Geração Distribuída - Aspectos gerais. Gerenciamento pelo Lado da Demanda - introdução.

1. Tópicos em Sistemas de Energia Elétrica
Prof. Jim Naturesa
1) Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD).
Normalmente as ações pelo lado da demanda vão adiar investimentos em geração,
transmissão e distribuição de energia.
Os programas GLD afetam a demanda dos consumidores de três modos:
• Promovendo alterações nas instalações e nos aparelhos de energia elétrica;
• Alterando o modo de uso dos aparelhos existentes;
• Mudando os hábitos dos consumidores em relação à utilização da energia elétrica.
Exemplo: projetos de eficiência energética.
Caso: Multibrás.
As principais ações foram:
Sistema de iluminação - as lâmpadas foram substituídas por modelos mais eficientes de 32
W com reatores eletrônicos;
Motores elétricos - foram adotadas medidas para a substituição dos motores padrão por
motores de alto rendimento nos casos de queima dos enrolamentos. Os acoplamentos antigos foram
substituídos por ventiladores com acoplamento direto no eixo do motor;
Sistema de ar comprimido - foram eliminados os vazamentos de ar nas instalações através
de manutenções preventivas, e a redução da temperatura da sala de geração de ar comprimido com
aberturas para a ventilação interna, evitando perdas da ordem de 1,5 %.
Principais resultados:
Com a implantação do novo sistema de iluminação houve uma redução de consumo de
energia elétrica de 1.052 MWh/ano, que representa uma economia de R$ 69.704,80.
A modernização dos sistemas de força motriz resultou em uma economia de 572 MWh, ou
seja, uma redução anual de R$ 38.515,00.
Com as ações no sistema de ar comprimido, consegui-se uma redução de 1.892 MWh/ano
ou uma economia de R$ 127.608,00 por ano.
O tempo de retorno dos investimentos foi inferior a 4 anos (Procel - Casos de Sucesso -
Número 8, 2005). Veja gráfico a seguir.
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2. Indicador de evolução do consumo específico de energia elétrica - unidade de Joinville.
Gráfico 1 - consumo (kWh/refrigerador produzido) por ano. Fonte: Procel - Casos de Sucesso -
Número 8, 2005 com modificações.
2) Geração distribuída (GD).
Geradores distribuídos consistem de geradores com potências que variam de 15 kW até
cerca de 30 MW e podem utilizar diferentes tipos de tecnologia de geração.
Por exemplo: motores à combustão interna, turbinas a gás ou vapor, PCHs (Pequenas
Centrais Hidrelétricas), células à combustíveis etc.
Esse tipo de geração ganhou força devido a:
• Liberação dos mercados de energia. Os grandes geradores de energia perceberam a
potencialidade da GD devido à variedade de tecnologias.
• Requisitos ambientais. Rígidas regulações ambientais induziram os investidores a buscarem
fontes de energia mais limpas.
• Falta de novas linhas de transmissão. A GD por estar próxima do centro consumidor não
necessita de longas linhas de transmissão reduzindo consideravelmente o custo de
distribuição de energia elétrica.
Os principais benefícios da GD são (Camargo, 2006):
a) Ao consumidor. Possuem alto índice de confiabilidade, elevada qualidade de energia e em
muitos casos é a solução econômica mais viável. Além disso, a GD pode fornecer energia a
comunidades distantes ou não atendidas pelas empresas de energia elétrica.
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35.5
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36.5
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38.5
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40.5
1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005
Ano
Consumo(kWh/refrigerador)

3. b) À concessionária. Reduz perdas ativas e reativas, adia investimentos em subestações de
transformação. Aumenta a confiabilidade do sistema próximo a geração. As unidades de menor
capacidade diminuem os erros de planejamento da expansão da empresa. As unidades GD possuem
um tempo de construção reduzido.
c) Ao Sistema Interligado Nacional (SIN). Redução do carregamento das redes, melhora no
perfil de tensão e aumento da estabilidade do sistema (com grandes geradores síncronos).
d) Ao consumidor. Diversifica a matriz energética, diminui a importação de recursos,
proporciona um aumento econômico na região atendida pela nova energia e menores impactos
ambientais (devido basicamente ao tamanho reduzido dos projetos).
3) Cogeração.
A cogeração corresponde à produção simultânea de diferentes formas de energia útil (por
exemplo, as energias eletromecânica e térmica) para suprir as necessidades de uma unidade de
processo.
A cogeração também pode ser definida como o aproveitamento de uma parcela da energia
que teria que ser rejeitada (Segunda Lei da Termodinâmica), resultando em um aumento da
eficiência (ou rendimento) do ciclo térmico.
A cogeração possui as seguintes características (Balistieri, 2002):
• Eleva a eficiência conjunta de conversão da energia química dos combustíveis em energia
útil para patamares de 85%;
• Apresenta menores índices de emissão de poluentes, podendo ser considerada uma
tecnologia “ecológica”;
• Garante a empresa uma maior confiabilidade na geração de seus insumos energéticos
(sistemas prioritários);
• Fácil domínio da tecnologia por parte da equipe técnica da empresa;
• Nova fonte de renda para empresa – desde que a central de cogeração esteja interligada ao
sistema da concessionária de energia local.
Há duas alternativas de geração de energia térmica e eletromecânica: (a) independente e (b)
cogeração. A figura a seguir ilustra essas alternativas.
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4. Legenda:
E – Eletromecânica;
S – Steam ou vapor.
Um projeto de cogeração, além de ser capaz de atender às necessidades de demanda do
processo associado, deve ser também economicamente viável, visto que apresenta elevados custos
de investimentos. A figura a seguir mostra um esquema básico de atendimento de demandas de
energia.
Os principais ciclos utilizados para configurações de centrais de cogeração são:
• Ciclo Rankine;
• Ciclo Brayton ou a gás;
• Ciclo Combinado e
• Ciclo Diesel.
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5. Exemplos.
A figura abaixo apresenta um fluxograma de uma usina termelétrica a vapor.
A figura a seguir mostra um esquema simplificado de geração de energia com uma turbina a
vapor.
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6. A figura abaixo apresenta um fluxograma de uma usina termelétrica convencional com
cogeração.
A figura abaixo apresenta o diagrama de uma turbina a gás para geração de energia elétrica.
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7. Há dois tipos de projeto:
Bottoming: São projetos que atendem primeiramente a demanda térmica, sendo os rejeitos
usados para suprir a demanda eletromecânica;
Topping: atende-se primeiro a demanda eletromecânica depois a térmica.
A figura a seguir ilustra os ciclos térmicos e os tipos de projeto.
Estratégias para cogeração
As estratégias de operação para uma central de cogeração são:
• Atendimento da demanda térmica – paridade térmica;
• Atendimento da demanda eletromecânica – paridade elétrica;
• Despacho econômico.
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8. O despacho econômico corresponde à colocação da central em funcionamento apenas nos
períodos em que a tarifa paga pela concessionária apresenta um retorno que interessa ao investidor.
A central de cogeração poderá ficar desligada nos casos em que não houver uma atratividade
econômica em sua operação, ainda que isto implique custos devido à ociosidade dos equipamentos
(Balestieri, 2002).
3.1) Parâmetros para a seleção do ciclo
Do ponto de vista dos equipamentos uma série de parâmetros devem ser considerados:
Razão potência / calor gerado pelo equipamento (power to heat ratio);
Consumo específico de vapor (steam rate) [kg / kWh];
Consumo específico de combustível [kg / kWh];
Consumo específico de calor (heat rate);
Eficiência termodinâmica global do equipamento;
Temperatura do fluxo térmico retirado do equipamento [C];
A razão potência / calor gerador de uma máquina térmica é a razão entre duas variáveis de
iguais unidades, ou seja:
E’ (Potência elétrica gerada em kW)
____________________________
S’ (Potência térmica gerada em kW)
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9. 3.2) Dados necessários para o estudo da cogeração
Unidade de processo:
• Quantidade de calor requerida;
• Curva de carga da potência eletromecânica (E), com variações diárias e sazonais;
• Curva de carga da potência térmica (S), com variações diárias e sazonais;
• Picos de potência e calor no processo.
Componentes do processo:
• Existência de equipamentos de resfriamento (chillers);
• Existência de equipamentos geradores de água quente;
• Existência de bombas de calor.
Combustíveis:
• Disponibilidade e limitações de combustíveis;
• Capacidade de armazenagem de combustíveis;
• Impactos ambientais decorrentes do seu uso (quantidade de NOx, SOx, CO2 particulados).
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10. 3.3) Considerações gerais para a seleção do ciclo
Do ponto de vista do consumo específico de combustível:
• O ciclo a vapor é o que utiliza mais alta taxa de utilização do combustível - maior consumo
de combustível para gerar 1 kW;
• O ciclo diesel apresenta a taxa mais baixa.
Do ponto de vista da razão potência / calor gerado:
• O ciclo a vapor é o que converte maior parcela da energia do combustível para vapor – razão
E' / S' < 1;
• O ciclo diesel converte maior parcela da energia do combustível para a energia
eletromecânica - razão E' / S' > 1.
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11. De modo geral a central de cogeração não deve ser empregada para atender pico de
demanda. Esse atendimento deve ser feito por equipamentos específicos, mantidos como unidades
auxiliares.
3.4) Gerenciamento de cargas
O gerenciamento de cargas é uma expressão que cobre uma grande variedade de alternativas
administrativas da demanda de energia, sendo aplicável ao uso industrial, comercial e de serviços.
As principais práticas de gerenciamento de cargas são:
O reescalonamento dos processos de produção;
O uso de sistemas prioritários de demanda (gerenciadores de demanda); que ligam e
desligam cargas ao longo do tempo, de modo a manter a demanda num nível pré-determinado;
O armazenamento de frio e/ou calor, através de grandes sistemas de refrigeração e
aquecimento, os quais operam a plena carga nos períodos de tarifa reduzida. Dessa forma, a energia
é estocada e posteriormente utilizada nos períodos com maior tarifa.
A figura abaixo apresenta duas curvas hipotéticas de demanda elétrica: curva (a) é o perfil
original, variável ao longo do tempo e com pico de carga - onde o custo é sobretaxado; a curva (b)
representa a mesma unidade de consumo após a aplicação de técnicas de gestão de cargas.
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12. Observa-se que a área sob ambas as curvas, ou seja, a energia consumida, é a mesma.
Entretanto na curva (b) eliminaram-se os dois picos de demanda.
Para se instalar um gerenciamento de demanda deve-se inicialmente responder algumas
perguntas:
• Quais cargas podem ser adequadas para o gerenciamento?
• Qual o retorno econômico de gerenciamento de cargas?
• Como aplicar o gerenciamento sem causar inconvenientes à produção?
3.5) Algoritmo de tomada de decisão
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14. Referências.
Balestieri, J. Cogeração – Geração combinada de eletricidade e calor. Editora da UFSC. 2002.
Camargo, C. Transmissão de Energia Elétrica – Aspectos Fundamentais. Editora da UFSC.
2006.
Fortunato, L.; Neto, T.; Albuquerque, J.; Pereira, M. Introdução ao Planejamento da Expansão e
Operação de Sistemas de Produção de Energia Elétrica. Eletrobrás e EDUFF. 1990.
Procel - Casos de Sucesso - Número 8. 2005.
Tolmasquim, M. (Coordenador). Geração de Energia Elétrica no Brasil. Editora Interciência.
2005.
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