Geração de Energia Elétrica

Joinville, 29 de Fevereiro de 2012

Evolução Histórica do Sistema de Produção de Eletricidade de Grande

Porte

Escopo dos Tópicos AbordadosIntrodução – aspectos históricos;Sistemas CA versus CC;Sistemas de Transmissão CA;Sistemas de Transmissão CC;Exemplos de Projetos Reais CA e CC– Itaipu Binacional;– Rio Madeira.

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Origem dos Sistemas de Geração e Transmissão de Energia

Data da década de 1880;– 1880 - Thomas Alva Edison: lâmpada incandescente;– 1882 - Edison implantava sistema DC em NY;– 1886 - Edison Electric Company possui aprox. 60 centrais

CC atendendo 150.000 lâmpadas;

Eram parecidos com os sistemas de atuais de distribuição;Concorria com a iluminação a gás;A Geração e a Transmissão eram feitas em CC – proposta por Thomas A. Edison;

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Origem dos Sistemas de Geração e Transmissão de Energia

Existiam sérios problemas de queda de tensão:– Como tentativa de baratear o custo de cabos e expandir o sistema, o

sistema de transmissão via um condutor de 100 Vcc foi trocado por 3 (+100Vcc, 0Vcc e -100Vcc.) .

As diversas tentativas de reduzir a queda de tensão não surtiram efeito:– Ainda era necessária a inserção de Geradores de CC a menos de 2

km das cargas para se obter uma queda de tensão aceitável na época.

– Thomas Edison contrata um sérvio que se destacava no “ramo” da eletricidade.

Nikola Tesla– Propõe o uso de sistemas de CA polifásicos.– Tesla contraira a idéia de Edison e é demitido

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Episódio HistóricoEpisódio “Guerra de Correntes”

Thomas A. Edison (CC);Era brilhante inventor, porém

usava a “força bruta”.

Nikola Tesla e George Westinghouse (CA);Tesla: físico/engenheiro dominava a

matemática.

Episódio HistóricoSistema CC versus AC– Sistema AC prevaleceu!– Devido ao fenômeno da indução eletromagnética, em 1887 Tesla

introduziu/propôs o uso de Geradores CA, Transformadores e Motores CA e lâmpadas.

– O sistema AC possibilita alterar a magnitude de tensão, reduzindo perdas, fato que no sistema CC não é possível de ser feito.

– Em 1887 - 121 sistemas em CA alimentando cerca de 325.000 lâmpadas;

– Em 1888 - Edison ataca sistemas em CA ditos "perigosos“ Eletrocução

– 1890 - 1ª execução em cadeira elétrica (utilizando o gerador CA Westinghouse/Tesla);

– - 1892 - Motor CA (inventado Tesla que vende patente para Westinghouse) 6

Episódio HistóricoSistema CC versus AC– 1892 - Começam a ser produzidos transformadores em

larga escala;– 1896 - Iniciada a operação de Geração CA de Niagara

Falls;– Surgimento dos sistemas de Geração de Energia Elétrica“atuais”.– Há algumas décadas, os sitemas de transmissão CCvoltaram a ser competitivos, graças aos dispositivos

conversores (eletrônica de potência);Comparações voltarão a ser feitas no decorrer da

apresentação.

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Episódio HistóricoSistema CC versus AC– 1892 - Começam a ser produzidos transformadores em

larga escala;– 1896 - Iniciada a operação de Geração CA de Niagara

Falls;

– Surgimento dos sistemas de Geraçãode Energia Elétrica “atuais”.

– Há algumas décadas, os sitemas de transmissão CCvoltaram a ser competitivos, graças aos dispositivos

conversores (eletrônica de potência);Comparações voltarão a ser feitas no decorrer da

apresentação.

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Breve Histórico e Primórdios da GEE no Brasil

Linha de Tempo:– Considerado pioneiro por sua simultaneidade nas instalações junto

com os Estados Unidos e a Europa;– 1879 é inaugurada a iluminação elétrica da antiga Estação da

Corte, devido a incentivos do próprio D. Pedro II;– 1883 - Primeira usina instalada em Campos, RJ 53 kW térmica;– 1889 - Usina Hidrelétrica em Juiz de Fora, MG;– 1920 - Aprox. 300 empresas atendem 431 localidades– 1968 - Criado o DNAEE (Diretório Nacional de Aplicação de

Energia Elétrica). Política energética traçada pelo MME e executada pela Eletrobras;

– 1970 - Capacidade instalada de 11 GW;

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Breve Histórico e Primórdios da GEE no Brasil

Linha de Tempo:– 1984 – Entra em operação a primeira máquina de Itaipu– 1992/1992 – 18 geradores operando em Itaipu;– Usinas de Angra I e II – 1984 e 2000, respectivamente;– 1996 - Criação da ANEEL, autarquia vinculada ao MME, para

regular e fiscalizar a geração, transmissão, distribuição e comercialização de EE;

– 1998 - Criado o ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico) para operar o Sistema Interligado Nacional (SIN) e administrar a rede básica de transmissão

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Sistemas de Geração e Transmissão

Exemplos de um grande sistema de Geração e Transmissão:– Itaipu Binacional – metade da capacidade de geração em 60 Hz

(Brasil) e a outra metade em 50 Hz (Paraguai);– Com 20 unidades geradoras e 14.000 MW de potência instalada.

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Transmissão em 750 kV (AC) + Dois bipólos de ±600 kVcc,

Figura 1 – Usina Hidroelétrica de Itaipu.

Sistemas de Geração e Transmissão

Aspectos e generalidades de uma Usina Hidroelétrica (UHE):– Construção:

12Figura 1 – Usina Hidroelétrica de Itaipu.

Sistemas de Geração e Transmissão

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Figura 2 – Sistema de Transmissão de Itaipu.

14Figura 3 – Linhas de transmissão com circuito duplo.

Linhas de Transmissão CA

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Linhas de Transmissão CATensões típicas no Brasil:– 138 kV, 230 kV, 440 kV, 500 kV e 765 kV

Arranjos típicos de condutores:

Figura 4 – Arranjos típicos de subcondutores por fase.

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Linhas de Transmissão CA

Figura 5 – Representação de uma LTna forma de circuito π.

Por que se usam os subcondutores por fase?– Para reduzir as perdas de potência ativa e reativa (os

subcondutores estão ligados em paralelo).

Como são agrupados os parâmetros resistência, reatânciacapacitância e condutância de uma linha de transmissão?– Resistência e Reatância: elementos série;

– Capacitância e Condutância: elementos em paralelo.

17Figura 6 – Linhas de transmissão CC.

Linhas de Transmissão CC

Curiosidades: Sistemas de Transmissão CC

Quando os sistemas HVDC são usados?– Quando o comprimento da LT for superior a 600 km, nestescasos os altos custos dos equipamentos de conversão

tornam-se viáveis, pois o custo de construção das LTs CCsão menores que os da CA;

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Comparação dos custos de sistemas CA e CC.

Distância versus Custo Total

Curiosidades: Sistemas de Transmissão CC

Quando os sistemas HVDC são usados?– Transpor distâncias submarinas ou subterrâneas;

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Austrália - Tasmânia

Distância: 295 km;Potência: 500 MW;5,5% de perdas totais.

Curiosidades: Sistemas de Transmissão CC

Quando os sistemas HVDC são usados?

– Quando se deseja conectar sistemas elétricos onde exista diferença de frequência entre ambos (assíncronos) 50 Hz e 60 Hz.

– Também interligar regiões, estados ou países diferentes, embora com mesma frequência (vantagem de eliminar modos eletromecânicos Inter-área) . Como exemplos:

» Estado do Texas;» Brasil e Argentina – Elo de Garabi» Elo CC de Itaipu;» Dentre outros.

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Curiosidades: Sistemas de Transmissão CC

Exemplos de sistemas HVDC:– Itaipu Binacional – metade da capacidade de geração em

60 Hz (Brasil) e a outra metade em 50 Hz (Paraguai);– Considerado “de longe” o mais impressionante do mundo.

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Dois bipólos de ±600 kVcc,comprimento de 810 kme capacidade de transmissão de 6,3 GW.

Figura 10 – Usina Hidroelétrica de Itaipu.

Geração de Energia Termoelétrica

Usina Nuclear

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Figura 11 – Usina Termoelétrica Nuclear.

Geração de EnergiaFontes diversas

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Figura 12 – Usina Termoelétrica.

Figura 13 – Parque Eólico.

Geração de EnergiaFontes diversas:– Geotérmica;– Marémotriz;– Solar;– Biomassa;– Fala-se em fusão nuclear – (Tokamak)– etc

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Projetos do Sistema de Transmissão do Rio Madeira

Interligar a região amazônica com SP

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Interligar a subestação de Porto Velho com a de Araraquara Distância de 2375 km;Potência 6450 MW.

Devido aos custos elevados, 3 alternativas foram levadas em consideração:

Dois bipólos de ±600 kVcc;Um sistema híbrido CC e CA;Um sistema CA

Projetos do Sistema de Transmissão do Rio Madeira

Alternativa 1: 2 bipólos ±600 kVcc, 3150 MW cada, mais 2 back-to-back 400MW cada.

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Projetos do Sistema de Transmissão do Rio Madeira

Alternativa 2: 1 bipólo ±600 kVcc, 3150 MW, mais 2 LTs AC 500 kV com compensação série e shunt.

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Projetos do Sistema de Transmissão do Rio Madeira

Alternativa 3: 3 LTs AC 765 kV com compensação série e shunt.

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Projetos do Sistema de Transmissão do Rio Madeira

Uma das principais preocupações estava relacionada ao comportamento do Torque acelerante das turbinas de Bulbo de 83MW com baixa inércia – usadas pela primeira vez no mundo;

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Projetos do Sistema de Transmissão do Rio Madeira

Após estudos de viabilidade técnica e econômica, as alternativas 1 e 2 prevaleceram e a alternativa 3 (3x765 kV) foi descartada devido ao elevado período de duração das sobretensões, ocasionando em uma reestruturação do projeto;

Dentre as alternativas 1 e 2, a alternativa 1, com 2 bipólos de ±600 kVcc foi a vitoriosa por questões financeiras.

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Linhas de Transmissão de EnergiaElétrica em Corrente Alternada e Contínua

Fim

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