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Ementa
– Introdução às Smart Grids
– Sistemas de Comunicação Aplicados em Smart Grids – Geração Eólica
– Tipos de Conversores Eletrônicos de Potência
– Geradores Eólicos empregados para o Processamento de Energia nas Smart Grids
– Técnicas de modulação para os Conversores – Técnicas de Controle para Geradores
Cronograma
Aula Data Conteúdo Atividade
1 23/09 Aula de Apresentação 2 30/09 Introdução às Smart Grids
3 07/10 Sistemas de Comunicação em Smart Grids
4 14/10 Geração Eólica Proposta de Projeto
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Bibliografia Principal
– Artigos Científicos sobre o tema
– J. Ekanayake, N. Jenkins, K. Liyanage, J. Wu. Smart Grid: Technology and Applications, Wiley, 1 ed., 2012
– J. Momoh. Smart Grid: Fundamentals of Design and Analysis, Wiley, 1 ed., 2012
– I. R. S. Casella, A. Anpalagan. Power Line Communications Systems for Smart Grids, IET, 1 ed., 2018
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Projeto sobre Smart Grids
– Trabalhos Individuais
– Análise por Simulação no Matlab
– Entregar por email, no dia 14/10, e em papel, no dia 14/10, a proposta de projeto contendo definição do tema escolhido, nome do aluno, descrição de 1 ou 2 páginas e as principais referências bibliográficas (redução exponencial da nota por dia de atraso)
Avaliação
Data Atividade
14/10 Entrega da Proposta do Projeto por Email 14/10 Entrega da Proposta Projeto em Papel 09/12 Entrega do Projeto Final
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Requisitos do Projeto
– Projeto final deve conter pelo menos 10 páginas de texto útil, incluindo introdução, descrição técnico-científica do trabalho, análise e conclusão (desconsiderar capa, índice, bibliografias, código etc)
– O tema do projeto deverá versar sobre smart grids (por exemplo, qual tecnologia pode ser usada como parte das smart grids, como implantar esta tecnologia etc)
– Análise matemática e/ou por simulação de algum parâmetro importante para aplicações em smart grids
– Usar 1 artigo do IEEE como base para o projeto
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Entrega Eletrônica do Projeto
– Relatório em pdf com nome do arquivo no formato: ENE501E_tema_nome_sobrenome_3t2018.pdf
– Apresentação em pdf com nome do arquivo no formato: ENE501E_tema_nome_sobrenome_pres_3t2018.pdf
– Código do Matlab (quando existir) zipado com nome do arquivo no formato: ENE501E_tema_nome_sobrenome_matlab_3t2018.zip – Enviar para o email: [email protected]
• O tema na nomenclatura acima deve ser simplificado e/ou abreviado
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Entrega em Papel do Projeto
– Os documentos acima deverão ser entregues também em versão impressa (a não entrega acarretará em redução de nota)
O que é
Energia?
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O que é Energia?
– É a capacidade de gerar trabalho!
• Ela não pode ser criada, apenas transformada (1a Lei da Termodinâmica)
O que é Energia?
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Quais as principais formas de energia?
– Mecânica, Elétrica, Química, Térmica
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Quais as principais fontes de geração de energia utilizadas
hoje em dia:
– Geradores Hidrelétricos, Geradores Eólicos, Geradores Nucleares, Geradores Térmicos, Paineis Fotovoltáicos, Rectennas, Baterias
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Preocupação
Ambiental?
Fontes
Renováveis
e
Sustentáveis?
O que é Energia?
Nos últimos anos, tem ocorrido mudanças significativas na forma de gerar energia
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O
problema
energético
está
presente
em
diversos
sistemas distintos!
– Isto desperta o interesse de diferentes tipos de pesquisadores, projetistas e gerentes de sistemas
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Qual sistema se pretende estudar?
– Veículos? Foguetes? Caldeiras? Fornos? Telefones Celulares? Computadores?
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Redes de Energia Elétrica
– É um problema energético interessante e importante!
– Muitos dos equipamentos que temos em nossas residências, nos comércios e nas indústrias operam com energia elétrica
O que é Energia?
Como otimizar o uso dos equipamentos? Como reduzir o consumo de energia?
Como evitar blackouts?
Como explorar de forma eficiente o uso de fontes de energia limpas e renováveis?
Redes de
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Redes de Energia Elétrica
– Conjunto de todas as instalações e equipamentos destinados à geração, transmissão e distribuição de energia elétrica (ABNT NBR-5460 – Sistemas Elétricos de Potência)
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Objetivo
– Fornecer energia aos consumidores finais atendendo a determinados padrões de confiabilidade, disponibilidade, qualidade,
segurança e custos
Redes de Energia Elétrica
Infelizmente, nos últimos 100 anos, a estrutura da rede de energia elétrica não sofreu mudanças significativas!!!
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Confiabilidade
– Representa a probabilidade de componentes, partes e sistemas realizarem suas funções requeridas por um dado período de tempo sem falhar
– Representa também o tempo que o componente, parte ou sistema levará para falhar (%)
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Disponibilidade
– Representa a probabilidade que o sistema esteja operando adequadamente quando requisitado para uso
– Ou, de outra forma, é a probabilidade que um sistema não está indisponível quando requisitado seu uso (%)
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Qualidade da energia
– Condição de compatibilidade entre o sistema fornecedor e a carga, atendendo critérios de conformidade senoidal (amplitude da tensão, frequência, desequilíbrios de tensão e corrente e forma de onda)
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Segurança
– Relacionado com a habilidade do sistema de responder a distúrbios que possam ocorrer no sistema
– Em geral, os sistemas elétricos são construídos para continuar operando após serem submetidos a uma contingência
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Rede de Energia Elétrica Convencional
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Níveis de Tensão (Brasil-MME)
– Geração:
• Padronizadas: 13.8 kV (mais comum)
– Transmissão:
• Padronizadas: 138, 230, 345 e 500 kV (mas tem 440 e 750 kV)
– Sub-Transmissão:
• Padronizadas: 34.5, 69 e 138 kV (mas tem 88 kV)
– Distribuição Primária:
• Padronizadas: 13.8 e 34.5 kV (mas tem 11.9 e 22.5 kV)
– Distribuição Secundária:
• Padronizadas: 127/220 V e 220/380 V (mas tem 110 V e 115/230 V)
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Geração
– Responsável pela produção da energia elétrica (Centrais Elétricas)
• A energia elétrica pode ser obtida pela conversão de diferentes formas de energia existentes!
– As fontes de energia convencionais mais comuns são a hídrica e térmica (carvão mineral, óleo combustível, gás natural, lixo ou nuclear)
– Atualmente, existe uma outra classe de fontes alternativas de energia em franco crescimento e que apresenta uma série de atrativos do ponto de vista ecológico, renovável e sustentável
– Dentre elas, se destacam a energia eólica e solar, além da energia hídrica
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Sistema de Transmissão
– Transporta a energia elétrica dos centros de geração aos centros de consumo
– Formado por Linhas de Transmissão, Transformadores, etc.
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Sistema de Transmissão
– No Brasil, as linhas de transmissão são classificadas de acordo com o nível de tensão de operação:
• A1 – tensão de fornecimento igual ou superior a 230 kV • A2 – tensão de fornecimento de 88 kV a 138 kV
• A3 – tensão de fornecimento de 69 kV
– A classe A1 representa o Sistema Interligado Nacional (SIN), também denominado rede básica
• Existem 77 concessionárias de serviços públicos de transmissão, responsáveis pela administração de mais de 100 mil Km de linhas.
• As empresas transmissoras também operam instalações inferiores a 230 kV, chamadas de Demais Instalações da Transmissão (DIT)
– As classes A2 e A3, representam as redes de sub-transmissão
• Quando não são de propriedade das empresas de transmiss’ao, são administradas pelas empresas de distribuição
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Redes de Distribuição
– Realizam a distribuição da energia elétrica recebida do sistema de transmissão aos consumidores finais
• Alimentam consumidores residenciais, consumidores comerciais e de serviços, e consumidores industriais de pequeno e médio porte
Redes de Energia Elétrica
Consumidor primário
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Redes de Distribuição de Média Tensão (MT)
– Os troncos dos alimentadores operam na tensão de 13,8 kV
• A potência máxima seria de 12 MVA
• Limita a transferência de blocos de carga entre alimentadores em torno de 8 MVA
– Essas redes atendem os consumidores primários e aos transformadores de distribuição (estações transformadoras)
– Podem ser aéreas ou subterrâneas
• As primeiras são mais difundidas devido ao seu custo menor,
• As segundas têm grande aplicação em áreas de maior densidade de carga (zona central de uma metrópole)
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Redes de Distribuição de em Baixa Tensão (BT)
– O objetivo das redes em baixa tensão é transportar eletricidade das redes de média tensão para os consumidores de baixa tensão
– A rede BT representa o nível final na estrutura de um sistema de potência
– Um grande número de consumidores do setor residencial, é atendido pelas redes em BT
– Tais redes são em geral operadas manualmente, nas tensões de 220/127 V ou 380/220 V
Principais Fontes
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Principais Fontes Renováveis
– Uma fonte renovável não se esgota e pode ser reaproveitada – As principais fontes renováveis são a hídrica, solar e eólica
– Elas se destacam adicionalmente por serem ecologicamente sustentáveis
– A maior parte da energia elétrica gerada atualmente no Brasil é proveniente de usinas hidroelétricas
– Uma parte deste potencial já é utilizado. Há atualmente mais de 110 usinas hidrelétricas em funcionamento
– Mas há muitos locais nos quais essa modalidade de energia primária ainda pode ser explorada no Brasil
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Fontes de Energia no Brasil (2014)
Principais Fontes Renováveis
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Fontes de Energia no Brasil (2019)
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Principais Usinas Hidrelétricas no Brasil (PAC1 e PAC2)
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Capacidade Eólica Instalada no Mundo
– Geração eólica cresce no mundo à uma taxa de 30% ao ano
– Capacidade eólica instalada no mundo passou de 23,9 GW em 2001 para 539,5 GW em 2017
– Asia é o continente com a maior capacidade eólica instalada. Em 2017, atingiu a marca de 25 GW
– Brasil está entre os 10 maiores produtores de energia eólica do mundo
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Capacidade Eólica Instalada no Mundo em 2017
Principais Fontes Renováveis
China 188,23 GW Estados Unidos 89,07 GW Alemanha 56,13 GW Índia 32,84 GW Espanha 23,17 GW Reino Unido 18,87 GW França 13,75 GW Brasil 12,76 GW Canadá 12,23 GW Itália 9,47 GW 15,1 GW (2019)
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Potencial Eólico no Brasil
– Potencial eólico de 140 GW (Ministério de Minas e Energia)
• Quase 50% a mais que toda a energia utilizada no país
– Região Nordeste é a que possui maior potencial eólico, com 75 GW
(metade da capacidade de todo o país)
• A maioria das usinas existentes se encontram nessa região
– Região Sudeste com potencial de 29,7 GW
– Região Sul com potencial de 22,8 GW
– Região Norte com potencial de 12,8 GW
– Região Centro-oeste com potencial de 3,1 GW
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Potencial Eólico
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Capacidade Eólica Instalada no Brasil
– Considerando todas as fontes de energia, o Brasil totalizou uma capacidade instalada de 151,89 GW em janeiro de 2017
• Acréscimo de 10,2 GW em um ano, sendo 5,9 GW hidráulica, 2,47 GW eólica, 1,7 GW térmica e 62 MW solar
– Número de parques eólicos passou de 86 em Janeiro de 2013 para
457 parques em Julho de 2017
• Capacidade eólica instalada cresceu 31% em relação a 2016, ficando a frente de fontes como hidráulica (6,5%) e térmica (4,1%)
• Outros 287 parques com 6,60 GW estarão prontos até 2020
• Previsão do Plano Decenal de Expansão de Energia é que a matriz de capacidade eólica instalada chegue a 24 GW até 2024
– Em 02/2018, 518 parques eólicos instalados produzindo 13 GW e o ranking brasileiro dos principais estados produtores era:
Principais Fontes Renováveis
Rio Grande do Norte 3.722 MW 137 parques Bahia 2.594 MW 100 parques Ceará 1.950 MW 75 parques Rio Grande do Sul 1.831 MW 80 parques Piauí 1.443 MW 52 parques Pernambuco 781 MW 34 parques Santa Catarina 238 MW 14 parques Maranhão 220 MW 8 parques Paraíba 157 MW 15 parques Sergipe 34 MW 1 parque Rio de Janeiro 28 MW 1 parque Paraná 2,5 MW 1 parque
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Localização dos Principais Parques Eólicos no Brasil
– Alguns parques importantes no Brasil
Principais Fontes Renováveis
Nome Capacidade
instalada (MW) Estado
Parque Eólico de Osório 150 Rio Grande do Sul Usina de Energia Eólica de
Praia Formosa 104 Ceará
Parque Eólico Alegria 51 Rio Grande do Norte Parque Eólico de Rio do Fogo 49 Rio Grande do Norte
Parque Eólico Eco Energy 25 Ceará
– Em 2018 (ABEEólica), a participação da energia eólica na matriz energética brasileira chegou a mais de 8%, alcançando o equivalente ao produzido pela hidrelétrica de Itaipu
• Itaipu tem capacidade instalada de 14 GW
– Em 04/2019 (ABEEólica), a capacidade eólica instalada chegou a
15,1 GW
• 7 mil aerogeradores, em 601 parques eólicos de 12 estados diferentes • Outros 4,6 GW já contratados ou em construção
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Desvantagem? Quais?
– Apesar de não queimar combustíveis fósseis ou emitir poluentes, os parques de geração eólica trazem alterações na paisagem, podem apresentar riscos às aves migratórias, emitir um certo nível de ruído ou interferir em transmissões de TV
– Outro ponto é a relação custo-benefício desses projetos, que representa desvantagens em regiões nas quais o vento não é constante ou varia em intensidade
