões econômicas e ambientais.

• Sistemas Multiterminais: visam integração regional e formação de malhas em CC, levando à maior confiabilidade e melhor desempenho operacional do sistema elétrico como um todo.

• Redes supranacionais: utilizando tais tecnologias

Transmissão em CC 800 kV

Cenário Atual

Diversos estudos de planejamento e projetos (já operando e em andamento) na China, na Índia, na África e no Brasil; Valores típicos: potência de 6000 MW e distâncias de 2000 km a 3000 km.

Transmissão CC em 800 kV – China

Além da hidrelétrica de Três Gargantas, há outras sendo desenvolvidas no oeste do país, como no rio Jinsha, distantes de 1000 km a 2000 km dos centros de carga.

Uma linha CC em 800 kV e cerca de 1500 km entrou recentemente em operação, conectando Yunnan a Guangdong.

Possíveis projetos em 800 kV CC na China

Planos para rede futura em 800 kV CC na China

China - Linha CC em 800 kV e cerca de 1500 km, que entrou em operação ao final de 2009, conectando

Yunnan a Guangdong.

Transmissão CC em 800 kV – Índia

• A Índia, que anunciou a adoção dos sistemas CC em 800 kV no ano de 2006, tem em andamento um projeto para transportar 6000 MW de hidrelétricas na bacia do rio Bramaputra no nordeste do país para consumo em Agra, no sul.

Transmissão CC em 800 kV – Índia

Transmissão CC em 800 kV – África e África/Europa

Na África há grandes perspectivas associadas ao aproveitamento do grande potencial hidrelétrico da bacia do Rio Congo perto de Inga, para alimentar diversos países africanos, em especial, o grande mercado da África do Sul (WESTCOR – WestCorridor).

Outro projeto, voltado ao aproveitamento de fontes renováveis no norte da África e no Oriente Médio para se integrar a uma grande rede envolvendo a Europa, também pode ser citado (DESERTEC).

Transmissão CC em 800 kV – Africa e Africa/Europa

Transmissão CC em 800 kV - Brasil

O uso de tensão CC em 800 kV está sendo seriamente considerado para a transmissão de energia de outras hidrelétricas na Amazônia para os centros de carga no Sudeste e Nordeste do país.

A possível evolução deste sistema para a configuração de multiterminais também está sendo considerada.

Transmissão CC em 800 kV - Brasil

Sistemas CC Multiterminais

Os conceitos relacionados com a aplicação dos sistemas multiterminais têm sido desenvolvidos com base em idéias originalmente elaboradas em 1963. Primeiros esquemas multiterminais aplicados nos projetos Sardenha-Córsega – Itália (SACOI) e New England-Hydro Quebec.

Perspectivas de aplicação: China, India, Brasil e Africa/Europa

Ligação Sardenha-Córsega- Itália (SACOI) – 1987

200 MW e 200 kV (monopolar) Três conversoras: San Dalmazio/Suvereto (200MW, Ansaldo-GE); Lucciana

(50MW, CGEE-Alsthom); Condrogianos (200MW, Ansaldo-GE)

Ligação Québec-New England 2250 MW

Foi concebida com cinco estações conversoras; Entrou em operação em 1992, com três conversoras, como continua até hoje.

Tensão CC 450 kV e 1480 km

Conversoras: Radisson (2250 MW, 500 kV CC, 315 kV AC); Nicolet (2138 MW, 475 kV CC, 230 kV AC); Sandy Pond (2000 MW, 450 kV CC, 345 kV AC)

Mapa com localização do sistema

Estação Conversora em Radisson

Ligação Québec-New England 2250 MW

Estação Conversora

em Nicolet

Sala de válvulas na Estação

Conversora em Sandy Pond

Ligação Québec-New England 2250 MW

Redes Supranacionais – um exemplo – África/Europa

Complementação energética (por termelétricas e

centrais eólicas, por exemplo)

Resumidamente, pode ser definida como o aproveitamento adequado de características de certos recursos energéticos para gerar energia durante o período de baixas vazões ou de seca, de forma a complementar a energia hidrelétrica. No Brasil pode ser citada a geração termelétrica a partir do bagaço de cana no Estado de São Paulo no período de safra (março a novembro) que coincide com a diminuição da vazão nas bacias hídricas locais, assim como a geração de energia eólica na região Nordeste do Brasil, onde o regime de ventos é complementar ao regime de vazões do Rio São Francisco, principalmente. No caso da geração termelétrica, é importante enfatizar o uso de sistemas com co-geração, que irão garantir o uso eficiente da energia da biomassa, no caso.

Sistemas energéticos descentralizados e

geração distribuída

Sistemas de energia descentralizada ou (distribuída), próximos aos consumidores, são usualmente formados por instalações de pequeno ou médio porte voltadas a fornecer serviços energéticos múltiplos. Em diversos países, estes sistemas, que podem ser denominados sistemas de “poli-geração”, já se encontram em operação comercial, tanto em mercados densamente povoados que requerem confiabilidade de suprimento e gerenciamento do pico da carga, assim como em sistemas rurais com altos custos de conexão à rede e fontes renováveis locais abundantes, na forma de minirredes.

Neste contexto da poli geração, conjuntos Diesel também podem ser considerados como opção, mas sua utilização deve ser preferencialmente minimizada, sempre que possível, por causa de sua emissão de gases de efeito estufa.

Os sistemas de energia descentralizada apresentam algumas vantagens importantes, tais como a redução de custos de transmissão (custos evitados); maior rapidez de implantação; redução das perdas totais da rede. Podem ser usados para garantir maior confiabilidade em áreas industriais e sistemas de gerenciamento de dados e uso da tecnologia de informação (bancos, cartões crédito, por exemplo) nos quais a perda de suprimento pode resultar em significativas perdas econômicas; apresentam a vantagem de estarem mais próximos do local da demanda, no caso de sistemas de aquecimento e refrigeração; resultam na melhor utilização de geração a partir das fontes renováveis, eólicas, solares, biomassa.

Há, no entanto, algumas questões importantes associadas à sua aplicação, que devem ser devidamente consideradas, tais como, custos adicionais, limitações de potência, confiabilidade.

A Geração Distribuída é tratada mais especificamente no próximo item do minicurso.

São tratados mais especificamente no próximo item do minicurso.

Sistemas avançados de armazenamento

V

Geração Distribuída, Sistemas de Armazenamento e Novos Equipamentos de

Usos Finais

Há uma forte tendência de crescimento da aplicação dos sistemas de energia descentralizada, principalmente por meio da denominada geração distribuída.

A expressão geração distribuída vem sendo utilizada para designar os projetos de geração de pequeno porte, conectados de forma dispersa à rede elétrica, usualmente ao sistema de distribuição. Embora haja diversas tentativas de definição, em uma concepção mais ampla, geração distribuída refere-se à geração não despachada de forma centralizada, usualmente conectada aos sistemas de distribuição e menores que 50-100 MW.

Diversas tecnologias de geração e armazenamento anteriormente disponíveis, ou desenvolvidas recentemente, podem ser visualizadas para este tipo de aplicação, que deverá ter um impacto significativo no desempenho dos sistemas elétricos.

A geração distribuída é uma tendência associada a pequenos projetos de geração e co-geração. Os motores a gás, as pequenas turbinas a gás, mini turbinas a gás, sistemas de ciclos combinados, células a combustível, sistemas eólicos, pequenas usinas hidrelétricas (assim como mini hidrelétricas), usinas solares fotovoltaicas, sistemas termossolares, utilização de diferentes combustíveis, motores Stirling estão se tornando cada vez mais competitivos para este tipo de geração. Como a geração estará conectada com um sistema de distribuição já existente, podem-se conduzir análises de planejamento integrado local e centralizado, de modo que melhore o desempenho do sistema como um todo. Além do mesmo poder também constituir um sistema de “back-up” para distúrbios na rede como um todo.

Na integração dessa geração aos sistemas de distribuição, a utilização de novas tecnologias de automação e controle, associadas à utilização das características cada vez mais avançadas e abrangentes da TI (tecnologia da Informação), dentro dos conceitos da denominada rede inteligente (SMART GRID), resulta em melhorias tanto na utilização de energia renovável quanto no sistema de distribuição.

Esses benefícios significam menores investimentos de capital devido a: melhor uso das capacidades das linhas e/ou menores comprimentos das linhas de distribuição; menores custos de perdas pela redução das perdas no sistema; contribuição da geração local na melhoria da utilização da geração hidrelétrica centralizada; benefícios sociais e ambientais, geralmente associados a soluções energéticas locais. Essa análise integrada deve também incluir GD (gerenciamento da demanda) e projetos de eficiência energética e conservação de energia de modo que traga soluções ainda melhores e mais eficientes. Neste cenário é importante citar também o carro elétrico, que começa a entrar nos mercados de transporte e, que, além de reduzirem as emissões do setor de transporte, poderão também servir como fontes de energia elétrica intermitentes para a rede, em nível de distribuição.

Com relação às novas tecnologias de automação e controle citadas acima, é importante ressaltar o grande número de equipamentos da família FACTS (“Flexible AC Transmission Systems”), que usam a TI e a eletrônica do estado sólido para controlar fluxos de potência, níveis de tensão e potência, chavear redes, ajustar parâmetros, etc. Sua utilização, em conjunto com sistemas de informação adequadamente integrados, pode permitir o fornecimento de serviços e produtos com melhor qualidade; aumento da estabilidade (cortes e introdução no caso de variações de freqüência); melhorar mercado (medição digital e possibilidade de negociar); facilitar entrada e operação de fontes renováveis ligadas à rede; otimizar a integração de fontes intermitentes à rede, com ajuda de armazenamento

Cabos supercondutores, sensores e controles de resposta rápida que podem reduzir os custos da eletricidade e as perdas nas linhas estão em desenvolvimento. Supercondutores podem incorporar hidrogênio, tanto como refrigerador criogênico, assim como o transportador de energia. O gerenciamento do sistema será aperfeiçoado pelo provimento de informação avançada no desempenho da rede, incorporação de equipamentos às rotas de fluxo de corrente nas linhas; introdução de precificação em tempo real e outras tecnologias do lado da demanda incluindo medidores inteligentes e melhor planejamento do sistema.

Os desafios de segurança energética que muitos países enfrentam atualmente devido a falhas técnicas, roubos, ameaças físicas a infra-estrutura e ações geopolíticas são preocupações que podem ser superados em parte por maior uso de sistemas de geração distribuídos de forma a mudar o cenário da geração elétrica.

Sistemas de Armazenamento

Os sistemas de geração de energia elétrica renováveis, tais como o hidrelétrico, solar fotovoltaico e eólico, apresentam características estatísticas e estocásticas que demandam medidas apropriadas para conciliar a geração com a carga, de forma que obtenha melhor uso das fontes primárias de energia e que reduza ao máximo as perdas.

Os métodos mais conhecidos para aumentar a utilização de energia renovável nos sistemas elétricos têm como conceito principal o emprego de sistemas de armazenamento para estocar a energia potencial de ser gerada a mais do que a carga momentânea, nas situações em que a disponibilidade do recurso renovável excede sua necessidade, de forma que permita seu consumo futuro, naquelas situações nas quais a carga excede a capacidade de energia à disposição. Exemplos bastante conhecidos desses métodos são as barragens com reservatórios das usinas hidrelétricas, as usinas hidrelétricas reversíveis e as baterias dos sistemas solares fotovoltaicos e eólicos.

Apesar de os métodos de dimensionamento para armazenamento local em usinas hidrelétricas já estarem bem definidos e conhecidos, sensíveis melhoras podem ser obtidas para os sistemas solares fotovoltaicos e para turbinas eólicas. Esses melhoramentos estão relacionados principalmente com o aperfeiçoamento e a proliferação de sistemas de medição e monitoração, com vistas à obtenção de dados mais precisos a serem utilizados no dimensionamento.

Outras tecnologias, como sistemas mais avançados, baseados na associação de equipamentos da eletrônica de potência (da família FACTS – Flexible AC Transmission Systems) com os mais diversos tipos de sistemas de armazenamento, também podem ser utilizadas para “suavizar” as características de carga, permitindo melhor operação de todo o sistema elétrico e melhor utilização de energia renovável.

Esse tipo de sistema tem tido uma inserção acelerada nos sistemas de potência, e sua aplicação, quando associada com armazenamento de energia, permite visualizar um grande impacto no planejamento e na operação dos sistemas elétricos, uma vez que poderá possibilitar – com grande rapidez de resposta, sem inércia mecânica nem contribuição ao curto-circuito – a introdução, no lugar mais adequado, de um sistema armazenador e fornecedor de energia elétrica. Modificações nos critérios de planejamento e operação, assim como desenvolvimento de modelos para estudos já se encontram em andamento para incorporar tais sistemas.

O armazenamento de energia permite que o sistema de suprimento de energia opere mais ou menos independentemente do sistema de demanda de energia. Ele atende quatro principais necessidades: utilização dos suprimentos de energia quando a demanda de curto prazo não existe; resposta a flutuações de demanda de curta duração (estacionárias ou móveis), recuperação da energia perdida (por exemplo, por regeneração (freio) em aplicações móveis) e atender os requisitos de expansão da transmissão estacionária.

O armazenamento é de importância crítica para melhor utilização de opções energéticas renováveis, tais como eólicas e solares, e se os sistemas existentes térmicos ou nucleares tiverem que ser otimizados para desempenho no pico, em termos de eficiências e, conseqüentemente, emissões.

Sistemas de armazenamento de energia avançados incluem sistemas mecânicos (inércias, sistemas pneumáticos), eletroquímicos (baterias avançadas, células a combustível reversíveis, hidrogênio), puramente elétricos ou magnéticos (super e ultra capacitores, sistemas de armazenamento magnético supercondutores, os SMES – Superconducting Magnetic Energy Storage), armazenamento hidráulico por bombas, térmicos (calor) e ar comprimido.

No geral, a instalação de algum destes sistemas de armazenamento necessariamente diminui a eficiência total do sistema, e suas eficiências estão na faixa de 60% para água reversíveis até mais que 90% para inércias e super capacitores. Há ainda outros sistemas de armazenamento, utilizando vanádio, sob avaliação, mas apresentam baixa densidade energética e altos custos.

O custo e a durabilidade (ciclo de vida) dos sistemas de alta tecnologia continuam a ser o grande desafio, que possivelmente poderá ser superado por uso de materiais e processos de fabricação mais avançados. O armazenamento de energia deve ser uma peça chave no caso de pequenos sistemas locais, nos quais a confiabilidade é um requisito importante.

Sistemas de Armazenamento – Alguns Exemplos

110

Veículos Elétricos

111

112

Setor de transporte

113

114

115

116

Mudança de Paradigma

• Infraestrutura

- Logística e tecnologia de postos de recarga

• Planejamento

– Considerar o recurso energético disponível com os consumidores no dimensionamento das redes

• Operação

– Mobilizar os recursos energéticos dos consumidores para atender as oscilações da demanda

• Regulatório

– Remunerar a distribuidora pela função de despacho de carga local

Outros sistemas avançados de armazenamento

118

HOT SALT STORAGE

SUNSHINE STORAGE IN A SALT: The

molten salts stored in the two tanks

pictured here amidst the rows of troughs

at the Andasol 1 power plant in Spain will

allow solar energy to produce electricity

even at night.

119

A Flybrid Systems Kinetic

Energy Recovery System built

for use in Formula One NASA G2 flywheel

2 X 1-MEGAWATT, 15-

MINUTE FLYWHEELS

NEW ENGLAND ISO

120

34-MEGAWATT, 7-HOUR SODIUM-

SULFUR BATTERY

ROKKASHO, JAPAN

LEAD-CARBON BATTERY STACKS AT

EAST PENN MANUFACTURING

PLANT;DOE FUNDING FROM THE

AMERICAN RECOVERY AND

REINVESTMENT ACT

Bancos Baterias de NaS e de Chumbo

Carbono

121

SUPERCAPACITORES

capacities up to 5,000 farads

energy density is 30 Wh/kg (0.1

MJ/kg)

122

VI

Principais Ações para pavimentar adequadamente o caminho para o futuro.

Com base nas características das tecnologias e procedimentos operacionais enfocados, assim como do sistema elétrico brasileiro, é possível sintetizar o seguinte cenário de ações para diminuição da emissão de gases do efeito estufa, por meio de redução de perdas, melhor utilização dos recursos renováveis e aperfeiçoamento da transmissão e distribuição:

Para o grande sistema interligado, todas as tecnologias e procedimentos enfocados serão aplicáveis, em situações localizadas e específicas, devendo-se privilegiar formas de planejamento e gestão integradas que harmonizem o desempenho de um grande núcleo centralizado com os diversos sistemas energéticos descentralizados de menor porte.

Os futuros sistemas de infraestrutura e controle certamente se tornarão mais complexos para poder gerenciar cargas maiores e mais variáveis; reconhecer e despachar fontes geradoras em pequena escala; e permitir a integração de fontes descentralizadas e intermitentes sem reduzir o desempenho do sistema, no que se relaciona com maior fluxo de carga, oscilações de freqüência e qualidade de tensão.

As demandas dos sistemas futuros podem ser significantemente menores do que o estimado através do aumento do uso da denominada geração distribuída. As tecnologias e procedimentos avançados e outros que forem surgindo deverão ser efetivamente considerados na determinação e desenvolvimento dos novos componentes (de transmissão e distribuição) que forem agregados ao longo do tempo.

Para os sistemas isolados de energia elétrica, deverão ser aplicadas de forma mais imediata, as tecnologias e procedimentos operativos enfocados relacionados com eficiência energética, energia descentralizada, geração distribuída e armazenamento. Sempre com ênfase à utilização de recursos energéticos locais, uma vez que nestes sistemas, os sistemas de transmissão e distribuição serão desenvolvidos com orientação ao melhor desempenho destas fontes, que impactarão diretamente a geração a Diesel e, portanto, a emissão de gases do efeito estufa deste combustível.

Sistemas poli geradores formando minirredes e implantação de hidrelétricas de porte reduzido (mini e micro) operando à rotação ajustável deverão ser efetivamente considerados. É importante considerar que já há planos de se interligar alguns destes sistemas e que alguns outros serão, ao longo do tempo, integrados ao sistema interligado.

No contexto geral, deve-se enfatizar a utilização de fontes renováveis, sempre que possível ou substituir combustíveis fósseis mais poluentes por menos poluentes, com maior utilização de gás natural, tanto no sistema interligado, substituindo óleos pesados e óleo Diesel, como nos sistemas isolados (Gás de Urucu, por exemplo), deslocando o óleo Diesel.

Finalmente é importante salientar que, neste cenário, especial atenção deve ser sempre dada às demais questões ambientais além da poluição atmosférica e à adaptação e evolução do arcabouço regulatório necessário para embasar e incentivar as ações necessárias.

Neste sentido, é importante colocar foco especial na modicidade tarifária: novas tecnologias, em geral, apresentam de início custos maiores, mas, por outro lado, no quadro atual, é possível se identificar diversas possibilidades de redução tarifária. Uma avaliação correta de todos estes aspectos influenciará, não só a viabilidade de introdução das transformações necessárias, como também a velocidade segundo a qual as mesmas poderão ser implantadas.

Algumas Referências

Reis, Lineu B: Geração de Energia Elétrica, 2 a edição, Ed Manole, Barueri, SP, Brasil, 2011 Reis, Lineu B; Fadigas E; Carvalho C E: Energia, Recursos Naturais e a prática do Desenvolvimento Sustentável, e a prática DS, 2 a edição, Ed Manole, Barueri, SP, Brasil, 2011 Reis Lineu B.: Transmissão em Corrente Contínua acima de +-/- 600 kV. Capítulo do livro “Alternativas não convencionais para a transmissão de energia elétrica – Estado da Arte”, Goya ED., Brasília, DF, Brasil, 2011 IPCC, 2007: Climate Change 2007 – Mitigation, Contribution of Working Group III to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, Cambridge University Press, Cambridge . [www. Ipcc.ch/pdf/assessment – report/ar4/wg3/ar4 – wg3 – chapter 4.pdf ] acessado em 03 de junho de 2011 Fox-Penner Peter: Smart Power - Climate Change, the Smart Grid and the Future of Electric Utilities”,Island Press, Washington DC, USA, 2010.

Grimoni, José Aquiles B.: Máquinas elétricas, redes inteligentes e geração distribuída, no Curso de especialização em Energias Renováveis, Geração Distribuida e Eficiência Energética do PECE - Programa de Educação Continuada em Engenharia - Escola Politécnica da USP, 29 e 30 de julho de 2011.

The SMART GRID: an introduction. – DOE

http://www.oe.energy.gov/smartgrid.htm

Site do IEEE – Institute of Electrical and Electronic Engineers

http://smartgrid.ieee.org

Standards (Normas)

www.iec.ch/smartgrid/

European Smart Grids Technology Platform, from European Commission

www.smartgrids.eu

Obrigado !

lineudosreis@yahoo.com.br