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Perdas nos Sistemas Elétricos de Energia- Perdas Técnicas 1/13 Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto Perdas Nos Sistemas Elétricos De Energia PERDAS TÉCNICAS Projeto FEUP 2015/2016 - MIEEC: Manuel Firmino José Nuno Fidalgo Equipa 1MIEEC02_7: Supervisor: José Nuno Fidalgo Monitor: Tânia Tavares Estudantes & Autores: Manuel Braga da costa [email protected] Francisco Friande [email protected] João Conceição [email protected]

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Perdas nos Sistemas Elétricos de Energia- Perdas Técnicas 1/13

Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto

Perdas Nos Sistemas Elétricos De Energia PERDAS TÉCNICAS

Projeto FEUP 2015/2016 - MIEEC:

Manuel Firmino José Nuno Fidalgo

Equipa 1MIEEC02_7:

Supervisor: José Nuno Fidalgo Monitor: Tânia Tavares

Estudantes & Autores:

Manuel Braga da costa [email protected] Francisco Friande [email protected]

João Conceição [email protected]

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Perdas nos Sistemas Elétricos de Energia- Perdas Técnicas 2/13

Resumo

O principal objetivo do nosso trabalho foi identificar as perdas técnicas de energia que ocorrem

no dia-a-dia e que custam largos milhões de euros às indústrias produtoras da mesma e que tornam as

despesas do comum utilizador mais elevadas, conhecer as razões que justificam a sua existência. No

entanto, este trabalho permite-nos, também, pôr em prática as metodologias mais adequadas para a

realização de um trabalho esta instituição de ensino, FEUP.

Com base em bibliografia selecionada, recolhemos a informação necessária para atingirmos o

nosso objetivo.

Neste trabalho focamo-nos só e unicamente nas perdas técnicas e dentro dessas só

aprofundamos as que mais problemas trazem às grandes empresas, como é o caso da EDP ou REN.

No final do trabalho, apresentamos alguns métodos que permitirão reduzir estas perdas, tendo

em atenção que uma redução implica não só menores despesas para as empresas, como um decréscimo

na fatura para os utilizadores.

Palavras-Chave

Perdas de energia elétrica; perdas técnicas; rede elétrica; eletricidade.

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Perdas nos Sistemas Elétricos de Energia- Perdas Técnicas 3/13

Índice Geral

Resumo ........................................................................................................................................................... 2

Palavras-Chave ................................................................................................................................................ 2

Índice de Figuras ............................................................................................................................................. 3

Índice de tabelas ............................................................................................................................................. 3

Índice de Gráficos ........................................................................................................................................... 3

Lista de acrónimos .......................................................................................................................................... 4

Nomenclatura ................................................................................................................................................. 4

Introdução ...................................................................................................................................................... 5

Perdas técnicas vs. Perdas não técnicas ......................................................................................................... 5

O que causa as perdas técnicas? .................................................................................................................... 6

Como minimizar .............................................................................................................................................. 9

Montantes e custos típicos ...........................................................................................................................10

Quem as paga? .............................................................................................................................................11

Conclusão ......................................................................................................................................................11

Referências bibliográficas .............................................................................................................................12

Índice de Figuras

Figura 1 - Lâmpada de incandescência e filamento 6

Índice de tabelas

Tabela 1 – resistência de alguns materiais [6] 7

Índice de Gráficos

Gráfico 1.- Investimento no vetor Eficiência da Rede, 2010-2019 [13] 9

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Perdas nos Sistemas Elétricos de Energia- Perdas Técnicas 4/13

Lista de acrónimos

� EDP – Energias de Portugal;

� PRE – Produção em Regime Especial;

Nomenclatura

� Q – Calor;

� I – Corrente elétrica;

� R – Resistência elétrica;

� T – Tempo;

� � – Resistividade;

� � – Comprimento;

� � – Área;

� Cincj Pi – custo incremental médio de longo prazo de potência i da rede j;

� Δl – Investimento anualizado e acréscimo de custos de operação e manutenção nas redes, para

satisfazer o acréscimo da potencia;

� ΔPij – acréscimo da potência i da rede j;

� d – taxa de atualização;

� H – número de anos considerados;

� L – Desfasamento entre o investimento e o acréscimo da procura;

� i – potencia em horas de ponta ou potencia contratada;

� J – Redes de AT, de MT ou de BT;

� � - Produção nacional de energia (kWh);

� � - Perdas (%);

� � - Custo por kWh (€/kWh);

� � - Custo total (€);

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Introdução

As perdas são representadas pela diferença entre a energia que entra num sistema elétrico e a

energia que sai, no mesmo intervalo de tempo.

As perdas nos sistemas elétricos são decorrentes dos processos envolvidos na produção,

transporte e distribuição de energia. Idealmente as perdas num sistema elétrico devem ser 0% da

potência gerada, no entanto, nos países desenvolvidos as perdas encontram-se abaixo de 10% enquanto

nos países em desenvolvimento as perdas andam à volta de 20%. [1]

A otimização das perdas de energia existentes nas redes de distribuição é fundamental para as

empresas concessionárias de redes elétricas, porque, quanto menor for o valor das perdas, mais eficiente

será, do ponto de vista económico, permitindo também que a qualidade de serviço prestado aos

consumidores seja melhorada.

É essencial, por isso, efetuar-se a caracterização das perdas pelos diversos equipamentos do

sistema elétrico de energia, bem como, identificarem-se os fatores que provocam as perdas do sistema.

Na exploração do sistema elétrico de energia é essencial que haja uma otimização ao nível da

produção, transporte e distribuição de energia, de modo a que o valor das perdas ocorridas seja o menor

possível. [2]

Perdas técnicas vs. Perdas não técnicas

As perdas técnicas são causadas pelo transporte, distribuição e de transformação de energia. As

perdas devido aos meios de transporte rondam 1.5% e as perdas devido aos transformadores rondam os

20%. Os custos causados por perdas deste género são passados para o consumidor final. Estas perdas

podem ser reduzidas utilizando melhores condutores nas linhas de transporte ou recorrendo a

SmartGrids, que utilizam sistemas inteligentes de distribuição de energia, e assim reduzindo as perdas.

As perdas não técnicas são causadas por furto de energia, falta ou medição errada dos

contadores. Estas perdas são difíceis de contabilizar, mas causam avultados prejuízos às empresas de

energia, o que leva a que haja um grande interesse destas a impedir perdas deste género, e a sua

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prevenção e controlo deve ser realizado pelas entidades competentes (tribunais). Melhorias recentes nos

contadores de energia levaram a uma redução do furto de energia, apesar de esta redução ser

relativamente pequena. Os furtos energéticos podem ser potencialmente perigosos para as áreas

circundantes e para o infrator.

Perdas técnicas

○ Perdas devido aos meios de transporte e transformação de energia (condutores e

transformadores);

○ 1.5% nos cabos elétricos;

○ Transformadores: 0,5%, rendimento variável consoante a carga;

○ Os custos são passados para o consumidor final;

○ Baixo interesse para a redução destas perdas, devido ao ponto anterior;

○ Podem se reduzir recorrendo a SmartGrids e variantes;

Perdas não técnicas

○ Roubo de energia;

○ Erros de medição por parte dos contadores ou ausência destes;

○ Podem ser impedidas ou limitadas pelas autoridades oficiais;

○ Melhoramentos a nível de dos contadores, limita mas não impede o furto energético;

○ Potencialmente perigoso para as áreas circundantes e para o infrator;

○ Interesse por parte das empresas energéticas, pois causam prejuízo às empresas;

O que causa as perdas técnicas?

Efeito de Joule

Este fenómeno acontece sempre que se passa corrente por um condutor e, muito resumidamente,

consiste na transformação da energia cinética que os eletrões em movimento possuem, em energia

térmica. Esta transformação acontece sempre que um eletrão vai de encontro a um átomo do condutor

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por onde a corrente está a passar, causando agitação térmica. O resultado desta mudança de estado

resulta na dissipação de energia.

Este fenómeno foi descoberto por James Prescott Joule [3], ilustre físico britânico do século XIX

O Efeito Joule pode ser calculado utilizando a seguinte fórmula:

� = � ∗

Nota: o significado de cada variável está presente na Nomenclatura

Tomemos como exemplo uma simples lâmpada de incandescência:

Fig1. Lâmpada de incandescência e filamento

O filamento presente nesta lâmpada demonstra, quase, na perfeição o Efeito Joule.

Quando se liga o interruptor e acende uma lâmpada faz-se passar pelo filamento uma corrente

elétrica, o que faz com que este mesmo imita uma radiação, no entanto só cerca de 10 % de toda a

energia fornecida nos é útil, porque a restante 90 % é transformada em energia térmica. Isto, porque as

lâmpadas incandescentes são um exemplo claro de ineficiência energética. [4]

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A partir da equação do Efeito de Joule podemos concluir:

� Quanto menor for a resistência do material condutor, menor será a dissipação de

energia sobre a forma de calor

Tabela 1 – resistência de alguns materiais

� Os materiais mais utilizados pelas empresas que fazem o transporte de energia são: o

cobre (Cu) e o alumínio (Al), que, apesar de serem excelentes condutores, não são os

melhores pois é a opção mais rentável dado o preço elevado de outros condutores que,

teoricamente, fariam com que as perdas de energia por efeito de Joule fossem mais

reduzidas. [5]

� Quanto maior a intensidade de corrente, maior será a dissipação de energia, já que

quanto mais eletrões estiverem a passar pelo condutor maior será a agitação das

partículas que o constituem, como a resistência de um condutor aumenta com o

aumento da temperatura esta situação irá agravar-se com o tempo.

Análise da resistência dos cabos

A utilização de cabos demasiado extensos é mais um dos problemas que causa muitos problemas

à indústria, apesar de se poder evitar com relativa facilidade. Através da fórmula seguinte podemos

verificar esta afirmação:

=�� ∗ ��

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Quanto mais comprido for o cabo em causa, maior será a resistência o que nos remete mais uma

vez para o efeito de Joule, que está explicado no ponto anterior. [5]

Como minimizar

Existem inúmeras formas de maximizar a produção/transporte de energia e ao mesmo tempo

reduzir as perdas técnicas, o que resulta numa redução do custo de produção e do custo da fatura do

cliente final.

Primeiramente, é preciso fazer um grande investimento na área de modo a definir-se o melhor

modo de proceder, que materiais utilizar e qual o custo associada ao projeto em causa. Tal investimento

já anda a ser feito pelas grandes empresas como a EDP. [11]

Um dos modos, mais óbvios, de se diminuir este problema é, de facto, substituir os cabos

condutores por outros com melhor condutividade, como demonstramos no tópico anterior. [12]

Outra das formas seria aumentar a assistência, redobrando a atenção a potenciais problemas e

resolvendo-os o mais rápido possível, já que a cada minuto que um aparelho/cabo defeituoso está a

funcionar perde-se energia de um modo completamente desnecessário. [12]

Todas as medidas, contudo, têm de ser estudadas com grande atenção, porque um mau

investimento, nesta área, é, quase, sempre feita a uma enorme escala, o que causa uma perda enorme

para a empresa em causa.

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Gráfico 1.- Investimento no vetor Eficiência da Rede, 2010-2019

Montantes e custos típicos

O preço da energia varia com a carga que se coloca na rede, pois as perdas na rede dependem

da corrente I (Lei de Joule), aumentando ainda mais caso a necessidade energética se aproxime da

capacidade máxima das linhas de transmissão. [7]

´

A energia vinda de Espanha acarta um custo maior devido às perdas até ao local de consumo

(perdas em Portugal e Espanha combinadas), pois existe uma maior extensão das linhas de transmissão e

de transformadores e outras fontes de perdas, mas contra balançada pelo seu baixo custo de produção

(em comparação ao custo nacional). [8]

Não existem dados concretos em relação ao valor real dos custos devido a perdas, mas usando

as perdas em kWh (usando dados disponibilizados pela REN em 2011) e o custo do kWh (usando o custo

por kWh da tarifa normal disponibilizado pela EDP), conclui-se: [9]

� = � × � × �

� = 5.0503 × 10^10 × 10% × 0.105 = 530.281.500€

Assim pode-se inferir que as perdas no setor da energia acartam enormes custos, que são na sua

maioria transferidos para o consumidor, e por tal existe uma baixa preocupação por parte das empresas

energéticas em resolver este problema.

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Quem as paga?

O consumidor da energia, como destinatário final da distribuição elétrica, é, naturalmente, quem

sofre mais as consequências das perdas, tendo em conta a proporcionalidade entre a distância a que se

encontra do local onde aquela é gerada e as perdas que ocorrem nas redes de distribuição. Havendo

eficiência reduzida a nível dos sistemas elétricos, os preços vão aumentar, levando, também, à

dependência de redes elétricas de outros países, com preços mais competitivos.

Dada a política energética atual de Portugal, tem havido um maior investimento na PRE, sendo

este regime subsidiado com o intuito de diminuir a dependência energética face ao exterior. Porém,

deverá caminhar-se para que esta seja reduzida. Daí a necessidade de maiores investimentos para reduzir

as perdas nas redes de distribuição. [10]

Conclusão

Em suma, podemos retirar algumas informações importantes deste trabalho. As perdas de

energia fazem com que se perca largos milhões todos os anos e não há muito que se possa fazer acerca

disso, ou melhor, há, mas os custos desses “upgrades” não seriam rentáveis. É preciso relembrar que as

tecnologias que englobam as redes elétricas estão em constante desenvolvimento e o que hoje parece

ser muito bom amanhã pode estar completamente desatualizado.

Portanto, é necessário continuar a apostar no desenvolvimento desta área, porque só assim se

poderá reduzir os custos tento para as empresas como para o utilizador final.

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Referências bibliográficas

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Loss in Distribuition Networks by Different Techniques”

[2] – Gonçalo Alexandre Domingues Figueiredo, “Caracterização das Perdas na Rede de Distribuição de

Média Tensão” Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Janeiro de 2012. Available:

https://repositorio-aberto.up.pt/bitstream/10216/65740/1/000151451.pdf .

[Acedido em 9 Outubro 2015].

[3] - electronicsarea. [Online] Available: http://www.efeitojoule.com/2008/04/efeito-joule.html

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[4] – edisontechcenter. [Online] Available: http://www.edisontechcenter.org/incandescent.html

[Acedido em 9 Outubro 2015].

[5] - Pedro Nuno Beleza Oliveira Bernardes, “Caracterização das Perdas na Rede de Distribuição de Alta

Tensão” Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto, Porto, Julho de 2011. [Online]. Available:

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[6] – electronicsarea. [0nline] Available: http://electronicsarea.com/electrical-resistivity/

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[7] – erse. [online] Available:

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[Acedido em 16 Outubro 2015].

[8] – erse. [online] Available:

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[Acedido em 16 Outubro 2015].

Page 13: perdas de energia - paginas.fe.up.ptprojfeup/submit_15_16/uploads/relat_1... · Roubo de energia; Erros de medição por parte dos contadores ou ausência destes; ... Um dos modos,

Perdas nos Sistemas Elétricos de Energia- Perdas Técnicas 13/13

[9] – edp. [online] Available: https://www.edp.pt/pt/particulares/faqs/Pages/Usodaeltectricidade.aspx

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[10] – erse. [Online] Available:

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[11] – EDP. [online] Avaiable: http://www.edp.pt/pt/Pages/energia_para_investir.aspx

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[12] – electicalnotes. [online] Avaiable: https://electricalnotes.wordpress.com/2013/07/02/total-losses-

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[Acedido em 16 Outubro 2015].

[13] – EDP. [Oline] Avaiable:

http://www.erse.pt/pt/consultaspublicas/consultas/Documents/49_1/PDIRD%202015-2019%20-

%20Plano.pdf

[Acedido em 16 Outubro 2015].