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ET720 – Sistemas de Energia Elétrica I
• Horário das aulas: Segunda (19h-21h) e Quarta (21h-23h)
• Prof.: Walmir Freitas (Sala: 211A)
• E-mail: walmir@dsee.fee.unicamp.br
• Fone: (19) 35213740
• Material disponível no Ensino Aberto (transparências)
• Auxiliar: Ricardo Torquato Borges (torquato@dsee.fee.unicamp.br – LE41)
Calendário
AGOSTO
Dom Seg Ter Qua Qui Sex Sáb
1
2 3 (Aula 01) 4 5 (Aula 02) 6 7 8
9 10 (Aula 03) 11 12 (Aula 04) 13 14 15
16 17 (Aula 05) 18 19 (Aula 06) 20 21 22
23 24 (Aula 07) 25 26 (Aula 08) 27 28 29
30 31 (Aula 09)
SETEMBRO
Dom Seg Ter Qua Qui Sex Sáb
1 2 (Aula 10) 3 4 5
6 7 8 9 (Aula 11 - P1) 10 11 12
13 14 (Aula 12) 15 16 (Aula 13) 17 18 19
20 21 (Aula 14) 22 23 (Aula 15) 24 25 26
27 28 (Aula 16) 29 30 (Aula 17)
OUTUBRO
Dom Seg Ter Qua Qui Sex Sáb
1 2 3
4 5 (Aula 18) 6 7 (Aula 19) 8 9 10
11 12 13 14 (Aula 20 – P2) 15 16 17
18 19 (Aula 21) 20 21 (Aula 22) 22 23 24
25 26 (Aula 23) 27 28 29 30 31
NOVEMBRO
Dom Seg Ter Qua Qui Sex Sáb
1 2 3 4 (Aula 24) 5 6 7
8 9 (Aula 25) 10 11 (Aula 26) 12 13 14
15 16 (Aula 27) 17 18 (Aula 28) 19 20 21
22 23 (Aula 29) 24 25 (Aula 30 – P3) 26 27 28
29 30
DEZEMBRO
Dom Seg Ter Qua Qui Sex Sáb
1 2 3 4 5
6 7 8 9 - EXAME 10 11 12
13 14 15 16 17 18 19
Dias não letivos Avaliação de curso Semana de exames
Critério de Avaliação
• Três provas
• M = (P1 + P2 + P3)/3
• M 5,0 APROVADO MF = M
• M < 5,0 EXAME MF = (M+E)/2
• Exame valerá como prova substitutiva apenas se o aluno se ausentar em uma prova
• Datas:
Prova 1 (P1): 09/09
Prova 2 (P2): 14/10
Prova 3 (P3): 25/11
Exame (E): 09/12
Ementa
1. Introdução aos sistemas da energia elétrica (SEE)
• Níveis de geração, transmissão e distribuição
2. Cálculo de fluxo de carga
• Representação por fase
• Formulação nodal das equações de corrente
• Formulação nodal das equações de potência
• Métodos de solução (Newton e desacoplados)
Ementa
3. Geradores síncronos
• Estabilidade transitória e critério de áreas iguais
4. Análise de defeitos (curtos-circuitos)
• Curtos-circuitos balanceados
• Curtos-circuitos desbalanceados
• Cálculo de curto-circuito
Ementa
5. Linhas de transmissão
• Cálculo de parâmetros típicos e uso de tabelas
• Circuito equivalente
• Carregamento característico
• Limites térmico e de estabilidade
• Transmissão em corrente contínua
Referências
• A.J. Monticelli, A.V. Garcia, Introdução a sistemas de energia elétrica, Unicamp, 1999.
• J.J. Grainger, W.D. Stevenson, Power system analysis, McGraw-Hill, 1994.
• O.I. Elgerd, Electric energy systems theory: an introduction, McGraw-Hill, 1982.
• Notas de aula:
Prof. Carlos Castro: www.dsee.fee.unicamp.br/~ccastro
Prof. Ruth Leão: http://www.dee.ufc.br/~rleao/disciplina.htm
Prof. Thomas Overbye: http://courses.engr.illinois.edu/ece476/
• Outros livros, artigos selecionados de revistas especializadas e URLs serão indicados para cada capítulo.
GTD: Geração, Transmissão e Distribuição
Geração, Transmissão e Distribuição (GTD) de Energia Elétrica
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Geração, Transmissão e Distribuição (GTD) de Energia Elétrica
Fonte: Atlas de Energia Elétrica do Brasil: 3a. Edição, ANEEL, 2008
Panorama Nacional
Geração
• Capacidade instalada de 134.694.061 kW (3.624 empreendimentos em operação).
• Está prevista para os próximos anos a adição de 36.430.976 kW (201 empreendimentos em construção e
587 outorgados)
Legenda
CGH Central Geradora Hidrelétrica
CGU Central Geradora Undi-Elétrica
EOL Central Geradora Eolielétrica
PCH Pequena Central Hidrelétrica
SOL Central Geradora Solar Fotovotaica
UFV Usina Fotovoltaica
UHE Usina Hidrelétrica de Energia
UTE Usina Termelétrica de Energia
UTN Usina Termonuclear
Fonte: BIG: Banco de Informações de Geração – ANEEL (24/02/2015).
Empreendimentos em Operação
Tipo Quantidade Potência
Outorgada (kW) Potência
Fiscalizada (kW) %
CGH 488 310.507 312.142 0,23
EOL 249 5.514.601 5.427.489 4,03
PCH 472 4.774.962 4.753.509 3,53
UFV 317 19.179 15.179 0,01
UHE 201 87.308.965 84.319.838 62,6
UTE 1.895 39.398.939 37.875.904 28,12
UTN 2 1.990.000 1.990.000 1,48
Total 3.624 139.317.153 134.694.061 100
Empreendimentos em Construção
Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) %
CGH 1 848 0
EOL 122 3.218.910 14,58
PCH 40 444.539 2,01
UHE 11 15.269.142 69,14
UTE 26 1.801.315 8,16
UTN 1 1.350.000 6,11
Total 201 22.084.754 100
Empreendimentos com Construção não iniciada
Tipo Quantidade Potência Outorgada (kW) %
CGH 42 28.149 0,2
CGU 1 50 0
EOL 279 6.711.104 46,78
PCH 131 1.893.877 13,2
UFV 2 58.548 0,41
UHE 4 447.000 3,12
UTE 128 5.207.494 36,3
Total 587 14.346.222 100
Geração
Fonte: BIG: Banco de Informações de Geração –
ANEEL (01/09/2014).
Nº Agentes do Setor Potência Instalada
(kW)
1º Companhia Hidro Elétrica do São Francisco
CHESF 10.615.131
2º Furnas Centrais Elétricas S/A.FURNAS 9.907.492
3º Centrais Elétricas do Norte do Brasil S/A.
ELETRONORTE 9.191.214,10
4º Companhia Energética de São Paulo CESP 7.461.270
5º Tractebel Energia S/A TRACTEBEL 7.321.718,23
6º Itaipu Binacional ITAIPU 7.000.000
7º CEMIG Geração e Transmissão S/A CEMIG-GT 6.818.176
8º Petróleo Brasileiro S/A PETROBRÁS 6.139.374,60
9º Copel Geração e Transmissão S.A. COPEL-GT 4.929.407
10º AES Tietê S/A AES TIETÊ 2.652.05
Os 10 Agentes de Maior Capacidade Instalada no País (Usinas em Operação)
Geração
Installed capacity
Production 2011
Source: IEA/The World Bank
Geração
Fonte: José da Costa Carvalho Neto (Presidente da ELETROBRAS), DESAFIOS DO SETOR ELÉTRICO 2011-2030, XXI SNPTEE, Florianópolis, 2011.
Geração
Source: World Bank (World Development Indicators 2011)
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1971 1975 1979 1983 1987 1991 1995 1999 2003 2007 2011
kW
h
Consumo per capita de energia elétrica
Brasil
Portugal
EUA
Geração
Fonte: José da Costa Carvalho Neto (Presidente da ELETROBRAS), DESAFIOS DO SETOR ELÉTRICO 2011-2030, XXI SNPTEE, Florianópolis, 2011.
Geração
O papel da eficiência energética e da geração distribuída (pelos consumidores) deverá (e tem que) crescer nos próximos anos.
Projeção da demanda a ser atendida pela rede
Projeção da demanda total
Conservação
Auto produção
Cenário de crescimento da demanda no Brasil
Transmissão
SIN: Sistema
Interligado Nacional
103.000 km de linhas
de transmissão
Fonte: Operador Nacional do Sistema - ONS
Transmissão
Extensão das Linhas de Transmissão do SIN - km
Tensão 2007 2008 2009 2010 2011 Var % 11/10
230kV 37.155,5 37.709,9 41.436,8 43.184,5 45.708,7 5,85
345kV 9.772,1 9.772,1 9.783,6 10.060,5 10.061,9 0,01
440kV 6.671,2 6.671,2 6.671,2 6.670,5 6.680,7 0,15
500kV 29.392,2 31.868,3 33.196,3 34.356,2 35.003,4 1,88
600kV CC(*) 3.224,0 3.224,0 3.224,0 3.224,0 3.224,0 -
750kV 2.683,0 2.683,0 2.683,0 2.683,0 2.683,0 -
SIN 88.897,9 91.928,4 96.994,8 100.178,7 103.361,7 3,18
Os valores acima referem-se à rede básica que são as instalações com tensão maior ou igual a 230kV,
soma-se ainda os ativos de conexão de usinas e interligações internacionais ligados diretamente à rede
básica. Houve um crescimento de 3,18% em relação a 2010, sendo adicionados aproximadamente 3.183
km de novas linhas de transmissão.
(*) A extensão dos circuitos 600kV CC correspondem à extensão de cada bipolo, sendo que pode haver
operação independente por polo. Considerando-se esta possibilidade a extensão total é de 3.224,0 km.
Fonte: Operador Nacional do Sistema - ONS
Transmissão
Fonte: Operador Nacional do Sistema - ONS
44,22%
9,73% 6,46%
33,86%
3,12%
2,60%
230kV
345kV
440kV
500kV
600kV CC(*)
750kV
Extensão das Linhas de Transmissão do SIN - km
Transmissão
Capacidade de Transformação - MVA - Tensões 230 kV e
Acima
Tensão 2007 2008 2009 2010 2011 Var % 11/10
230kV 50.687,5 53.938,8 57.166,8 60.519,5 64.645,8 6,82
345kV 39.595,1 39.595,1 40.345,1 41.370,1 43.720,1 5,68
440kV 17.800,9 18.850,9 18.850,9 19.450,9 22.015,9 13,19
500kV 85.572,0 90.216,0 95.013,0 98.235,0 99.885,0 1,68
600kV CC
750kV 22.500,0 22.500,0 22.500,0 22.500,0 22.500,0 -
SIN 216.155,5 225.100,8 233.875,8 242.075,5 252.766,8 4,42
Considera transformadores com nível de tensão maior ou igual a 230 kV, incluindo transformadores de
compensadores síncronos e de compensadores estáticos, transformadores das estações conversoras de Foz do
Iguaçu, de Ibiúna e de Garabi, transformadores de bancos de capacitores e filtros, não incluindo transformadores
elevadores de usinas.
Fonte: Operador Nacional do Sistema - ONS
Transmissão
Fonte: José da Costa Carvalho Neto (Presidente da ELETROBRAS), DESAFIOS DO SETOR ELÉTRICO 2011-2030, XXI SNPTEE, Florianópolis, 2011.
Transmissão
Fonte: José da Costa Carvalho Neto (Presidente da ELETROBRAS), DESAFIOS DO SETOR ELÉTRICO 2011-2030, XXI SNPTEE, Florianópolis, 2011.
• Built to export electricity from new hydro power plants on the Madeira River in the Amazon Basin
(Santo Antonio and Jirau Dam) to major load centers in southeastern Brazil
• 2 bipoles, ±600 kV (HVDC), 3,150 MW each, 2,375 km
• single twelve-pulse bridge per pole
• 2 × 400 MVA back-to-back, capacitor commutated
converters
• Operational since December 2013
• ABB and Alstom (stations), Abengoa (link)
• Currently (2014) the longest
transmission link in the world!
Madeira River Hydroelectric Complex Transmission System
Porto Velho
Converter Station
(Madeira River
Terminal)
Source: ABB Inc.
Distribuição - Fornecimento de energia: 2010 (15 principais distribuidoras)
Empresa Consumo de Energia
Elétrica em MWh
Receita de Fornecimento de
Energia Elétrica (R$)
Receita de Fornecimento de
Energia Elétrica com Tributos (R$)
Tarifa Média de
Fornecimento (R$/MWh)
Tarifa Média de Fornecimento com
Impostos (R$/MWh)
Totais 329.408.350,59 83.727.230.828,55 113.323.048.676,58 254,17 344,02 ELETROPAULO - ELETROPAULO METROPOLITANA ELETRICIDADE DE SÃO PAULO S/A 37.757.368,70 8.478.889.435,43 11.130.915.872,72 224,56 294,80
CEMIG-D - CEMIG DISTRIBUIÇÃO S/A 25.777.387,55 7.312.835.059,00 9.925.666.097,09 283,69 385,05
COPEL-DIS - COPEL DISTRIBUIÇÃO S/A 22.926.212,03 4.970.873.089,17 7.278.552.137,34 216,82 317,48
CPFL-PAULISTA - COMPANHIA PAULISTA DE FORÇA E LUZ 21.782.976,78 5.355.094.007,58 6.870.850.407,13 245,84 315,42
LIGHT - LIGHT SERVIÇOS DE ELETRICIDADE S/A. 20.390.950,42 5.853.422.923,38 8.345.666.258,12 287,06 409,28
COELBA - COMPANHIA DE ELETRICIDADE DO ESTADO DA BAHIA 15.633.537,10 3.801.686.410,86 5.195.544.640,35 243,18 332,33
CELESC-DIS - CELESC DISTRIBUIÇÃO S.A. 15.221.630,03 3.728.429.965,93 4.995.349.618,46 244,94 328,17
ELEKTRO - ELEKTRO ELETRICIDADE E SERVIÇOS S/A. 12.546.217,03 3.155.176.356,92 4.092.954.110,92 251,48 326,23
CELG-D - CELG DISTRIBUIÇÃO S.A. 11.114.145,18 2.619.446.246,57 3.974.443.898,99 235,69 357,60
CELPE - COMPANHIA ENERGÉTICA DE PERNAMBUCO 10.670.395,89 2.669.323.888,77 3.562.256.973,91 250,16 333,84
COELCE - COMPANHIA ENERGÉTICA DO CEARÁ 9.422.930,74 2.193.004.113,93 3.072.125.056,51 232,73 326,03
BANDEIRANTE - BANDEIRANTE ENERGIA S/A. 9.399.331,60 2.440.356.216,65 3.165.294.767,85 259,63 336,76
AMPLA - AMPLA ENERGIA E SERVIÇOS S/A 9.210.693,61 3.008.443.582,51 4.372.853.046,94 326,63 474,76
CPFL- PIRATININGA - COMPANHIA PIRATININGA DE FORÇA E LUZ 9.065.114,46 2.239.195.540,98 2.899.544.756,39 247,01 319,86 CEEE-D - COMPANHIA ESTADUAL DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA 7.930.588,18 1.945.618.703,51 2.623.159.442,10 245,33 330,76
Fonte: Agência Nacional de Energia Elétrica - ANEEL
Sistema de Distribuição - exemplo
Sistema de Distribuição - exemplo
• Cemig-D:
o ~ 475.000 km de redes de distribuição
Linhas urbanas: 97,9 mil km
Linhas rurais: 359,6 mil km
Linhas de sub-transmissão: 17 mil km
o ~7 milhões de consumidores
Sistema de Distribuição - exemplo
Fonte: AES Eletropaulo – ANEEL: Seminário Internacional – Medição Eletrônica
Consumo de energia elétrica
Fonte: Atlas de energia elétrica do Brasil – 3ª. Edição, ANEEL.
Número de consumidores: ~ 67 milhões
Consumo de energia elétrica
Fonte: Atlas de energia elétrica do Brasil – 3ª. Edição, ANEEL.
Estrutura institucional do setor elétrico brasileiro
Estrutura verticalizada × estrutura desregulamentada
Panorama Nacional versus Internacional
Geração de energia elétrica - Brasil
Fonte: IEA – International
Energy Agency.
Geração de energia elétrica - EUA
Fonte: IEA – International
Energy Agency.
Geração de energia elétrica - EUA
Fonte Tempo Carvão 9,4 horas Gás natural 6,5 horas Nuclear 4,6 horas Hidroelétrica 1,7 horas Eólica 59,5 min Biomassa 21,3 min Petróleo 14,54 min Geotérmica 5,9 min Solar 3,3 min Outros gases 10,8 min Total 24 horas
Participação das fontes primárias na produção de eletricidade nos EUA durante 24 horas.
Fonte: DoE (Department of Energy) – dados 2013
22,2 horas
US ELECTRICITY SALES IN 2005
total sales: 3,660 million MWh
total revenues: $ 228 billion
residential
1,356 TWh
industrial
1,275 TWh
commercial
1,019 TWh
other
7.5 TWh
residential
$ 128 billion
industrial
$ 110 billion
commer-
cial $ 58 billion
other
$ 0.6
billion
Source : Energy Information Administration, Form EIA-861, “Annual Electric Utility data” released November 2006
Geração de energia elétrica - UE
Fonte: IEA – International
Energy Agency.
Geração de energia elétrica - China Fonte: IEA – International
Energy Agency.
Geração de energia elétrica - Mundo Fonte: IEA – International
Energy Agency.
A View of The Power Grid
Fred C. Schweppe (1934-1988)
Professor of Electrical Engineering, MIT US Power grid
“I worked on aerospace problems for many years before converting to power systems, and, in my opinion at least, power problems are tougher in many respects.
... The number of variables [in a power system] is huge, and many types of
uncertainties are present. ... Few if any aerospace problems yield such a challenging set of conditions.”
– Fred. C. Schweppe, 1970
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