RESULTADOS DO ESTUDO DE CASO
5.1 Efeito dos dados meteorológicos no envelhecimento
A temperatura ambiente é um fator importante para a determinação da ca- pacidade de carga do transformador, uma vez que a elevação de temperatura do enrolamento do transformador deve ser acrescida da temperatura ambiente para se obter a temperatura de operação. Assim, esta seção mensura como a temperatura ambiente influencia no envelhecimento do transformador. Para isso é considerado um transformador de 138 kV/13,8 kV de 25 MW da região central do Estado de Minas Gerais, submetido a diferentes condições climáticas. O estudo é feito utilizando a curva de carga do transformador com dados experimentais medidos em intervalos de 15 minutos no período de um ano. A Figura 23 mostra o boxplot2
do carregamento do transformador em 2018.
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OApêndice Ae oApêndice B fazem uma análise da capacidade de hospedagem da rede da distribuidora, já que esta tese avalia a geração fotovoltaica em penetrações de até 100%. 2
Boxplot é uma ferramenta gráfica que objetiva representar a variação de dados observados de uma variável numérica por meio de quartis.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas do Dia 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Potência [MW]
Figura 23 – Curva de carga do transformador de 25 MW, 138 kV/13,8 kV - Região 1, ano 2018
Para avaliar o efeito da temperatura ambiente no envelhecimento do transfor- mador da subestação da Região Central 1, considerou-se que esse transformador, com a mesma curva de carga, estaria localizado nas Regiões 3, 8, 10 e 11. A Figura 24
mostra a temperatura média anual de três anos recentes das cinco regiões analisa- das, com base nos dados do (INMET, 2020). É possível observar que a Região 10 possui temperaturas mais elevadas, com média diária de 25,5°C; a região 3 é a mais fria, com temperatura média diária de 18,89°C, o que representa uma diferença de aproximadamente 26% na média da temperatura diária.
A irradiação solar não sofre muita variação nas regiões analisadas: a Região 8 tem maior irradiação, com média diária de 227,17 W/m2, enquanto que a Região 3 possui a menor irradiação, cuja média diária é de 214,47 W/m2, como mostra a Figura 25. Essa diferença representa uma variação de aproximadamente 5,5%. A
Figura 26 apresenta a energia c.a. média nos 12 meses do ano, para um sistema de 1 kWp. Como a geração FV depende fortemente da irradiação solar, e a irradiação sofre pouca variação nas diferentes regiões do estado, a energia média anual gerada também não exibe muita variação. A Região 8 tem maior geração, com média diária
5.1. Efeito dos dados meteorológicos no envelhecimento 97 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas do Dia 15 17 19 21 23 25 27 29 31 Temperatura Ambiente [°C]
Reg. 1 - Temp. Média 22,32°C Reg. 8 - Temp. Média 24,22°C Reg. 10 - Temp. Média 25,50°C Reg. 11 - Temp. Média 20,52°C Reg. 3 - Temp. Média 18,89°C
Figura 24 – Temperatura ambiente média dos três anos recentes
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Horas do Dia 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Irradiação Solar [w/m 2 ] Região 1 Região 8 Região 10 Região 11 Região 3
Figura 25 – Irradiação média anual horária
de 4,26 kWh, e a Região 11, menor geração com média diária de 4,16 kWh, o que representa uma variação de aproximadamente 2,3%. Considerando a curva de carga do transformador e os dados climáticos, é possível calcular o envelhecimento do transformador em diferentes níveis de penetração FV, conformeEquação 2.26.
jan fev mar abr maio jun jul ago set out nov dez Meses do Ano 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 Energia [kWh] Região 1 - E média 1 kWp = 4,26 kWh Região 8 - E média 1 kWp = 4,37 kWh Região 10 - E média 1 kWp = 4,26 kWh Região 11 - E média 1 kWp = 4,16 kWh Região 3 - Emédia 1 kWp = 4,22 kWh
Figura 26 – Energia média mensal gerada por um sistema FV de 1 kWp
Como pode ser observado na Figura 27, em baixos fatores de penetração, há redução das horas de envelhecimento, e, para penetrações maiores que 40%, o enve- lhecimento começa a aumentar formando uma curva conhecida como bathtub (Manito et al.,2016). Em razão da natureza exponencial da equação do envelhecimento, em altas penetrações FV, o ponto conhecido como “joelho” da curva determina até que ponto a geração FV é vantajosa. Para cada região, existe um valor de penetração de GD-FV a partir do qual o envelhecimento é maior que o valor sem GD. Esse ponto varia entre 50% e 60%, aproximadamente. Para penetração até 60%, não há aumento no envelhecimento comparado ao cenário-base considerando todas as regiões.
Para fator de penetração igual a 0 (zero), o envelhecimento depende somente da curva de carga e da temperatura ambiente (não há interferência da GD-FV); então, é possível avaliar o efeito da temperatura ambiente, em diferentes Regiões, no envelhecimento. Observa-se na Figura 27 que o envelhecimento é fortemente influenciado pela temperatura ambiente. Assim, na Região 1, onde o transformador está localizado, o envelhecimento anual é de 1.085 horas. Caso o mesmo transformador estivesse na Região 3, o envelhecimento anual, sem GD-FV, seria de 664 horas. E, se a localização fosse na Região 10, o envelhecimento subiria para 1.686 horas. ATabela 13
apresenta os resultados do efeito da temperatura ambiente no envelhecimento. Caso o transformador estivesse localizado nas Regiões 8 e 10, haveria uma variação no envelhecimento (∆ Env.), de 33,82% e 55,39%, respectivamente. Enquanto que as
5.1. Efeito dos dados meteorológicos no envelhecimento 99 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Fator de penetração FV 0 0.25 0.5 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5
Envelhecimento anual [ x 1000 horas]
Região 1 Região 8 Região 10 Região 11 Região 3
Figura 27 – Curva de Envelhecimento do Transformador 138 kV/13,8 kV
Regiões mais frias, Região 11 e 3, teriam redução no envelhecimento de 13,06% e 38,87% respectivamente. Essa variação no envelhecimento resulta em uma variação percentual do envelhecimento por grau Celsius (∆ Env./°C) de aproximadamente 17,6% para as Regiões mais quentes (8 e 10) e de -8% para as Regiões mais frias (11 e 3).
Tabela 13 – Influência da temperatura ambiente no envelhecimento
Região Temp. média [°C] ∆ Temp. média [°C] ∆ Env. anual [h] ∆ Env. [%] ∆ Env./°C [%]
1 22,32 0 0 0 0
8 24,22 1,9 367 33,82 17,8
10 25,5 3,18 601 55,39 17,42
11 20,52 -1,8 -141,7 -13,06 -7,26
3 18,89 -3,43 -420,8 -38,87 -8,75
Se por um lado a temperatura ambiente influencia fortemente no envelhecimento, a dinâmica da curva do envelhecimento, formato da bathtub, não sofre muita variação nas diferentes Regiões. Isso significa que o efeito da GD-FV em todas as Regiões é parecido, o envelhecimento mínimo ocorre em 40% de penetração e representa uma redução de aproximadamente 50% no envelhecimento nas 5 Regiões. Ainda, observa- se que, para penetrações menores que 60%, não há aumento do envelhecimento comparado ao cenário-base.