Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Perdas de Energia em Redes de Distribuição
Elétrica
Projeto FEUP 2015/2016 -- Eletrotécnica e de Computadores:
Manuel Firmino e Armando Sousa José Nuno Fidalgo
Equipa Turma2_003:
Supervisor: José Nuno Fidálgo Monitor: Tânia Tavares Estudantes & Autores:
Afonso Pereira up201505870@fe.up.pt Beatriz Araújo up201505032@fe.up.pt
Resumo
Na atualidade, o acesso às tecnologias, que tanto confortam a vida dos cidadãos, vem sobre o custo de um crescente consumo de energia. Surge, portanto, a necessidade de uma melhor gestão dos recursos energéticos, que visa aumentar a eficiência com que se produz, bem como diminuir os desperdícios a que se associam.
No âmbito deste trabalho, procurámos aprofundar o nosso conhecimento em relação aos processos de produção e transporte de energia, com o objetivo de achar respostas que minimizem o desperdício energético. Para tal, realizou-se a pesquisa das origens e principais fatores de perdas de energia, tendo-se seguidamente efetuado a procura de métodos e investimentos que projetam, a médio e longo prazo, a diminuição desses mesmos gastos energéticos. É de salientar que neste trabalho foram usados dados resultantes de estudos efetuados por empresas, bem como por alunos em mestrado, e que, portanto, serve apenas para informar em função desse conhecimento.
Agradecimentos
Antes de mais gostaríamos de agradecer tanto ao Professor Doutor José Nuno Fidalgo como à monitora Tânia Tavares. Pensamos que seria também oportuno agradecer à FEUP pelo estabelecimento que nos oferece facilitando assim a produção deste trabalho.
Por fim, queríamos também agradecer à Google Drive pela sua plataforma que nos apoiou ao longo da realização deste relatório.
Índice
Lista de figuras Glossário 1. Introdução2. Perdas de Energia Elétrica 2.1 Perdas Não Técnicas 2.2 Perdas Técnicas
2.2.1 Resistências Elétrica 2.2.2 Transformadores 3. Resultados Obtidos
4. Estratégias para Resolução de Perdas 4.1 Investimento em Linhas
4.2 Produção Dispersa 4.3 Cogeração
4.4 Reconfiguração de Redes ( Redes Inteligentes ) 5. Conclusões
Referências Bibliográficas
Lista de figuras
Figuras
Figura 1 - Ilustração do rendimento obtido através do processo de Cogeração [5], página 15.
Figura 2 - Percentagem de perdas energéticas na rede de distribuição entre 1997 e 2009 [], página 12.
Tabela
Tabela 1 - Valores de Resistividade para diferentes materiais, página 11.
Glossário
Distribuidora - entidade responsável pela distribuição de recursos (neste caso de energia elétrica);
Revisão tarifária - processo que tem como principal objetivo analisar, após um período previamente definido, o equilíbrio económico-financeiro da concessão;
Queda de tensão - fenómeno provocado pela falta de energia num sistema, a ponto de interferir com o funcionamento do circuito;
Efeito de Joule - enuncia que as perdas energéticas são proporcionais ao produto da resistência com o quadrado da intensidade ( R*I2 );
Transformador - dispositivo destinado a transmitir energia elétrica de um circuito para outro;
Cogeração - processo que consiste no aproveitamento local do calor residual, originado nos processos termodinâmicos de geração de energia elétrica que, de outra forma, seria desperdiçado.
1. Introdução
"No contexto da ciência as perdas são associadas ao rendimento dos diversos processos físico existentes na Natureza". Sempre que ocorre uma reação são catalisadas outras reações indesejadas e que conduzem ao desperdício de energia. [1]
Com este relatório pretendemos esclarecer os processos associados à produção, transporte e distribuição de energia, e em particular o tema das perdas técnicas a nível energético.
Com efeito, iremos abordar algumas medidas, já praticadas, de índole redutiva dessas mesmas perdas.
“Perdas em qualquer máquina são amplamente definidas pela diferença entre a entrada e a saída de energia.” [2]
Relativamente à distribuição de energia elétrica, é possível agrupar as perdas em dois tipos: as perdas técnicas e as perdas não técnicas ou comerciais.
As primeiras são definidas pela perda de energia na sua distribuição, ou seja, em termos de transformadores, cabos elétricos, etc. Em contrapartida, as perdas não técnicas são provocadas pela ação de outras entidades, como por exemplo, roubo de energia,” erros de medição, erros no processo de faturamento”, etc. [3]
2.1 Perdas Não Técnicas
As perdas não técnicas, ou comerciais, encontram-se diretamente associadas à gestão comercial da distribuidora, ou seja, decorrem sobretudo no âmbito do processo de distribuição de energia. Não dependem do estado físico dos materiais condutores, pois estão na origem de erros não previstos. Estes são provocadas por intermédio de roubos, erros de medição, erros no processo de faturamento, unidades consumidoras sem equipamento de medição, entre outros...
Para regular as perdas não técnicas, nas revisões tarifárias, pode-se definir o limite máximo de perdas considerado para efeito de repasse às tarifas dos consumidores finais. Para identificar esse limite máximo, devem ser considerados:
• Estudos elaborados que apontam um valor padrão de perdas atingidas; • Nível histórico de perdas;
• Proposta de redução de perdas. [3]
2.2 Perdas Técnicas
As perdas técnicas, por sua vez, relacionam-se com a parte física e material dos meios condutores de energia.
“De um modo geral, as quedas de tensão nos circuitos de distribuição e de alimentação de quadros e de recetores representam perdas e interferem diretamente na qualidade de serviço oferecido pela instalação.” [4]
Verifica-se que ocorre perda de energia sempre que se efetua um processo de transformação ou conversão de um sistema para outro. Deste modo, a otimização dos sistemas passa pelo controlo da queda de tensão, que ocorre nestes fenómenos físicos.
Entende-se por perdas ativas aquelas que resultam do Efeito de Joule e constituem normalmente a maior parte das perdas técnicas e estão presentes em todos os condutores eléctricos. Estão relacionadas com o aumento da resistência do condutor.
“As perdas reativas ocorrem nas reactâncias dos equipamentos. Nos
sistemas de transmissão em corrente alternada as reactâncias armazenam energia em cada meio ciclo, para de seguida devolver essa mesma energia à fonte.” [1]
2.2.1 Resistência Elétrica
Segundo o Efeito de Joule, as perdas energéticas são proporcionais ao produto da resistência com o quadrado da intensidade (R*I2 ). Assim, quanto maior
for a intensidade da corrente, maior serão as perdas energéticas.
Também por isso, a resistência elétrica é um fator que condiciona o transporte energético, pois encontra-se sempre presente no transporte da energia elétrica de um ponto para outro. Este depende do material utilizado para o transporte da corrente elétrica (aumentando ou diminuindo a resistência), do isolamento com que esse material se encontra (pois quando a temperatura diminui a resistência também diminui), bem como a distância que essa corrente tem de percorrer. [1]
A unidade SI desta grandeza é o Ohm Metro ( Ωm) e, como foi dito anteriormente, varia de material para material. Isto é verificável através da seguinte tabela.
Material Resistividade a 20ºC / Ωm Fonte
Alumínio 2.92×10−8 [6]
Cobre 1.72×10−8 [6]
Ouro 2.44×10−8 [6]
Tabela 1 - Valores de Resistividade para diferentes materiais
2.2.2 Transformadores
“Transformador é um dos componentes mais úteis dos Sistemas de Energia Elétrica, permitindo alterar a tensão de uma rede para um nível mais adequado à função que desempenha.
A tensão produzida pelos geradores situa-se na gama da média tensão - salvo os de potência muito baixa, que operam em baixa tensão -, porque aquela é a tensão que otimiza técnica e economicamente o projeto daqueles equipamentos.” [7]
Nos transformadores ocorre perda de energia devido à resistência da corrente que neles existem. Devido à sensibilidade deste tipo de componente, sempre que ocorre uma passagem de um fluxo magnético este reagirá como um Iman. Por essa razão, a corrente elétrica pode ser redirecionada, por ação do rearranjo dos campos magnéticos. [2] Há portanto perdas através da energia usada para orientar os domínios magnéticos do material, bem como das que resultam do efeito Joule. “As perdas crescem com a frequência e com a densidade de fluxo.” (
redes de energia elétrica, José Pedro Sucena Paiva)
3. Resultados obtidos
4. Estratégias Para A Redução Das Perdas
4.1 Investimento Em Linhas
O primeiro conjunto de medidas aqui apresentado centra-se nas linhas condutoras, promovendo a sua eficácia. As estratégias de redução das perdas energéticas devem-se basear na substituição de linhas antigas por mais recentes, caso o investimento seja suportável, visto que estas linhas se vão deteorando e perdendo capacidade condutora com o tempo. No entanto, é necessário ter sempre em consideração as propriedades das linhas mais recentes, pois devem preferencialmente ter menor resistividade e se possível uma maior secção útil. Isto está relacionado com o Efeito de Joule que, como foi dito anteriormente, quanto maior a resistividade maior será a perda energética. [1]
4.2 Produção Dispersa
Outro conceito que está presente quando o assunto é a redução de perdas é Produção Dispersa.
Consiste na produção de energia elétrica através de fontes de energias renováveis. Essa produção encontra-se normalmente distribuída pelo sistema Elétrico de Energia e diretamente ligada à rede de distribuição, o que vem a contrariar o antigo modelo de centralização da produção energética. A PD não só permite que a produção seja feita mais próxima dos consumidores, mas também provoca a redução de perdas de energia uma vez que se reduz o fluxo de potências nas linhas.[1]
4.3 Cogeração
Para a implantação de uma cogeração é necessária a existência de uma instalação consumidora que aproveite a energia térmica que é disponibilizada pela unidade de produção combinada de calor e eletricidade.
A cogeração assegura, normalmente, o dobro do aproveitamento da energia primária (ver figura 1) quando comparada com uma situação típica de produção exclusiva de energia eléctrica. Responde às políticas energéticas comunitárias e nacionais porque é uma tecnologia que permite racionalizar o consumo de combustíveis necessários à produção de energia útil. Responde também a medidas ambientais porque para fornecer a mesma energia final é utilizada menos energia primária, o que significa que as emissões para o ambiente são significativamente reduzidas. A cogeração, assume assim, um papel muito importante contra o aumento das emissões de CO2 para a atmosfera, e consequente cumprimento das metas assumidas no protocolo de Kyoto. [5]
4.4 Reconfiguração de Redes ( Redes Inteligentes )
Reduzindo Perdas
As redes de distribuição de Média tensão são normalmente operadas radialmente. Contudo, existe a possibilidade de alterar a disposição dos elementos da rede ( da topologia ), através da abertura e/ou fechamento de seccionadores/ interruptores que são estrategicamente localizados. Isto possibilita não só a redução das perdas ativas, como também minimiza as ações de controlo (abertura e fecho dos aparelhos de manobras) e da potência não fornecida.[9]
Como as redes de distribuição têm vários cenários ao longo do dia, a reconfiguração das redes permite diminuir as perdas energéticas consoante os cenários. Um exemplo é nas horas de ponta onde se transfere carga de zonas mais carregadas para as outras menos carregadas, diminuindo assim as perdas.
É importante referir o projecto InovGrid da EDP, que foi primeiro implementado na cidade de Évora e que se encontra agora em expansão por todo o país. Este visa adotar a rede elétrica de informação e equipamentos, permitindo a melhoria da qualidade de serviço, otimização dos investimentos, melhor gestão e controlo da rede, entre outras vantagens.[8] Esse projecto tem também como vantagem a diminuição das perdas energéticas nas redes de distribuição, uma vez que possibilita que no futuro haja uma melhor precisão dos valores das perdas e uma gestão de uma forma mais racional e eficaz da energia.[9]
5. Conclusões
Com base nos resultados obtidos, concluímos que a principal causa de perdas energéticas, a nível técnico, encontra-se associada ao transporte de energia. Verifica-se, portanto, que as perdas são provocadas sobretudo quer pela resistência, presente no Efeito de Joule, quer pelos transformadores.
Muitas das estratégias que procuram a redução destas perdas envolvem diminuir a distância de acesso à energia, o reaproveitamento da energia dissipada, bem como a melhoria do equipamento nas redes transporte. Também a gestão do transporte de energia, relacionada com a reconfiguração das redes, permite uma melhor economização dos recursos.
Em suma, perante uma maior necessidade de consumo por parte das tecnologias, é importante saber controlar os gastos energéticos e aumentar a eficiência com que se usa a energia.
Referências Bibliográficas
[1] Dissertação - “Caracterização das Perdas na Rede de Distribuição de Alta Tensão”, disponível em:
http://paginas.fe.up.pt/~ee03264/documentos/Dissertacao.pdf (Realizado em Julho de 2011)
[2] Electrical4u, “Hysteresis Eddy Current Iron or Core Losses and Copper Loss in Transformer”, disponível em:
http://www.electrical4u.com/hysteresis-eddy-current-iron-or-core-losses-and-cop per-loss-in-transformer/
( Última modificação em 2015 )
[3] ANEEL - Agência Nacional de Energia Elétrica, “Tratamento Regulatório De Perdas Não Técnicas”, disponível em:
http://www.relop.org/eventos/Documents/RELOP_Nov_2010/10%20-%20ANEEL%20-%20Perdas%20n%C3%A3o-t%C3%A9cnicas%20-%20Apresenta%C3%A7%C3%A3o.pdf ( Realizado em Novembro de 2010 )
[4] Pinto, L. M. Vilela, “Técnicas e tecnologias em instalações elétricas”, CERTIEL - Associação Certificadora de Instalações Eléctricas, 2003
[5] CogenPortugal, “O que é a cogeração”, disponível em:
http://www.cogenportugal.com/general_content/showInformation.aspx?mt=1&ml= 34&type=2
[6] Wikipédia, “Resistividade”, disponível em:
https://pt.wikipedia.org/wiki/Resistividade#cite_ref-serway_2-0
( Último modificado a 28 de setembro de 2015 )
[8] EDP - Energias de Portugal, “Redes de Energia + Inteligentes”, disponível em:
http://www.edpdistribuicao.pt/pt/rede/InovGrid/Pages/RedesdeEnergiaInteligent es.aspxena ( Último modificado em 2009 )
[9]Tese - “Identificação do potencial da redução de perdas em redes de distribuição”, disponível em:
http://paginas.fe.up.pt/~ee05136/Tese.pdf ( Realizado em Junho de 2010 ) [10] ERSE - Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, “Perdas nas redes de distribuição”, disponível em:
http://www.erse.pt/pt/electricidade/actividadesdosector/distribuicao/Paginas/R ND-Perdas.aspx (Último modificado em 2009 )
