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1 1
Planejamento de Sistemas Energéticos
/ Elétricos
Prof. Bruno Henriques Dias
Introdução à Engenharia Elétrica
Universidade Federal de Juiz de Fora
2
Áreas
Telecomunicações
Eletrônica Robótica e
Automação
Sistemas de
Potência Energia
Elétrica
Engenharia Elétrica
3
Energia e Desenvolvimento
A Energia é fator de alto impacto no desenvolvimento
O IDH leva em consideração, entre outros fatores,
o nível de eletrificação dos países
4 4
Energia e Desenvolvimento
High
██ 0.950 and over
██ 0.900–0.949
██ 0.850–0.899
██ 0.800–0.849
Medium
██ 0.750–0.799
██ 0.700–0.749
██ 0.650–0.699
██ 0.600–0.649
██ 0.550–0.599
██ 0.500–0.549
Low
██ 0.450–0.499
██ 0.400–0.449
██ 0.350–0.399
██ under 0.350
██ not available
5
Energia e Desenvolvimento
0,961 (4)
0,951 (12)
0,800 (70)
0,946 (16)
0,952 (10)
0,935 (22)
0,869 (38)
0,867 (40)
0,953 (8)
0,962 (3)
0,336 (177)
0,695 (117) 0,384 (172)
0,591 (131)
6
Energia e Desenvolvimento
DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
Conceito que surgiu na década de 80, na ONU ,que visa
o compromisso entre Necessidade de Desenvolvimento e
Proteção ao Meio Ambiente.
“Desenvolvimento Sustentável: é aquele que satisfaz as
necessidades das gerações presentes, sem afetar a
capacidade das gerações futuras de também satisfazerem
suas próprias necessidades ”
Maria Paula Burattini
7
Energia e Desenvolvimento
Protocolo de Kyoto - redução de gases de efeito estufa
através de metas para os países
Mecanismos de Desenvolvimento Limpo
Mercado de Créditos de Cabono
Europa Brasil
$$$
Creditos Carbono
8 8
Sistemas de
potência
Engenharia Elétrica
9 9
Engenharia Elétrica
Geração
10 10
Engenharia Elétrica
Geração
11 11
Engenharia Elétrica
Geração
12 12
Engenharia Elétrica
Geração
13 13
Engenharia Elétrica
Geração
14 14
Engenharia Elétrica
Transmissão
15 15
Engenharia Elétrica
Transmissão
16
Engenharia Elétrica
Distribuição
17
Engenharia Elétrica
Distribuição
18
Engenharia Elétrica
Distribuição
19 19
6,9kV – 30kV 230kV – 750kV 69kV – 138kV 13,8 kV-23,1kV
110V-220V Rede Básica
Sistema Elétrico de Potência
20
Consumidor Cativo: adquire energia da Distribuidora a cuja
rede esteja conectado, sujeitando-se a tarifas regulamentadas.
Consumidor Livre: adquire energia de qualquer Distribuidora,
com legislação específica. Existe pré-requisito de tensão e
consumo.
Distribuidor: fornece EE ao consumidor final. Deve conceder
livre acesso a todos os consumidores de sua zona de atuação,
mesmo não comprando energia dessa distribuidora.
Transmissão: A entrada de novos agentes de transmissão, que
não precisam ser membros da CCEE, ocorre por meio de
licitação para construção de novas linhas.
Geração: Geradores Públicos, Privados, PIE,
e Auto-produtores
Sistema Elétrico de Potência
21
Quem controla o setor?
Organização do Setor: Novo Modelo
CNPE – Conselho Nacional de Política Energética.
Homologação da política energética, em articulação com as demais políticas públicas.
Órgão interministerial, coordenado pelo ministro do MME.
CMSE – Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico.
Monitoramento das condições de atendimento e recomendação de ações preventivas
para garantir a segurança do suprimento.
MME – Ministério de Minas e Energia.
Formulação e implementação de políticas para o setor energético, de acordo com as
diretrizes do CNPE
EPE – Empresa de Pesquisa Energética.
Execução de estudos para definição da Matriz Energética e planejamento da expansão
do setor elétrico (geração e transmissão)
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
Regulação e fiscalização, zelando pela qualidade dos serviços prestados,
universalização do atendimento e pelo estabelecimento de tarifas para consumidores
finais.
ONS – Operador Nacional do Sistema.
Coordenação e controle da operação da geração e da transmissão no sistema elétrico
interligado
CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica.
Administração de contratos, liquidação do mercado de curto prazo, Leilões de
Energia.
© ONS
22
Quem controla o setor?
Organização do Setor: Novo Modelo
CNPE – Conselho Nacional de Política Energética.
Homologação da política energética, em articulação com as demais políticas públicas.
Órgão interministerial, coordenado pelo ministro do MME.
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
Regulação e fiscalização, zelando pela qualidade dos serviços prestados,
universalização do atendimento e pelo estabelecimento de tarifas para consumidores
finais.
ONS – Operador Nacional do Sistema.
Coordenação e controle da operação da geração e da transmissão no sistema elétrico
interligado
CCEE – Câmara de Comercialização de Energia Elétrica.
Administração de contratos, liquidação do mercado de curto prazo, Leilões de
Energia.
23
Quem controla o setor?
Organização do Setor: Novo Modelo
CMSE – Comitê de Monitoramento do Setor Elétrico.
Monitoramento das condições de atendimento e recomendação de ações preventivas
para garantir a segurança do suprimento.
MME – Ministério de Minas e Energia.
Formulação e implementação de políticas para o setor energético, de acordo com as
diretrizes do CNPE
EPE – Empresa de Pesquisa Energética.
Execução de estudos para definição da Matriz Energética e planejamento da expansão
do setor elétrico (geração e transmissão)
24
Brasil: Dimensões Continentais
Sistema Elétrico de Potência
25
Sistema Elétrico de Potência
26 Fonte: ONS
© ONS
Sistema Elétrico de Potência
27 27
Problemas de Otimização
Problema 1: Plan. Expansão da Transmissão
Qual a melhor maneira de fazer?
Desejo ampliar o sistema de transmissão em
determinado trecho.
Qual o melhor caminho?
Quantas linhas construir?
O que quero melhorar (otimizar)?
28 28
230 kV 750 kV
Problemas de Otimização
29 29
Sistema Garver
Características do Sistema:
• 6 barras
• 45 circuitos candidatos (15x3)
• 6 circuitos existentes
• Demanda total = 760 MW
1
2
3
4
5
6 scombinaçõe104 915
Problemas de Otimização
30 30
Sistema Garver
Problemas de Otimização
31 31
Problemas de Otimização
Sistema Equiv. Da Região Sul do Brasil
32 32
Problemas de Otimização
Sistema Equiv. Da Região Sul do Brasil
Características do Sistema:
• 46 barras
• 158 circuitos candidatos (79x2)
• 66 circuitos existentes
• Demanda total = 6880 MW
79 373 =10 combinações
33
Brasil: Sistema Hidrotérmico
Planejamento da Operação
34
Matriz de Energia Elétrica Brasileira
Fonte: EPE – BEN 2008
Planejamento da Operação
35
Planejamento da Geração
Como gerar energia e calcular o preço?
Planejamento da Operação
Dado que o sistema está suprindo a carga,
quanto custa gerar um MWh adicional?
36
Custo Marginal da Operação
Formação de Preços
© CCEE
37
Custo Marginal da Operação
Formação de Preços
© CCEE
350
SE/CO
180
250
120
90 Geração
Efetiva
860 MWh
Custo de Geração
[ R$/MWh ]
Custo de Geração
[ R$/MWh ]
350
320
120
Geração
Efetiva
450 MWh
SUL
CMO
95,00
[R$/MWh]
CMO
6,48
[R$/MWh] GH5 = 6,00
GH4 = 6,20
GH3 = 6,25
GT2 = 95,00
GT1 = 130,00
130 95 6,25 6,20 6,00 R$/MWh
GH8 = 6,25
GH7 = 6,48
GT6 = 100,00
100 6,48 6,25 R$/MWh
38
Custo Marginal da Operação
Formação de Preços
© CCEE
Custo de Geração
[ R$/MWh ]
Custo de Geração
[ R$/MWh ] Geração
Efetiva
515 MWh Geração
Efetiva
400 MWh
120
80
GH13 = 6,20
GH12 = 6,25
140 GH11 = 6,30
100 GT10 = 7,10
90 GT9 = 80,00
CMO
80,00
[R$/MWh]
CMO
7,00
[R$/MWh]
100
120
GH18 = 6,00
GH17 = 6,20
80 GH16 = 6,25
160 GH15 = 7,00
100 GT14 = 120,00
NORTE NE
80 7,10 6,30 R$/MWh 6,25 6,20
120 7,00 6,25 R$/MWh 6,20 6,00
39
Formação de Preços
• O PLD é baseado no Custo Marginal de Operação (CMO), com
algumas diferenças
– Primeira diferença: simplificações no despacho
– Segunda diferença: limites mínimo (PLD Min) e máximo (PLD
Máx)
• O PLD é limitado por um preço limite e um mínimo
(atualmente R$534,30/MWh e R$17,59/MWh)
• O cálculo é realizado em todo último dia útil da semana,
considerando informações previstas de disponibilidade e carga
SE/CO
CMO
95,00
[R$/MWh]
LimitesPLD: mín 12,20 R$/MWh ,
máx 727,52 R$/MWh
Preço de Liquidação das Diferenças
PLD
95,00
R$/MWh
CMO
6,48
[R$/MWh]
SUL
PLD
12,20
R$/MWh
NORTE
CMO
80,00
[R$/MWh]
PLD
80,00
R$/MWh
NE
CMO
7,00
[R$/MWh]
PLD
12,20
R$/MWh
40 40
minimizar o
custo de
combustível
esvaziando os
reservatórios
manter os
reservatórios
cheios e usar
geração
termoelétrica
baixas
baixas
altas
altas
déficit
vertimento
Conseqüências
operativas
Afluências
FuturasDecisão
operação econômica
operação econômica
Planejamento da Operação
41 41
Problemas de Otimização
Problema 2: Planejemento da Operação (Geração)
Preciso atender a uma carga.
Qual o horizonte considerar?
Quais usinas vou ligar ou desligar?
Qual a melhor forma de fazer (otimizar)?
42 42
Geração
Térmica
Geração
Hidráulica
Reservatório
Subestação Casa de Força
Vertedouro
Vazão
Turbinada
Vazão
Vertida
Vazão
Defluente
Barragem
Geração Hidráulica
43 43
Geração Hidráulica
44 44
Geração Hidráulica
45 45
Geração Hidráulica
ITAIPU – Abril 1981
46 46
Geração Hidráulica
47 47
Desvantagens da Geração Hidráulica:
Inundações de grandes áreas
Construção cara e demorada
Vantagens da Geração Hidráulica:
Energia limpa e renovável
Baixo custo de operação (água)
Armazenamento de água potável (reservatórios)
Operação dependente das condições meteorológicas
Geração Hidráulica
48 48
Sistema Elétrico de Potência - GeraçãoTermoelétrica
320 MW
CICLO COMBINADO
1/3 do fornecimento do Ceará
2 TURBINAS GN
1 TURBINA VAPOR
Geração Termelétrica
49 49
Desvantagens da Geração Térmica:
Poluição Ambiental ( Emissão de Poluentes )
Alto custo de Operação ( Consumo de Combustível )
Vantagens da Geração Térmica:
Baixo Impacto Geográfico
Implantação próximas aos centros de consumo
Construção mais rápida e barata em relação as UHEs
Maior Risco Cambial ( Importação de GN )
Geração Termelétrica
50 50
51 51
Geração Hidráulica
52
SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO
CT/MO
Jaguari
Paraibuna
I.Solteira
P.Primavera
Capivara
Chavantes Jurumirim
Á.Vermelha
T.Irmãos
Promissão
Barra Bonita
Caconde
Marimbondo
São Simão
Itumbiara Emborcação
Bocaina
Três Marias
Miranda Nova Ponte
Camargos
Furnas
Peixoto
Ibitinga
Bariri
Limoeiro
Avanhandava
E.Cunha
Itaipu
Ilha Grande
S.Grande
Canoas II Rosana
Taquaruçu
Canoas I
Jupiá
P.Colômbia
Cachoeira Dourada
Estreito
Itutinga
Funil
Jaguara
Igarapava V.Grande
C.Branco I
C.Branco II
Cemig
Furnas
Tietê
Cesp
Paranapanema C. Dourada Itaipu Futuras
53
TIPOS DE RESERVATÓRIOS
CT/MO
Usinas com reservatório de regularização
Usinas a fio d’água
54
SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO
CT/MO
Jaguari
Paraibuna
I.Solteira
P.Primavera
Capivara
Chavantes Jurumirim
Á.Vermelha
T.Irmãos
Promissão
Barra Bonita
Caconde
Marimbondo
São Simão
Itumbiara Emborcação
Bocaina
Três Marias
Miranda Nova Ponte
Camargos
Furnas
Peixoto
Ilha Grande
Itutinga
Funil Estreito
Jaguara
Igarapava V.Grande
P.Colômbia
Jupiá
Itaipu
C.Branco I
C.Branco II Cachoeira Dourada
Ibitinga
Bariri
Rosana
Avanhandava
Taquaruçu
Canoas I
Canoas II
S.Grande
E.Cunha
Limoeiro
Cemig
Furnas
Tietê
Cesp
Paranapanema C. Dourada
Itaipu
Futuras
55 55
Vantagens de um sistema interligado:
Operação mais econômica;
Aproveitamento da diversidade hidrológica entre bacias;
Ajuda mútua em casos de emergência;
Aumento da confiabilidade do sistema.
Desvantagens de um sistema interligado:
Problemas locais podem ser transformar em globais;
Aumento do nível da corrente de curto circuito;
Complexidade de representação do sistema (número de variáveis).
SISTEMA INTERLIGADO DE GERAÇÃO
56
Outras Fontes de Energia
Sistema Elétrico de Potência
57
Fontes de Energia
Eólica
58 58
59 59
60
Fontes de Energia
Eólica
Vantagens:
Desvantagens:
• Depende do vento
• Depende de Localização
• Necessário Backup
• Energia Limpa
• Pouco Impacto Ambiental
61
Fontes de Energia
Solar
62
Fontes de Energia
Solar
Vantagens:
Desvantagens:
• Alto Custo
• Baixa Eficiência
• Depende do Sol
• Grandes áreas
• Fonte de Energia Limpa
• Mais conveniente em Sistemas Isolados
63
Fontes de Energia
Biomassa
Usina de Biomassa
Casca de Cupuaçu
64
Fontes de Energia
Biomassa
Vantagens:
• Energia Limpa
• Renovável
• Aproveita resíduos ( ex: bagaço, animal )
• Safra da Cana - Estação Seca (maio a novembro)
65 65
Problemas de Otimização
Problema 3: Planejemento da Operação (Geração)
Outras Fontes de Energia
Como colocá-las no sistemas?
Qual a melhor localização?
Quanto gerar (quantidade ótima)?
66 66 66
Geração Distribuída
67 67
Links Interessantes
Empresa de Pesquisa Energética (EPE)
www.epe.gov.br
CCEE
www.ccee.org.br
Operador Nacional do Sistema - ONS
www.ons.com.br
Agência Nacional de Energia Elétrica
www.aneel.gov.br
68 68
Problemas interessantes em Engenharia Elétrica
Conclusão
69 69
Problemas interessantes em Engenharia Elétrica
Conclusão
70 70
Problemas interessantes em Engenharia Elétrica
Conclusão
71 71
Problemas interessantes em Engenharia Elétrica
Conclusão
72 72
Conclusão
Envolve diversas áreas (para todos os gostos)
Otimização (PO/PM): cálculo dos preços, escolha do
portfólio ótimo
Estatística: previsão de carga, preços
Economia: Regulação econômica, Tarifação
Engenharia: Geração, Distribuição, Transmissão,
Regulação técnica
Oferece problemas em constante transformação
(Regras mudam o tempo todo)
73 73
Conclusão
Qual é o nosso maior desafio?
74 74
Obrigado!
© NASA
A ENERGIA
