MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

1

CAPÍTULO 1Breve Caracterização da Indústria

Eléctrica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

2

Reestruturação da Indústria Eléctrica Generalidades

• Indústria está a sofrer profunda reestruturação

• A antiga empresa verticalmente integrada, com todas as funções de um Sistema de Energia Eléctrica (SEE), está a ser dividida em companhias separadas, cada uma vocacionada para sua função (Produção, Transporte, Distribuição e Comercialização)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

3

Caracterização geral da Indústria Eléctrica

• A electricidade, forma de energia muito versátil, pode ser:– produzida por uma variedade de métodos– transportada de forma eficiente e segura– facilmente transformada em luz, calor, potência

mecânica, actividade electrónica

• Mais de 80% da população mundial tem acesso ao uso diário da electricidade

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

4

As Funções dos Sistemas de Energia Eléctrica

As quatro funções envolvidas no SEE (área de negócio da energia eléctrica):– Produção– Transporte– Distribuição– Comercialização

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

5

Indústria Regulamentada

• A indústria regulamentada tinha, em certos casos, um monopólio local - em cada área havia apenas uma companhia (produzia, transportava, distribuía e vendia electricidade e serviços)

• Nos anos 80, começaram a ser adoptadas nalguns países novas regras nas indústrias eléctricas, de modo a introduzir competição

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

6

Desregulamentação

• Competição

• Reestruturação

• Privatização

• Acesso livre às redes

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

7

Caracterização das Empresas Eléctricas

As empresas podem ser classificadas de duas maneiras:– pela parte do sistema eléctrico que gerem

(produção, transporte, distribuição e comercialização)

– Pelo seu proprietário: privadas, públicas, cooperativas, municipais

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

8

Empresa tradicionalmente integrada

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

9

Características da Indústria tradicional

• Garantia de monopólio local pelo Estado– direitos exclusivos para produzir e vender EE

– obrigação de fornecer energia a todos os consumidores que quisessem energia.

– Sujeitos a regulamentação e supervisão (fiscalização) das suas operações e facturação.

• Algumas das operadoras do sector eléctrico executavam todas as 4 funções; outras apenas uma ou duas.

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

10

O Sistema de Energia Eléctrica (SEE)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

11

Classificação das empresas pela sua função

• Empresa verticalmente integrada

• Empresa de produção e transporte

• Companhias de distribuição local

• Produtores independentes

• Auto - produtores

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

12

Organização da empresa eléctrica

• Divisão de produção• Divisão de T&D• Divisão de operação (condução)

– operações do sistema (despacho)– operações de distribuição

• Divisão de facturação, marketing e serviços• Divisão de serviços administrativos e

recursos humanos

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

13

Regimes de propriedade

• Empresas privadas: anónimas, por quotas

• Empresas municipais

• Cooperativas

• Empresas nacionais

• Empresas públicas

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

14

Estrutura do sector eléctrico com a desregulamentação

• O princípio da desregulamentação consiste em eliminar o monopólio ao nível da produção e comercialização, encorajando a competição:– Competição na produção– Competição na comercialização (venda de

energia e serviços)– Monopólio nas redes de transporte e

distribuição .

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

15

Estrutura do sector eléctrico com a desregulamentação

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

16

Desagregação dos SEE

Como resultado da liberalização, os principais tipos de empresas no sector eléctrico são:– Empresas de produção– Empresas de transporte– Empresas de distribuição – Empresas de venda de energia e serviços – Operadores independentes– Bolsas de energia

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

17

CAPÍTULO 2

Evolução Histórica da Indústria Eléctrica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

18

Barreiras ao uso de electricidade nos primeiros tempos (1785-1885)

• Os edifícios (domésticos, comerciais ou industriais) não tinham meios para usar a electricidade.

• Não havia aparelhos eléctricos disponíveis.• As pessoas faziam muitas coisas manualmente,

hoje feitas por equipamentos eléctricos.• Poucas pessoas entendiam a electricidade, nem tão

pouco nela confiavam

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

19

Vantagens que apresentava a electricidade

Era e é:

– limpa

– sem cheiros

– versátil

– fácil de controlar

rápido crescimento da procura

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

20

Crescimento do sector eléctrico em três aspectos interligados

• O uso da electricidade

• A tecnologia

• O negócio

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

21

Inicialmente, uso exclusivo da electricidade para a iluminação

• Lâmpada incandescente. Patente: Edison, 27 Jan 1880

• As primeiras companhias vendiam, não electricidade, mas iluminação:– Produzia uma luz brilhante e firme– Não consumia combustível– Não tinha chama– Não produzia odores nem fumos– Não apresentava perigo de incêndio

• Actualmente a iluminação ainda representa cerca de 20% a

30%

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

22

Outros usos da electricidade• Força motriz na indústria (motores)• Caminho de ferro (comboios)• Transportes públicos (eléctricos)• Pequenos motores (residências e comércio)

– ventoinhas, máquinas de costura, frigoríficos, máquinas de lavar

• Produção de calor– torradeiras, ferro de engomar, aquecimento

água, aquecimento ambiente

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

23

Importância crescente da Electricidade

• Usos exclusivos da electricidade:– Rádio (Anos 30)– Televisão– Microondas– Ar condicionado– Computadores.

• No final dos anos 30, a electricidade era já vista por muitos como um bem básico, tal como a água ou o saneamento.

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

24

Crescimento em diversidade das aplicações de electricidade

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

25

Custo do uso da electricidade diminui ao longo do tempo

Nos USA passou de $1,00/kWh para $0,10/kWh

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

26

Até ao século XIX, a electricidade era simples curiosidade

Três invenções mudaram a situação:• Gerador de energia (dínamo)• Lâmpada eléctrica• Transformador

– Permite transportar potência para grandes distância (maiores tensões, logo menores correntes)

– Requerem corrente alternada

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

27

Evolução tecnológica dos sistemas de energia

• Antes dos finais do século XIX, electricidade era simples curiosidade científica

• C.c. vs c.a.• Geradores mais eficientes redução dos custos de

produção• Tensões mais altas e equipamento mais eficiente• Sistemas de energia mais extensos (interligações)• Conservação e eficiência energética• Produção distribuída (células combustíveis, micro-turbinas) • Automação e electrónica de potência

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

28

Evolução da Indústria Eléctrica• Na Europa e nos Estados Unidos, o negócio da

electricidade estava ligado ao fabrico de equipamentos e ao fornecimento de EE.

• As companhias eléctricas estavam interessadas apenas em grandes margens de lucro (áreas densamente povoadas)

• Regulamentação (direitos e deveres; garantia de um nível mínimo de lucro). Intervenção estatal.

• Expansão da indústria eléctrica (Empresas pública e municipais)

• Electrificação rural.

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

29

Evolução da Indústria Eléctrica

• Electrificação rural (negócio não lucrativo, mas reduzia a migração para a cidades)

• Fusão (preparação para liberalização e século XXI)

• Liberalização (Desregulamentação)

• “Downsizing” (diminuir pessoal e despesas de capital ) > reduzir custos (fixos) e aumentar a competitividade.

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

30

CAPÍTULO 3Utilização da Energia Eléctrica

•Flexibilidade da EE•Aplicações básicas da EE•EE um meio para atingir os usos finais•Perspectiva do operador no uso da EEConservação, eficiência e Gestão do Lado da Procura (DSM)(Cap.4 Understanding Electric Utilities and De-regulation)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

31

A flexibilidade da EE

As grandes vantagens da electricidade:– Ser flexível– Ser fácil de controlar– Ser silenciosa – Ser limpa– Usar equipamentos compactos (motor eléctrico de 10

CV versus motor de combustão de potência idêntica)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

32

A flexibilidade da EE

Fácil e eficientemente convertível numa grande variedade de aplicações:– Iluminação

– Calor

– Frio

– Força motriz

– Equipamento electrónico

Pode alimentar dispositivos desde 2 W (lâmpada de

presença) a 10 MW (motor industrial)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

33

EE versus outras fontes

Outras fontes têm vantagens sobre a electricidade em algumas aplicações específicas

• Gás natural – mais vantajosa em aquecimento de água, fornos, calor em

quantidades razoáveis

• Gasolina e gásoleo – facilmente transportável e armazenável - transportes rodoviários

• Carvão – para grandes quantidades de calor

• Nuclear – para muito grandes quantidade de calor, em geral na produção de

electricidade

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

34

Gamas de necessidades e capacidades das diversas fontes

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

35

Quatro aplicações básicas• Iluminação (99,999% eléctrica)

• Calor – todas as aplicações produzem calor (muitas vezes não

desejado)– elementos resistivos (produzem calor com a passagem

da corrente eléctrica)– bombas de calor (movem calor)

• Movimento (força motriz)– motores eléctricos– solenóides

• Circuitos electrónicos (EE sem alternativa)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

36

Seis tipos de carga eléctrica (potência à volta de 1.5 kW)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

37

EE um meio para atingir usos finais

• Equipamentos convertem EE em usos finais

• Carga eléctrica (eficiência: razão entre o produto final e carga)

• Quotas de mercado

• Quotas de uso dos equipamentos eléctricos

• Uso diário (diagrama de carga)

• Ponta e energia (duas grandezas geralmente presentes na factura)

• Qualidade de energia

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

38

Quotas de mercado da energia eléctrica e dos equipamentos eléctricos

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

39

Diagramas de carga

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

40

Qualidade de energia Quantidade e qualidade são ambos aspectos importantes num serviço de

energia considerado satisfatório

• Disponibilidade e interrupções de serviço– Frequência média de interrupções por cliente– Duração média das interrupções num cliente

• Variações da tensão (transitórios)– Cortes momentâneos– Abaixamentos de tensão– Sobretensões

• Valor da qualidade – custo da interrupção maior que custo da energia não

fornecida; – diferente de consumidor para consumidor

• Harmónicos

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

41

Tolerância do desvio da tensãoCurva CBEMA

(Computer and Business Equipment Manufacturers Association)

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

42

Perspectiva da empresa de electricidade (operador) no uso da EE

Caracterização de consumosA procura de electricidade varia com a hora do dia,

com o dia da semana, com a estação do ano• Classes de consumidores

– Rural – Industrial– Comercial– Residencial

• Categorias de usos finais• Distribuição espacial da procura• Conhecimento dos consumidores

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

43

Diagramas típicos por classes de consumidores

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

44

Análise da contribuição para a ponta de uma empresa eléctrica do

Sul dos Estados Unidos

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

45

Conservação, Eficiência e Gestão do Lado da ProcuraDemand Side Management(DSM)

• Há muitos exemplos de eficiência energética, conservação e controlo de energia, que, do ponto de vista económico, são vantajosos seja para o consumidor seja para a empresa eléctrica. Podem ser considerados como recursos do lado do consumidor (recursos distribuídos).

• As medidas de Gestão do Lado da Procura (DSM) procuram alcançar um justo equilíbrio entre os recursos do lado da procura e do da oferta, tendo em conta os custos da energia. Esse equilíbrio nem sempre é fácil de determinar.

MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica

46

Gestão do Lado da ProcuraDSM - Demand-Side Management

• As grandes categorias da Gestão do Lado da Procura – Conservação– Eficiência energética

• Edifícios eficientes• Equipamento eficientes

• Controlo de Carga• Automação

A Gestão do Lado da Procura (DSM), no período pós-liberalização,evoluirá no sentido de incluir medidas tanto para aumentar a economia de energia como a melhoria da sua qualidade. Far-se-á de modo adaptado às necessidades do consumidor individual, na base de serviços de valor acrescentado, a ser oferecido pela companhia fornecedora como meio de cativar clientes.