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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: [email protected]

• Fone: (19) 35213740

• Material disponível no Ensino Aberto (transparências)

• Auxiliar: Ricardo Torquato Borges ([email protected] – 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


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


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


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


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


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.


Transmissão


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.


Transmissão


• 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


• 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


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


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


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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