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Transformadores Verdes no Cenário da Potência

Os transformadores são equipamentos imprescindíveis para a transmissão da energia elétrica. A parte ativa do transformador (enrolamentos e núcleo) fica disposta dentro da estrutura em contato com material dielétrico, que na maioria das vezes se trata de óleo. Historicamente, muitos tipos de óleos isolantes foram largamente utilizados nos transformadores, como: óleo mineral tipo A, óleo mineral tipo B, óleo sintético, e mais recentemente, óleo vegetal. Os transformadores que utilizam óleo vegetal são comumente chamados de “Transformadores Verdes”.

Transformador de potência.
Fonte: T&DWORLD

Elemento renovável:

O óleo vegetal se tornou uma alternativa mais sustentável ao óleo mineral por sua origem renovável. Enquanto os OMIs são advindos do petróleo, fonte esgotável, os OVIs são extraídos a partir de grãos, como o milho, a soja, e o babaçu. Os óleos vegetais podem ser utilizados como dielétricos nos equipamentos e máquinas, desde que sigam as especificações da norma NBR 15422. Dessa forma, a substituição do isolante mineral pelo vegetal está sendo cada vez mais bem quista.

Tabela ABNT 2015.
Fonte: SIMONE, 2017.

Resfriamento:

As perdas por histerese magnética, por correntes parasitas e pelo cobre ocorrem durante a operação do transformador, e de forma inevitável. Elas são convertidas em calor, o que gera a necessidade de um mecanismo de refrigeração dentro do equipamento. O óleo, portanto além de isolar, é responsável pelo controle de temperatura do trafo, através da passagem do óleo pelos radiadores, o que ocasiona troca de calor por convecção. Para que a troca de calor seja adequada, o óleo deve ter baixa viscosidade, para que circule sem empecilhos nos radiadores, o que se torna um problema para os transformadores verdes. O óleo vegetal possui uma alta viscosidade, e gruda nas paredes da estrutura do trafo, podendo diminuir a vida útil do equipamento. Portanto, a estrutura de um transformador verde deve ser diferente da de um comum, tendo seu sistema de refrigeração projetado de modo a facilitar a passagem do óleo denso, como por exemplo, aumentando a largura dos radiadores. 

Demonstração da circulação do óleo e consequente troca de calor.
Fonte: UniverTec.

Biodegradabilidade:

O óleo vegetal, também chamado de éster natural de forma mais generalizada, apresenta maior biodegradabilidade quando comparado ao óleo mineral, por conta da sua origem. Um material de origem vegetal se degrada mais facilmente e com menos impactos à água e ao solo, visto que sua composição química reage mais com estes materiais, degradando-se numa faixa de 89 a 97% em 28 dias.

Estrutura química do éster natural.
Fonte: AMORIM, 2019.

Oxidação do óleo:

Outro aspecto construtivo do transformador verde que o difere do transformador comum é que sua estrutura metálica precisa ser reforçada, e sem a presença do mecanismo de “respiro livre”. O óleo vegetal apresenta alta oxidação, o que torna necessário o uso de mecanismos para evitar a todo custo o contato do oxigênio presente na atmosfera com o óleo presente no equipamento, de modo a prolongar a vida útil do isolante. Desse modo, a solução para a expansão térmica do óleo vegetal do transformador é o uso de conservadores com bolsas de borracha.

Bolsa de borracha para tanque de expansão.
Fonte: Unitec Borrachas

Considerações finais:

Com a urgência da crise climática e ambiental, o mundo procura formas de construir um futuro mais verde, e não é diferente na área da eletricidade. Nos transformadores de potência, ainda é baixa a adesão ao modelo sustentável, pois são equipamentos de vida útil elevada (cerca de 40 anos), e não se torna financeiramente viável substituir equipamentos que utilizam o óleo mineral isolante e ainda funcionam bem. Porém é inegável que o futuro dos transformadores de potência tende a ser sustentável.

Referências:

SANTANA, Ruth Marlene Campomanes e FRIEDENBERG, Luiz Eduardo. “Propriedades de óleos isolantes de transformadores e a proteção do meio ambiente”,. 2014. Disponível em:  <http://www.abes-rs.org.br/qualidade2014/trabalhos/id868.pdf> Acesso em: 31 de Outubro de 2023

CHAVIDI, Venkata Prasad e GNANASEKARAN, Dhorali.“Vegetable Oil based Biolubricants and Transformer Fluids: applications in power plants.”. 2018.

ALMEIDA, Larissa Santos e MUNIZ Pablo Rodrigues “ANÁLISE DE DESEMPENHO DO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ISOLADO A ÓLEO VEGETAL EM RELAÇÃO AO TRANSFORMADOR DE POTÊNCIA ISOLADO A ÓLEO MINERAL.”. Revista IFes Ciência, 2020.

SIMONE, Giovana, “O USO DE ÓLEO VEGETAL EM TRANSFORMADORES DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA” . 2017 – Universidade Federal De Santa Catarina. Disponível em <https://repositorio.ufsc.br/xmlui/bitstream/handle/123456789/182225/Oleo%20vegetal%20em%20Trafos%20revisao.pdf?sequence=1&isAllowed=y>. Acesso em: 31 de Outubro de 2023

AMORIM, Cleber Arantes “ADEQUAÇÃO DO PROJETO DE ISOLAMENTO DE TRANSFORMADORES DE POTÊNCIA NA SUBSTITUIÇÃO DO ÓLEO MINERAL PELO ÉSTER NATURAL”. 2019. Disponível em <https://www.ppgee.ufmg.br/defesas/1602M.PDF>. Acesso em: 29 de Outubro de 2023

“Como o óleo trabalha na refrigeração dos Transformadores” 2022. Disponível em <https://www.romagnole.com.br/noticias/como-o-oleo-trabalha-na-refrigeracao-dos-transformadores/>. Acesso em: 26 de outubro de 2023

Proteção de Sobrecorrente Direcional (67)

As redes de distribuição e as linhas de transmissão radias são normalmente protegidas por relés de sobrecorrente temporizados. Porém, quando esses sistemas são alimentados pelas duas extremidades, ou apresentam configuração em anel, há necessidade de implementar relés de sobrecorrente temporizados incorporados a elementos direcionais, isto é, que são sensibilizados ou não pelo sentido em que flui a corrente (relés direcionais de corrente) ou a potência (relés direcionais de potência).

Relé de sobrecorrente direcional (67) é um dispositivo (equipamento) que atua quando a corrente é maior que o seu ajuste e tem um sentido pré-estabelecido de acordo com sua referência de polarização. Sendo assim, a proteção direcional tem a finalidade de reconhecer correntes de faltas em um determinado sentido previamente ajustado (sentido de atuação do equipamento). Logo, se a falta causa uma corrente no sentido contrário (inversa ou reversa), não terá atuação da proteção.

A proteção 67 baseia-se em duas grandezas de entrada, uma de operação ou atuação e outra de polarização. Sendo que, a identificação da direção da corrente ou do fluxo de potência é feita utilizando o ângulo entre a grandeza de polarização e a grandeza de operação.

Diagrama fasorial de um relé direcional tensão-corrente.

O ângulo theta (Ѳ) formado entre a grandeza de operação, normalmente corrente, e a grandeza de polarização, normalmente tensão, é comumente chamado de ângulo de projeto. O MTA (Maximum Torque Angle), por sua vez, é aquele formado entre a grandeza de polarização e a região de torque máximo. Esse ângulo é importante porque determina a precisão e a confiabilidade do relé em detectar a direção do campo magnético e, portanto, atuar de forma adequada. Valores mais elevados do MTA geralmente indicam uma sensibilidade maior do relé à direção do campo magnético e, portanto, uma operação mais precisa. Normalmente, a região de torque máximo é dimensionada para ser paralela a grandeza de operação, facilitando a análise e dimensionamento do projeto.

Na proteção direcional existem conexões que ditam o funcionamento do relé, o tipo de conexão ou ligação é determinado pelo ângulo entre a tensão aplicada ao circuito de potencial e a corrente ao circuito de corrente, considerando o sistema com fator de potência unitário e sequência direta. Cada uma dessas conexões corresponde a um relé direcional específico com MTA diferente.

As conexões mais utilizadas são:

  • Conexão 30°

Na conexão 30°, a corrente de operação está adiantada 30° da tensão de polarização. Para assegurar o desempenho adequado deste tipo de conexão, é indicado utilizá-lo em alimentadores e configurando o MTA na posição 0°, garantindo o funcionamento esperado para todos os tipos de faltas. No entanto, não é aconselhável utilizá-lo em transformadores alimentadores, pois há o risco de pelo menos um dos relés trifásicos atuar para faltas no sentido inverso.

  • Conexão 60°

Neste caso, a corrente Ia de operação está adiantada 60° da tensão de polarização Vab + Vbc. A utilização deste tipo de conexão é pouco comum, apesar de apresentar um desempenho eficiente na proteção de alimentadores com MTA em 0°. No entanto, a desvantagem de ser necessário ligar os transformadores de corrente em delta limita sua aplicabilidade para outras funções de proteção. Além disso, a falta de vantagens em comparação à ligação de 90° torna sua utilização rara.

  • Conexão 90°

A corrente Ia de operação neste caso está adiantada 90° da tensão de polarização Vbc. Esta conexão é geralmente conhecida como conexão em quadratura e é amplamente utilizada em projetos práticos de proteção de sobrecorrente direcional. Para este tipo de conexão, é comum a utilização do MTA em 30° e 45°.  Para o MTA configurado em 30°, é recomendado utilizá-lo na proteção de alimentadores com fontes de sequência zero atrás do ponto de retransmissão. Já o MTA em 45°, é indicado para proteção de transformadores alimentadores ou alimentadores com fontes de sequência zero na frente do relé.

Referências

Volume-2-protecao-de-sistemas-aereos-de-distribuicao. Ed Campos / Eletrobrás.

The Art & Science Of Protective Relaying. C. Russell Mason.

MAMEDE FILHO, João. Manual de equipamentos elétricos. Rio de Janeiro: LTC, 2005.

O que são veículos elétricos? O que esperar dessa tendência?

Segundo a ABVE (Associação Brasileira de Veículos Elétricos) a projeção de crescimento do mercado nacional é de 300% a 500% no que se refere aos 5 anos seguintes. Um fato curioso especificamente sobre o mercado de carros elétricos no Brasil é que o aumento da concorrência nos últimos anos vem causando uma queda nos preços, entretanto o país ainda não possui pontos de recargas suficientes para subsidiar a demanda do mercado, barrando o crescimento da comercialização e uso.

Veículos elétricos são meios de transporte que funcionam essencialmente com eletricidade. Também chamados de “VE’s”, eles utilizam um ou mais motores para tração e propulsão. É importante salientar que nem todos VE’s se comportam da mesma maneira, existem categorias híbridas plug-in, os que operam exclusivamente por eletricidade, os que possuem células de combustível de hidrogênio e alguns outros estilos.

Figura Ilustrativa

Outro aspecto a ser levado em consideração é o crescimento do uso de fontes renováveis no mesmo período em que há uma projeção de crescimento do uso de VE’s. Segundo um estudo do Sebrae (Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas), a expectativa é de que, até 2040, a energia solar represente 32% do total da energia produzida no Brasil, liderando todas as matrizes do país. Nos últimos 3 anos, a energia solar centralizada cresceu em 200% e a energia solar para a solução de geração distribuída evoluiu em 2.000%. A Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL) também indica que ainda em 2023 espera-se uma expansão na geração de 10,3 GW de capacidade instalada, sendo que as usinas solares centralizadas e eólicas serão responsáveis por 90% dessa expansão. 

O setor de transporte, segundo a IEA (Agência Internacional de Energia Elétrica) a estimativa é de que 20% das emissões globais de gases do efeito estufa sejam geradas pelo setor, aspecto que no Brasil sofre um agravante e chegando aos 40%. Dessa forma, a combinação das tendências de mudanças na modalidade de transporte urbano e geração de energia elétrica devem ajudar na manutenção e avanços no que diz respeito a desacelerar as mudanças climáticas e ambientais, ajudando também a atingir as metas estabelecidas no Acordo de Paris.

Modalidades e características:

Carro Elétrico Híbrido (HEV):

De maneira geral, essa modalidade utiliza essencialmente combustíveis convencionais, com motor de combustão interna e motor elétrico com suas respectivas baterias operando de maneira complementar ao bom e velho funcionamento baseado na combustão.

Carro Elétrico Híbrido Plug In (PHEV):

Também combina o motor de combustão convencional ao conjunto motor elétrico e baterias. Entretanto, a bateria pode ser abastecida por um cabo de alimentação externa.

Carro elétrico a bateria (BEV):

100% elétrico, utiliza a eletricidade que é armazenada nas baterias que são combinadas ao motor elétrico para operação. Podendo ser recarregado utilizando a rede elétrica.

Carro a Célula de Combustível (FCEV):

Utiliza gás hidrogênio como fonte para produzir eletricidade e alimentar o motor elétrico do carro.

Figura representando as diferentes marcas e modelos

Conclusão:

Os veículos elétricos elétricos, possuem modalidades diversas para necessidades e oportunidades diversas. Mas um aspecto é quase certeiro de afirmar, a tendência de crescimento e participação dessa modalidade de transporte tende a crescer e muito nos próximos anos, a depender dos investimentos estruturais para receber essa evolução nos meios de transporte cada país experimentará em diferentes níveis essa mudança.

Referências:

https://www.portalsolar.com.br/carro-eletrico

https://www.infomoney.com.br/consumo/mais-acessiveis-carros-eletricos-e-hibridos-ja-partem-de-r-120-mil-no-brasil-veja-lista/

https://www.neocharge.com.br/tudo-sobre/carro-eletrico/veiculo-eletrico

http://www.abve.org.br/

https://www.gov.br/aneel/pt-br

https://sebrae.com.br/sites/PortalSebrae/

https://autoesporte.globo.com/eletricos-e-hibridos/noticia/2023/08/veja-os-10-carros-eletricos-mais-baratos-do-brasil-em-agosto-de-2023.ghtml

Funcionamento e Classificação dos Motores de Indução Monofásicos

Existem diversos tipos de máquinas elétricas, cujas aplicações são as mais diversas e dependem das suas estruturas e princípios de funcionamento e de construção. Alguns exemplos são os Motores de Indução, os Motores Síncronos e os Motores de Corrente Contínua (CC). Nesse sentido, o uso de motores de indução é amplamente difundido, principalmente devido a sua versatilidade e diversidade em relação às demais máquinas, tornando-os uma solução confiável e econômica para muitas aplicações industriais, comerciais e residenciais.

Dessa forma, os motores de indução monofásicos possuem muitas aplicabilidades no mercado, sobretudo em equipamentos e aparelhos que requerem baixas potências, sendo mais robustos e mais baratos que os motores de indução trifásicos. Entretanto, esses equipamentos têm, também, algumas limitações, como menores eficiências e a necessidade de alguns dispositivos auxiliares.  

Princípios Construtivos:

Assim como os motores síncronos e motores de indução trifásicos, os motores de indução monofásicos possuem uma parte fixa, chamada de estator, e uma parte móvel girante, o rotor. O estator é uma estrutura composta por um núcleo de ferro laminado com ranhuras, nas quais são inseridos os enrolamentos, que são alimentados pela rede elétrica. Já o rotor é composto, geralmente, por barras de cobre curto-circuitadas entre si nas extremidades por anéis condutores, formando um tipo de rotor chamado “Gaiola de esquilo”. O eixo é conectado ao rotor, o qual gira com o auxílio de rolamentos.

Além disso, para reduzir as perdas, alguns dispositivos de ventilação podem ser utilizados, assim como  equipamentos auxiliares para a partida da máquina, como capacitores adicionais.

Princípio construtivo do motor de indução monofásico

Princípio de funcionamento:

O funcionamento de um motor de indução monofásico é baseado na indução eletromagnética, ou seja, pela interação entre os campos magnéticos criados pela corrente elétrica no estator e no rotor.

Conforme dito anteriormente, o estator contém enrolamentos, nos quais percorre uma corrente alternada que cria um campo magnético giratório ao redor das bobinas. Esse campo induz tensões e correntes no rotor, cujas barras estão curto-circuitadas, fazendo surgir um outro campo magnético girante, desta vez no rotor. O campo magnético gerado pelo rotor, que é oposto ao campo do estator, interage com o campo do estator, criando um torque mecânico, permitindo o movimento rotacional do rotor/eixo.

Para que o rotor consiga rotacionar, é necessário que o campo magnético do estator seja girante. Tomando como base a figura abaixo que representa um modelo simplificado do motor, quando a corrente alternada monofásica é aplicada ao enrolamento principal do estator, ela cria um campo magnético alternado, que varia em intensidade e direção com o tempo. Esse campo magnético alternado é estático e pulsante. Então, diferentemente do motor de indução trifásico, o monofásico não é capaz de realizar a partida sozinho. Portanto, é preciso utilizar alguns dispositivos auxiliares, como enrolamentos adicionais e capacitores de partida, caracterizando algumas técnicas de partida.

  

Representação do motor de indução monofásico

Importante observar que, apesar de apresentar torque nulo de partida, a rotação é mantida quando se consegue partir o motor através dos equipamentos auxiliares, podendo-se desconectá-los para maiores eficiências.

Técnicas de Partida:

Enrolamento de partida: Um enrolamento auxiliar é posicionado a 90° do enrolamento principal, criando um segundo campo magnético que possibilita um torque de partida. Após o motor atingir a velocidade adequada, pode-se desligar esse enrolamento secundário através de uma chave centrífuga.

Capacitor de partida: Nessa técnica, um capacitor é conectado em série com o enrolamento principal do estator. O capacitor cria uma defasagem de fase entre a corrente e a tensão no enrolamento, criando um campo giratório inicial que impulsiona o motor a partir. É possível desconectar tal dispositivo, também, através de um interruptor centrífugo.

Capacitor permanente: O princípio é igual ao da técnica por capacitor de partida, porém o capacitor permanece conectado ao enrolamento principal durante toda a operação da máquina de indução.

Partida direta: Em alguns casos, sobretudo em motores de baixa potência, o motor pode ser acionado manualmente, provocando a rotação do eixo.

Classificação dos motores e aplicações:

Os motores de indução monofásicos são classificados, em geral, através do método de partida utilizado. Alguns exemplos são:

Motor de fase dividida (Split-Phase): Utiliza um enrolamento auxiliar na partida, sendo comumente encontrado em equipamentos que necessitam de baixos ou médios torques de partida, como ventiladores e sopradores.

Motor a Capacitor de partida: O capacitor de partida é usado para iniciar a rotação da máquina e pode ser retirado posteriormente. Aplicado em máquinas que necessitam de maiores torques de partida, como bombas, compressores e refrigeradores.

Motor a Capacitor permanente: É utilizado um capacitor permanente, sendo comum em equipamentos cujas aplicações envolvem baixos ruídos, como máquinas de lavar e centrífugas.

Conclusão:

É evidente que o uso de motores de indução monofásicos em máquinas elétricas é extremamente difundido, principalmente devido a sua versatilidade e ao seu custo-benefício. Portanto, o avanço tecnológico nessa área é de suma importância para garantir maiores eficiências e viabilidades econômicas, tornando-se cada vez mais acessível.

Referências:

SEN, P. C. Principles of Electric Machines and Power Electronics. [s.l.] John Wiley & Sons, 2013.

‌https://circuitdigest.com/tutorial/induction-motor-working-principle-single-phase-and-three-phase-induction-motor

https://www.revistamanutencao.com.br/literatura/tecnica/eletrica/motores-eletricos-componentes-e-suas-aplicacoes.html

Transição energética brasileira e o combate à emissão de gases do efeito estufa

Ao longo da história, a humanidade vem buscando formas de evoluir tecnologicamente de modo a alcançar maior lucro e eficiência na produção, fazendo com que o trabalho seja cada vez mais automatizado e menos dependente do esforço humano. Foi nessa incessante busca por uma sociedade cada vez mais moderna e produtiva que as Revoluções Industriais entraram em cena, fazendo com que novas formas de geração energética se tornassem um fator crucial para a implementação desse modelo de sociedade: maior eficiência energética implica em melhores mecanismos de transporte, comunicação, automatização, dentre outros. Inicialmente, combustíveis fósseis foram usados em massa como forma de alimentar energeticamente as indústrias, o que acarretou em um crescimento descontrolado de gases do efeito estufa (GEE) na atmosfera e trouxe uma das maiores ameaças que a humanidade terá de enfrentar: o aquecimento global.

Nesse sentido, cabe aos diversos países ao longo do globo, incluindo o Brasil, o desenvolvimento de aplicações e pesquisas capazes de tornar a produção energética cada vez menos dependentes de combustíveis fósseis. Para isso, foi estabelecido, em novembro de 2021, na Conferência do Clima das Nações Unidas, o compromisso internacional de atingir uma meta de neutralidade de emissões de GEE até 2050. Uma das formas de alcançar esse objetivo é através da transição energética, isto é, a passagem para uma matriz energética com baixa ou zero emissões de carbono, baseada em fontes renováveis.

Matriz energética brasileira

A matriz energética mundial é composta, em sua maior parte, pelo uso de fontes não renováveis, estando as fontes renováveis ocupando um espaço de 15%. Enquanto isso, a matriz energética do Brasil, de acordo com um levantamento de 2022, se destaca pelo uso de 47,4% destas fontes, como a energia eólica, energia hidráulica, energia solar, biomassa, dentre outras. Sendo assim, possuímos uma das matrizes mais limpas do planeta:

Matriz energética brasileira

Essa característica da matriz energética brasileira é muito importante visto que as fontes de energia renováveis são a que menos transmitem GEE para a atmosfera. No entanto, a aplicação desse tipo de fonte é fortemente depende de fatores climáticos e atmosféricos, além de que sua instalação requer um investimento elevado, o que acarreta em um uso mais acentuado das fontes não renováveis, que ocupam um espaço de 52,6% em nossa matriz e são as maiores responsáveis por efeitos climáticos indesejáveis.

Matriz elétrica brasileira

A matriz elétrica brasileira se destaca ainda mais do que a energética se tratando do uso de fontes renováveis, já que a maior parte da energia elétrica do país vem das usinas hidrelétricas. De fato, no ano de 2022, foram utilizados 87,9% de fontes renováveis para a geração de energia elétrica:

Matriz elétrica brasileira

Assim como na matriz energética, o Brasil ocupa posição de destaque no mundo quanto a produção de eletricidade baseada em fontes renováveis. Para efeitos de comparação, no mundo, somente 28,6% das fontes de geração de energia elétrica são renováveis. Enquanto isso, no Brasil, a utilização de fontes menos poluentes tem apresentado crescimento: somente no primeiro trimestre de 2023, houve uma expansão de 2.746,5 megawatts da capacidade instalada de geração de energia elétrica, motivadas em sua grande parte pela criação de novas usinas eólicas e solares fotovoltaicas.

Transição energética brasileira

Como podemos observar, o Brasil ocupa posição de destaque quanto à renovabilidade de suas fontes no mundo e já deu importantes passos em direção à transição energética. No entanto, isso não significa que estamos em uma posição confortável em relação a emissões de GEE. O diferencial do nosso país é que, apesar da geração de GEE não estar fortemente relacionada à geração de energia, são as mudanças no uso da terra (desmatamento) e agropecuária que, juntas, representam 73% das emissões totais no país.

Foi pensando em como o nosso país pode contribuir para a meta de neutralidade em GEE até o ano de 2050 que o Centro Brasileiro de Relações Internacionais (CEBRI), junto com o Banco Interamericano de Desenvolvimento (BID) e Empresa de Pesquisa Energética (EPE), elaborou o “Programa de Transição Enérgica” (PTE), em que nele três cenários distintos são avaliados: “Transição Brasileira” (TB), “Transição Alternativa” (TA) e “Transição Global” (TG), os quais convergem para o país dentro de um cenário de neutralidade de carbono até a metade deste século.

Em resumo, o cenário “Transição Brasileira” foi elaborado tendo como base os compromissos assumidos pelo país em sua Contribuição Nacionalmente Determinada (NDC), em que o Brasil transmitiu ao Acordo de Paris o objetivo de neutralidade climática até meados de 2050. Este cenário é focado em indicar trajetórias custo-eficientes para a mitigação de emissões de GEE, independente das ambições e compromissos dos demais países. O cenário “Transição Alternativa” trata-se de uma variação do cenário “Transição Brasileira”, em que neste caso são consideradas as incertezas do processo de difusão tecnológica à medida em que é tido em conta os impactos da própria mudança climática no setor energético. Já o cenário “Transição Global” foi elaborado considerando a contribuição do Brasil em um mundo que pretende limitar o aumento médio da temperatura superficial global em até 1,5°C em 2100, referente aos níveis pré-industriais.

Cenários para uma matriz energética cada vez mais limpa

Ao analisar a matriz energética, o documento mostra que em todos os três cenários avaliados houve queda da utilização de combustíveis fósseis em 2050 e aumento do uso de fontes renováveis. De fato, o estudo indica que em cada cenário de neutralidade climática o uso de fontes renováveis chegará a ocupar um espaço de 70% da matriz energética primária. Isso se deve principalmente ao elevado crescimento da biomassa e de fontes eólicas e solares.

A biomassa terá um papel fundamental quanto a descarbonização do setor de transportes, visto que trata-se de um setor mais difícil de ser eletrificado, como a aviação, o transporte marítimo e o transporte de carga a longa distância, sendo necessário a sua utilização para compensar a emissão de GEE por parte desses segmentos através da produção de biocombustíveis. A energia eólica também se destaca nesse sentido já que, no cenário TA, será responsável por um setor mais eletrificado. Dessa forma, é observada a descarbonização de todos os segmentos do setor de transportes.

O acentuado uso de biocombustíveis é de suma importância também tendo em vista que a sua produção pode estar associada à redução da quantidade de gás carbônico na atmosfera, através de tecnologias capazes de capturar e armazenar esse gás, chamadas de BECCS (BioEnergy with Carbon Capture and Storage), como a síntese do eucalipto ou pinus, plantas que capturam grandes quantidades de CO2 atmosférico durante o seu processo de desenvolvimento. Dessa forma, há uma remoção líquida de CO2 da atmosfera, já que o CO2 capturado no crescimento das árvores de pinus e eucalipto não será integralmente devolvido à atmosfera quando o biocombustível for utilizado em motores. Este processo é ilustrado na figura a seguir.

Fonte: CEBRI.

O petróleo é a fonte que mais reduz participação em todos os cenários, chegando, no cenário TA, a responder por apenas 5% da matriz em 2050. No entanto, a sua produção permanece constante em todos os cenários, transformando o Brasil em um grande exportador desse produto. Isso, por sua vez, contribui para a mitigação das emissões globais de GEE ao substituir óleos de maior intensidade de carbono no mercado, já que o petróleo brasileiro possui de cerca de 15 kg de CO2 por barril de óleo equivalente produzido (kg CO2eq /b) enquanto a média mundial é de 22 kg CO2eq /b.

As fontes hidráulicas e derivados da cana-de-açúcar perdem o seu destaque para outras biomassas, mas continuam a crescer de forma bastante significante em todos os cenários.

Quanto a geração de energia elétrica, o estudo projetou em todos os seus cenários a expansão do uso de fontes eólica e solar. Para a energia eólica, é esperado um aumento de participação para 17%, 47% e 14%, em 2050, nos cenários TB, TA e TG, respectivamente. O crescimento dessas fontes acarreta em uma diminuição da participação relativa da hidroeletricidade. No cenário TB a participação das hidrelétricas se reduz para 55%, no TG para 54% e no TA para 30%, em virtude das limitações físicas para a construção desse tipo de usina, que causa impactos ambientais e sociais.

Políticas públicas a serem adotadas

Ainda de acordo com o relatório, as principais medidas a serem adotadas até o ano de 2030 são aquelas referentes ao setor de uso do solo, visto que é esse o setor com o maior impacto ambiental no país. Para isso, foram recomendadas nove propostas a serem aplicadas nos próximos 7 anos a fim de permitir o sucesso dos cenários de transição energética apresentados ao longo do documento. São elas:

  • Adotar agenda de política energética e desenho de mercados que crie condições para caminhos flexíveis de descarbonização;
  • Minimizar arrependimentos mediante abordagens de mercados abertos, diversos e competitivos;
  • Harmonizar objetivos de desenvolvimento sustentável, transição energética e segurança energética;
  • Aproveitar vantagens competitivas existentes no Brasil para construir e financiar vantagens competitivas do amanhã, requalificando ativos e migrando expertises;
  • Cumprir objetivos/metas já estabelecidas pelo país em linha com o compromisso de neutralidade climática (líquida);
  • Assegurar que o setor energético brasileiro tenha uma transição justa, inclusiva e custo-efetiva;
  • Aperfeiçoar ou estabelecer arcabouços institucional, legal e regulatório que promovam o desenvolvimento e adoção de tecnologias e modelos de negócios com foco na redução de emissões e remoção de carbono de emissões de gases de efeito estufa;
  • Mapear, detalhar e disseminar informações sobre potencial técnico, econômico e de mercado para as alternativas identificadas nos diferentes cenários;
  • Aprofundar estudos sobre resiliência climática das soluções energéticas encontradas no projeto.

Referências

https://www.enelgreenpower.com/pt/learning-hub/transicao-energetica

https://www.epe.gov.br/pt/publicacoes-dados-abertos/publicacoes/balanco-energetico-nacional-2023

https://www.gov.br/mme/pt-br/assuntos/noticias/matriz-eletrica-brasileira-apresenta-expansao-de-2-746-mw-no-primeiro-trimestre-de-2023

https://www.gov.br/mre/pt-br/canais_atendimento/imprensa/notas-a-imprensa/2020/apresentacao-da-contribuicao-nacionalmente-determinada-do-brasil-perante-o-acordo-de-paris

https://www.cebri.org/br/doc/309/neutralidade-de-carbono-ate-2050-cenarios-para-uma-transicao-eficiente-no-brasil

A Inteligência Artificial como ferramenta na gestão de energia

No decorrer dos anos o tema “tecnologia” ficou cada vez mais abrangente devido o avanço de vários setores ao mesmo tempo, principalmente no ramo da computação, nos limitaremos, neste texto, apenas na utilização das Inteligências Artificiais como ferramenta para gestão dos setores energéticos, muitos conceitos apresentados também se expandem para a indústria em geral.

Um dos assuntos mais comentados sobre tecnologia atualmente são os Chatbots e Image Creators, dois exemplos de grande relevância são: 

ChatGPT da OpenAI: é um chatbot que recebe linguagem natural e consegue desenvolver uma conversa de forma “humana”, responder perguntas, criar textos, códigos.

Chat GPT, da OpenAI

Image Creator do Microsoft Bing: é um gerador de imagens, ele recebe uma informação de entrada em linguagem natural e transforma a frase em uma imagem.

Image Creator do Bing

O que um Chatbot e um gerador de imagens têm em comum? Ambos funcionam com o mesmo princípio Inteligência artificial (também conhecido como IA), e o que é uma inteligência artificial?

Antes de definirmos o assunto propriamente dito, precisamos definir o conceito de inteligência primeiro.

O que é Inteligência Artificial?

Segundo o dicionário, inteligência é:

“Todas as características intelectuais de um indivíduo, ou seja, a faculdade de conhecer, compreender, raciocinar, pensar e interpretar. A inteligência é uma das principais distinções entre o ser humano e os outros animais.”

https:/www.significados.com.br/inteligencia/

Partindo deste princípio, podemos inferir que inteligência nada mais é do que a capacidade de compreender, raciocinar, pensar e interpretar, com este conceito esclarecido em nossas mentes, podemos definir o conceito de inteligência artificial.

“O conjunto de capacidades cognitivas e intelectuais expressadas por um sistema informático e combinações de algoritmos cujo propósito é a criação de máquinas que imitam a inteligência humana para realizar tarefas e que podem melhorar conforme novas informações”

https://es.wikipedia.org/wiki/Inteligencia_artificial

Logo, chegamos a conclusão de que o conceito de inteligência artificial pode ser interpretado como a tentativa humana de desenvolver uma estrutura computacional que consiga desempenhar, por meio de algoritmos, atividades com o mesmo nível cognitivo e intelectual de um ser humano.

De fato, com a utilização dos dois exemplos apresentados anteriormente, podemos ver o quão poderoso podem ser essas ferramentas.

A inteligência artificial é a tentativa de simular a inteligência humana.

O uso das IA’s como ferramenta:

Quando imaginamos o poder cognitivo-computacional de uma máquina dentro de um contexto fechado, podemos expandir este conceito para vários setores, nos limitaremos ao setor energético e como o uso de IA’s tem papel fundamental, exemplificaremos de forma prática e cotidiana.

Melhora da eficiência energética: As IA’s em geral costumam ter uma boa performance com o processamento de grandes quantidades de dados. Os setores de geração de energia, como eólica e solar, costumam lidar com muitos dados, como por exemplo: a previsão do tempo, velocidade dos ventos, o nível de irradiação solar. Que, dentro dos setores citados, são variáveis que têm informações extremamente importantes para com relação a eficiência da planta como um todo. Sendo assim, o poder computacional para o processamento de dados tende a ser muito mais eficaz, desta forma, auxiliando os administradores das plantas de geração a tomar melhores decisões e assim gerar mais energia com o menor custo.

Monitoramento em tempo real: Os setores de gerenciamento de uma planta de geração de energia não se preocupam apenas com os fatores exógenos relacionados apenas a geração de energia, mas também os fatores como: dados relativos da demanda, reduzir perdas de energia e custos, self-healing, previsões de mercado, identificar padrões e tendências, monitoração e análise da qualidade da energia. Estes são alguns exemplos de demandas que necessitam ter constantes verificações e análises que podem ser desempenhadas com muita qualidade por IA’s, por poderem fazer processamentos em tempo real de altas quantidades de dados.

Tempo de manutenção: Um exemplo clássico e que está presente em boa parte das indústrias em geral é a parte da manutenção. O termo manutenção por muitas vezes pode ser interpretado como a troca ou conserto de elementos referentes a uma máquina ou sistema ou qualquer outra estrutura que necessite de revisões periódicas, porém, a manutenção é um setor estratégico, pois de lá vem boa parte dos custos de uma planta, a qualidade dos serviços e da planta como um todo, ou seja, um setor vital para uma empresa, entretanto há entraves como qualquer outro setor, estes que podem ser geridos por uma IA, auxiliando toda a cadeia estrutural da empresa, exemplos estes são:

  • Uma AI pode monitorar a performance do equipamento e calcular a sua média de eficácia dentro de um período.
  • Revisar os ciclos de manutenção, identificar falhas, prever a vida útil dos equipamentos. 
  • Com base na análise de demanda pode reduzir os custos com manutenções corretivas e melhor alinhar os ciclos de manutenção preventiva ou preditiva com o setor de produção garantindo a menor perda possível.
  • Auxílio técnico: Com a popularização dos Chatbots como ChatGPT da OpenAI, nada nos limita a cerca de um chatbot referente a conceitos técnicos e que auxiliem os técnicos, inserindo informações dos sintomas ou defeitos de uma máquina, e recebendo possíveis diagnósticos, por métodos estatísticos e probabilísticos, e assim, reduzir o tempo de máquina parada.

Cibersegurança: De fato, com tanto avanço tecnológico, não há como negar que o mercado está cada vez mais dependente da nuvem e uma abrangente estrutura de rede de internet, de forma que governos, concorrentes ou  grupos criminosos sabem disso e podem utilizar como foco de ataque. Dentro de uma planta de geração, o uso da nuvem é essencial para a produtividade e um ataque cibernético à rede pode gerar consequências sérias. Como dito antes, as IAs podem analisar padrões, com isto, ela pode tomar decisões como: bloquear sistemas, redirecionar o tráfego da rede, gerenciar backups, entre outras atividades importantes. Desta forma, sendo uma IA mais uma camada de proteção.

Conclusão

Os sistemas das IA’s estão cada vez mais modernos, versáteis e confiáveis. Vários modelos já são implementados em indústrias de setores diversos, o próprio Chat GPT já é utilizado para criação de relatórios, geração códigos e informações técnicas, logo, a tendência é que estas ferramentas acrescentem mais confiabilidade aos sistemas de gerenciamento e geração de energia, como já são implementados nas usinas fotovoltaicas e eólicas. O uso das IA’s dentro da indústria como um todo, reduz custos, aumenta o rendimento, auxilia na redução de poluentes, eleva a qualidade da mão de obra dos colaboradores e gera estabilidade e competitividade no mercado.

Referências:

Ahmad, T., Zhang, D., Huang, C., Zhang, H., Dai, N., Song, Y. and Chen, H., 2021. Artificial intelligence in sustainable energy industry: Status Quo, challenges and opportunities. Journal of Cleaner Production, 289, p.125834.

https://www.engineeringmen.com/the-benefits-of-using-chat-gpt-and-artificial-intelligence-in-energy-management/

https://insights.globalspec.com/article/20459/how-are-engineers-using-chatgpt

https://www.ibm.com/topics/artificial-intelligence

Interligação do sistema elétrico brasileiro

A energia elétrica é essencial para o desenvolvimento econômico, o avanço da sociedade e o bem-estar das pessoas, além de contribuir para a preservação do meio ambiente e do clima. O sistema elétrico é composto por um conjunto de equipamentos, instalações e redes que possibilitam a geração, transmissão, distribuição e utilização da energia elétrica. Esse sistema é constituído por diversas partes interligadas que atuam em conjunto, garantindo que a eletricidade seja produzida e fornecida aos consumidores finais de forma confiável, segura e eficiente.

Existem diversas formas de gerar energia, incluindo usinas hidrelétricas, termelétricas, nucleares e fontes renováveis, como a energia solar e eólica. A fim de levar a energia gerada aos locais de consumo, são necessárias redes elétricas de transmissão e distribuição, responsáveis por interligar as usinas às cidades, bairros e indústrias. A regulação do setor elétrico brasileiro é realizada pela ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica), uma autarquia vinculada ao Ministério de Minas e Energia, cuja função é estabelecer as normas e regras para a operação do sistema elétrico e para a relação entre os diversos agentes desse setor.

Rede de transmissão

A Rede de Transmissão é a parte da rede elétrica responsável pelo transporte de energia elétrica de alta tensão das usinas geradoras para as subestações abaixadoras, onde começa a distribuição. Essas linhas de transmissão podem percorrer grandes distâncias e cruzar várias regiões do país.

A tensão gerada nos geradores trifásicos de corrente alternada é normalmente de 13,8 kV. Para que seja economicamente viável, é necessário utilizar uma subestação para elevar esse valor de tensão, a fim de reduzir as perdas causadas devido à distância até os centros consumidores. Isso ocorre porque as perdas de energia são proporcionais à corrente elétrica e ao quadrado da resistência.

A rede básica de transmissão é composta por linhas de corrente alternada nas seguintes faixas de tensão: 230 kV, 345 kV, 440 kV, 500/525 kV e 765 kV, e também por linhas de corrente contínua de 600 kV e 800 kV. Para as linhas a partir de 500 kV, é realizado um estudo econômico para determinar se a utilização será em tensão contínua ou alternada.

Linha de transmissão.

Fonte: PIXABAY. Disponível em: <https://pixabay.com/pt/photos/linhas-el%c3%a9ctricas-cabos-torre-1868352/>

Rede de distribuição

A rede de distribuição desempenha o papel de distribuir a energia elétrica aos consumidores finais na rede elétrica. Essa rede é composta por linhas de distribuição de baixa tensão que conectam as subestações às residências, comércios e indústrias. O sistema de distribuição engloba um conjunto de instalações e equipamentos elétricos que operam em níveis de alta tensão, média tensão e baixa tensão.

O processo de distribuição tem início na subestação abaixadora, a qual é utilizada quando as linhas de transmissão se aproximam das cidades, com o objetivo de evitar problemas tanto para os consumidores quanto para as estruturas urbanas. A tensão da linha é reduzida para valores padronizados nas redes primárias (13,8 kV e 34,5 kV) e secundárias (380/220V, 220V e 127V). Nas redes de distribuição secundárias, são realizadas as conexões aos consumidores, que podem ser monofásicos, bifásicos ou trifásicos.

Poste de energia elétrica.

Fonte: UNSPLASH. Disponível em: <https://unsplash.com/pt-br/fotografias/Xw8u89eEzsM>

Sistema Nacional Interligado

O sistema elétrico brasileiro é um dos mais complexos e diversificados, possuindo uma matriz energética variada e um Sistema Interligado Nacional (SIN), que interliga a produção ao consumo por meio de uma extensa rede de transmissão.

A energia que alimenta o SIN provém principalmente de fontes hídricas de geração, contando também com a participação crescente de outras fontes renováveis, como a energia eólica e solar, as quais têm apresentado um aumento significativo em sua contribuição para a matriz energética.

Por outro lado, as usinas térmicas são construídas com o objetivo de operar próximas aos principais centros de carga durante períodos de baixo nível de água nos reservatórios das hidrelétricas, baixa velocidade dos ventos e baixa irradiação solar. Essas usinas térmicas contribuem para a segurança do SIN.

Sistemas Isolados

O Sistema Interligado Nacional é composto por quatro subsistemas: Sul, Sudeste/Centro-Oeste, Nordeste e a maior parte da região Norte. Apesar de sua ampla abrangência, existem áreas do país que não estão integradas ao SIN devido a questões técnicas e econômicas. Essas áreas constituem os Sistemas Isolados, localizados principalmente na região Norte, nos estados de Rondônia, Acre, Amazonas, Roraima, Amapá e Pará, além da ilha de Fernando de Noronha, em Pernambuco, e algumas localidades de Mato Grosso. A demanda por energia nessas regiões é atendida principalmente por usinas termelétricas movidas a óleo diesel.

Evolução do sistema de transmissão

A partir da década de 1930, com o processo de industrialização e urbanização do país, a demanda por eletricidade começou a crescer rapidamente. Para atender a essa demanda, foram construídas usinas hidrelétricas de maior porte em rios de grande vazão, como o Paraná, o São Francisco e o Tocantins. No entanto, essas usinas ficavam distantes dos centros consumidores e, até meados do século XX, o sistema elétrico era composto por sistemas isolados, o que exigia a construção de longas linhas de transmissão com tensões mais elevadas para transportar a energia até os centros consumidores em áreas urbanas.

Em 1962, foi criada a Eletrobras, responsável pela expansão da geração e transmissão de energia no Brasil. A Eletrobras passou a contar com subsidiárias como a Chesf (Companhia Hidrelétrica do São Francisco) e a Furnas, que forneciam energia para as regiões Nordeste e Sudeste, respectivamente. Além disso, foi criada a Eletrosul em 1968, terceira subsidiária da Eletrobras, responsável pelo abastecimento energético da região Sul. A quarta subsidiária da empresa, a Eletronorte, foi criada em 1973 para atender a região Norte.

No início da década de 1980, a Eletronorte e a Chesf interligaram as regiões Norte e Nordeste por meio de linhas de transmissão de 500 kV com extensão superior a 1.500 km. No Sul, em 1984, a usina Itaipu Binacional, localizada no rio Paraná entre o Brasil e o Paraguai, foi inaugurada. Essa usina é responsável por suprir uma parcela significativa da demanda energética do Sul e Sudeste do Brasil, além de fornecer cerca de 86,4% da energia consumida no Paraguai. Para integrar a usina ao sistema elétrico brasileiro, foram implantadas linhas de transmissão de 600 kV em corrente contínua e 750 kV em corrente alternada.

Entre 1990 e 2000, iniciou-se o processo de interligação das regiões Norte/Nordeste e Sul/Sudeste, conhecido como interligação Norte-Sul, que contou com 1,3 km de extensão de linhas de transmissão e tensão de 500 kV. Nesse mesmo período, em 1994, a usina hidrelétrica de Xingó, no Nordeste, foi inaugurada.

Posteriormente, em 2009, Acre e Rondônia foram integrados ao sistema elétrico brasileiro, e em 2017, entrou em operação a primeira linha de corrente contínua, que interligou a usina de Belo Monte, no estado do Pará, ao Sudeste, com uma tensão de 800 kV e extensão de mais de 200 km.

Evolução das linhas de transmissão no Brasil

Fonte: ELETROBRAS. Disponível em: <https://eletrobras.com/pt/Paginas/Sistema-Eletrico-Brasileiro.aspx>

O principal desafio do sistema consiste em integrar e otimizar os recursos energéticos de cada região, aproveitando o excedente das áreas com menor demanda e suprindo as necessidades das áreas com maior demanda. Para isso, são realizados estudos de planejamento pelos Grupos de Estudo de Transmissão (GET), coordenados pela EPE, a fim de viabilizar a instalação de novas linhas de transmissão que serão integradas à Rede Básica.

Atualmente, com o significativo aumento na geração de energia solar e eólica no Nordeste, surge a dúvida sobre o que fazer com a capacidade excedente na própria região. Diante dessa questão, o Ministério de Minas e Energia anunciou, em maio de 2023, o Plano de Outorgas de Transmissão de Energia Elétrica (POTEE), estabelecendo um investimento de R$ 56 bilhões em linhas de transmissão para escoamento de energia renovável na região Nordeste.

Referências

https://eletrobras.com/pt/AreasdeAtuacao/Transmiss%C3%A3o/Mapa%20Evolu%C3%A7%C3%A3oTransmiss

https://www.gov.br/aneel/pt-br/assuntos/distribuicao/regulacao

https://www.osetoreletrico.com.br/os-desafios-para-a-expansao-da-transmissao/

https://www.itaipu.gov.br/energia/geracao

https://www.ons.org.br/paginas/sobre-o-sin/o-sistema-em-numeros

https://www.gov.br/mme/pt-br/assuntos/noticias/alexandre-silveira-anuncia-plano-de-investimentos-em-transmissao-de-energia-1

https://www.epe.gov.br/pt/areas-de-atuacao/energia-eletrica/planejamento-da-transmissao

CREDER, Hélio. Instalações Elétricas. 15ª ed. São Paulo: LTC, 2007.

Proteção de Sistemas Elétricos

A energia elétrica é fundamental para o desenvolvimento econômico e social de um país, implicando a necessidade de estudo e de acompanhamento dos parâmetros operacionais. A sociedade atual demanda, de forma crescente, a continuidade do fornecimento de energia elétrica e a garantia de que a energia fornecida atenda a requisitos mínimos de qualidade. Com isto, existe uma área de estudo com o intuito de proteger o Sistema Elétrico de Potência (SEP) contra operações não normais do sistema.

A proteção de qualquer sistema elétrico é projetada com o objetivo de diminuir ou evitar risco de vida e danos materiais, quando ocorrer situações anormais durante a operação do mesmo. Geralmente, tais os sistemas elétricos são protegidos contra sobretensões (internas e descargas atmosféricas) e sobrecorrentes (curtos-circuitos).

Normalmente, a proteção contra curtos circuitos é feita utilizando equipamentos eletromecânicos, digitais ou eletrônicos, basicamente utiliza fusíveis e relés que acionam disjuntores. O equipamento fundamental para proteção contra sobretensões é o para-raios.

Funções básicas de um sistema de proteção

As principais funções de um sistema de proteção são:

  • Salvaguardar a integridade física de operadores, usuários do sistema e animais;
  • Evitar ou minimizar danos materiais;
  • Retirar de serviço um equipamento ou parte do sistema que se apresente defeituoso;
  • Melhorar a continuidade do serviço;
  • Diminuir despesas com manutenção corretiva;
  • Melhorar os índices DEC (duração de interrupção equivalente por consumidor) e FEC (frequência de
  • interrupção equivalente por consumidor).

Definições usadas na proteção de sistemas

Confiabilidade: Definida como a probabilidade de funcionamento correto da proteção quando houver a necessidade de sua atuação.

Seletividade: o sistema de proteção que possui esta propriedade é capaz de reconhecer e selecionar as

condições que deve operar, a fim de evitar operações desnecessárias.

Sensibilidade: É a habilidade que um sistema tem de identificar uma situação de funcionamento anormal em que exceda o nível normal ou detectar o limiar em que a proteção deve atuar.

Velocidade: um sistema de proteção deve possibilitar o desligamento do trecho ou equipamento

defeituoso no menor tempo possível.

Níveis de atuação de um sistema de proteção

De modo geral, a atuação de um sistema de proteção se dá em três níveis:

Proteção principal: Em caso de falta dentro da zona protegida, é quem deverá atuar primeiro.

Proteção de retaguarda: aquela que só deverá atuar quando ocorrer falha da proteção principal.

Proteção auxiliar: é constituída por funções auxiliares das proteções principal e de retaguarda, cujos os objetivos são sinalização, alarme, temporização, intertravamento, etc.

Na figura abaixo é demostrado alguns níveis de proteção. As zonas de proteção (retângulos tracejados) podem funcionar como proteção principal ou de retaguarda, a depender da localização da falta.

Figura 1: Proteção de um sistema de elétrico em alta-tensão.

Tipos de proteção elétrica

Entre os diversos tipos de proteção, temos alguns comumente usados:

Proteção diferencial (87): A proteção diferencial baseia-se na comparação entre duas correntes elétricas, operando quando a diferença entre essas duas corrente ultrapassa um valor predeterminado.

Proteção de sobrecorrente (50, 51): A proteção diferencial baseia-se na comparação entre duas correntes elétricas, operando quando a diferença entre essas duas corrente ultrapassa um valor predeterminado.

Proteção de distância (21): A proteção de distância é feita por relés de distância. O relé de distância é alimentado por duas grandezas de entrada, tensão (V) e corrente (I), amostradas por TPs e TCs conectados ao sistema elétrico. Sua operação é baseada na impedância aparente da rede que é medida pelo relé.

Referências

Volume-2-protecao-de-sistemas-aereos-de-distribuicao. Ed Campos / Eletrobrás.

The Art & Science Of Protective Relaying. C. Russell Mason.

Apostila de Proteção de Sistemas Elétricos. Prof. Marcos A. Dias de Almeida – Natal, fevereiro de 2000.

A utilização de Sistemas Inteligentes na rede elétrica 

A necessidade da modernização

O aumento da demanda energética e a sustentabilidade são os principais motivos para a transição energética que, por sua vez, necessita de um sistema de geração, transmissão e distribuição mais eficiente. Para isso, medidas como a digitalização de subestações e a implementação de sistemas inteligentes tornam-se prioridades. Tendo em vista, a redução nos custos e consumo, aumento da eficiência, confiabilidade e segurança.

Na rede elétrica, a digitalização, com a aplicação da automação, permite a supervisão e o comando à distância e com o uso de algoritmos inteligentes, a detecção e diagnóstico de faltas e defeitos, o gerenciamento do fluxo de potência, ocorre de forma mais otimizada e rápida.

Smart Grids 

As Smart Grids (redes inteligentes) são redes elétricas mais modernas que permitem a bidirecionalidade do fluxo energético, o que favorece a integração da geração distribuída no sistema elétrico. A Smart Grid é um conceito que une a tecnologia da informação à automação, visando-se obter um controle baseado em dados obtidos através de sensores e medidores inteligentes. Além disso, ainda é possível, através de ferramentas computacionais, realizar decisões de forma automática. 

A Smart Grid surgiu com o intuito principal de empoderar a descentralização da geração de energia elétrica, impulsionando a transição energética através da geração a partir de fontes renováveis nas microrredes. Dessa forma, o país diminui a dependência das termelétricas, que emitem gases poluentes através da queima de combustíveis fósseis.

Smart Grid.
Fonte: AUTOSSUSTENTAVEL. Disponível em: <https://autossustentavel.com/2018/08/smart-grid.html>. Acesso em outubro, 2022

Machine Learning

Uma maior eficácia na análise do comportamento da rede e a capacidade de se tomar decisões de forma automática é possível através do uso do Machine Learning (aprendizado de máquina), área da IA (Inteligência Artificial). Por meio desse artifício, é possível adquirir conhecimento de forma automática e tomar decisões baseadas em experiências acumuladas por meio da solução de problemas.

O processo começa pela extração de dados, depois é feito o reconhecimento de padrões, classificação e, por fim, é estabelecido o resultado da saída. Essa saída, no sistema de potência, define a melhor a solução para a previsão de geração e carga, resposta de demanda, cibersegurança, detecção de faltas e proteção.

Redes Neurais Artificiais

As redes neurais artificiais ou RNAs possuem estruturas similares ao do sistema nervoso central e são modelos computacionais que fazem parte do processo da machine learning. As RNAs são capazes de resolver problemas que os humanos não conseguem e em curto espaço do tempo, entre eles: aproximação, predição, classificação, categorização e otimização. Algumas das aplicações da RNA, na rede elétrica, são para previsões de demanda de energia e carga elétrica, processo e controle de qualidade.

A forma de aprendizado mais usada pelo ser humano é o aprendizado indutivo, que se baseia no raciocínio de exemplos e generalização. As neurais também utilizam o método indutivo. O aprendizado indutivo pode ser dividido em supervisionado e não-supervisionado. Ao primeiro é fornecido dados rotulados com a resposta correta, enquanto no segundo, os exemplos fornecidos são analisados, tentando-se agrupar em agrupamentos ou clusters, que depois é organizado de acordo com o significado no contexto do problema que está sendo analisado.

As redes neurais podem ser simples ou profundas, elas possuem camadas de entrada, ocultas e de saída. No caso da RNAs simples, as camadas de entrada recebem os exemplos que são processados e enviados, através dos nós, até a camada oculta ou escondida, que, por sua vez, analisam e processam os dados das entradas e os enviam para as saídas. Por outro lado, as RNAs profundas processam os dados da entrada mais de uma vez, isto é, elas possuem estruturas similares ao do sistema nervoso central, existem múltiplas camadas que processam ainda mais os dados da anterior até se obter o resultado que chegará à saída.

Rede neural em camadas.
Fonte: NUTRIMOSAIC. Disponível em: <https://nutrimosaic.com.br/redes-neurais-artificiais-aplicadas-a-zootecnia/>

A RNA simples depende do ser humano para fornecer os dados corretos que serão utilizados na análise, contudo, o principal objetivo de um sistema inteligente é automatizar o máximo possível o processo. Nesse sentido, o aprendizado profundo, por meio da RNA profunda, permite que seja introduzido ao algoritmo apenas dados brutos que, por sua vez, é analisado de forma independente.

Aplicação do aprendizado de máquina no sistema elétrico

O machine learning é utilizado em diversos domínios de aplicações na rede elétrica integrada, como a operação em tempo real, percepção compreensiva e a realização de decisões inteligentes.

A operação em tempo real permite a resiliência do sistema com o mecanismo self healing (auto reparação), que identifica e corrige falhas de forma automática e rápida. Além disso, com operação em tempo real, é possível controlar o armazenamento de energia da geração distribuída, detectar ataques cibernéticos, anomalias de sistema e gerenciar sistemas de diversas fontes de geração.

A percepção compreensiva é dada através da análise do comportamento do consumo de carga; previsão de carga, geração e preço; infraestrutura avançada de medição e a monitoração da condição de equipamentos elétrico.

A realização de decisões inteligentes contribui no planejamento otimizado do sistema; mercado de energia; na vida útil de equipamentos elétricos, condutores e dispositivos de proteção; gerenciamento de risco no sistema elétrico e demanda.

Referências

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352484721007356?via%3Dihub#sec1

https://ieeexplore.ieee.org/document/8783340

https://www.iea.org/reports/digitalisation

https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel878/redes1-2016-1/16_1/smartgrid/

https://aws.amazon.com/pt/what-is/neural-network/

https://www.neoenergia.com/pt-br/sala-de-imprensa/noticias/Paginas/tecnologia-self-healing-beneficia-472-municipios-areas-de-concessao.aspx

GALLOTTI, V. D. M. Intelligent electric power networks (Smart Grids). Research, Society and Development, [S. l.], v. 10, n. 9, p. e30010918322, 2021. DOI: 10.33448/rsd-v10i9.18322. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/18322. Acesso em: outubro de 2022.

REZENDE, Solange Oliveira. Sistemas Inteligentes: Fundamentos e Aplicações. Barueri, SP: Editora Manole Ltda, 2003. ISBN 8520416837.

Novo panorama das energias renováveis: Desenvolvimento da energia eólica tanto em ramos industrias quanto residencial

O que é energia eólica?

A energia eólica é um tipo de energia renovável e sustentável que vem se desenvolvendo e ganhando espaço nos últimos anos, principalmente depois da crise do petróleo entre 1970 e 1980.

De forma bem resumida e didática, a energia eólica é processo pelo qual o vento é convertido em energia cinética e, a partir dela em energia elétrica com a utilização de equipamentos específicos, como turbinas e aerogeradores.

É importante salientar que o processo de produção de energia eólica é muito semelhante aos processos de geração de energia a partir de outros fontes, pois o mecanismo e o processo físico são os mesmos, que é através de geradores que convertem energia mecânica em elétrica. Portanto, a produção de energia eólica está relacionada com fenômenos físicos, como o eletromagnetismo, diferenciando das demais energias apenas na utilização do vento para movimentar o rotor dos geradores.

Complexo eólico

Origem e história da energia eólica

Sistema antigo que utilizava-se das forças do vento para gerar algum tipo de energia

A energia eólica, junto com a solar, é uma das fontes energéticas mais antiga utilizada pelo homem. Sua utilização, segundo registros históricos, começou com os egípcios que utilizavam embarcações a vela para navegar o Rio Nilo durante o primeiro império.

Depois das velas usadas nas embarcações, surgiram os primeiros moinhos de ventos localizados principalmente na Ásia e no Oriente Médio e tinha como funcionalidade o bombeamento de água e a moagem de grãos.

Origem e desenvolvimento da energia eólica no Brasil

A produção de energia eólica no Brasil é muito recente e teve início em 1922, quando foi instalado o primeiro aerogerador em Fernando de Noronha.

No entanto, foi a partir de 2005 que a capacidade instalada de projetos eólicos segue em crescimento. A Matriz atual conta com mais de 800 parques eólicos e mais de 9000 aerogeradores instalados em todo o país, fazendo com que essa fonte de energia fique em segundo lugar no que tange a produção de energia, e colocando o Brasil como o principal desenvolvedor de energia nesse setor na América Latina. É importante salientar que a grande maioria desses complexos estão localizados na região Nordeste, principalmente na Bahia, Rio Grande do Norte e Piauí.

Principais vantagens da utilização da energia eólica:

  • Não emite gases que agravam as condições climáticas;
  • É uma fonte de energia inesgotável, ou seja, é renovável;
  • Aumenta a autonomia energética do país;
  • Reduz a dependência de combustíveis fósseis;
  • É uma fonte barata de energia se for considerado o investimento a longo prazo;

 Principais desvantagens da utilização da energia eólica

  • Poluição sonora, as turbinas geram ruídos quando estão operando;
  • Impacto sobre a migração das aves;
  • Intermitência do vento e integração para a geração constante de energia;
  • A instalação modifica a paisagem.

Como funciona uma turbina eólica?

Uma turbina eólica ou gerador eólico conta com uma enorme tecnologia para transformar os ventos em eletricidade, o processo de conversão é indireto, pois primeiro a turbina converte a energia dos ventos em energia mecânica e depois em elétrica.

As principais partes de uma turbina eólica são:

Pás

É a parte da turbina responsável por captar a energia cinética/movimento dos ventos e transferi-la para o rotor da turbina. Essas pás utilizam os mesmos perfis aerodinâmicos das asas de aviões e criam a força de sustentação necessária para realizar o movimento.

Rotor

É a parte localizada frontalmente na turbina e tem como finalidade fazer a conexão entre as pás e o aerogerador e, dependendo do tipo de turbina, pode pesar mais de 30 toneladas

Torre

É a estrutura que sustenta o rotor e as pás do aerogerador em uma altura ideal para a captação dos ventos. É importante mencionar, que o material utilizado na fabricação dessas torres, normalmente são o aço ou o concreto.

Anemômetro

O anemômetro é um dispositivo no topo do aerogerador que tem a finalidade de medir a intensidade e velocidade dos ventos.

Partes de um aerogerador

Miniturbina e produção de energia eólica residencial

A imagem mais comum associada a em energia eólica são turbinas enormes em uma planície, mas já existem muitas opções de turbinas projetadas e dimensionadas para outros cenários, como centros urbanos e pequenas propriedades rurais.

Assim como a energia solar, a energia eólica já pode ser produzida por conta própria para as demandas internas e residenciais. Para a energia eólica existem os sistemas semelhantes ao off-grid ou autônomo (que tem como principal característica o funcionamento sem a conexão a rede elétrica) e o on-grid (sistema permanece conectado à rede elétrica) existente para a energia solar.

Funcionamento das mini turbinas eólicas

As mini turbinas usam a superfícies de um telhado qualquer em aclive para captar e concentrar o vento em maioria, para utilizar na geração de energia, aproveitando seu efeito de foco. Após isso, o vento capturado é forçado a percorrer sobre a superfície do telhado e formar um “gargalho” na crista do telhado, acelerando o ar constante por meio da mini turbina eólica.

É de grande valia salientar que as mini turbinas são planejadas e projetadas para serem instaladas no extremo de telhados independente de serem comerciais ou residenciais, a fim de gerar energia renovável. As mini turbinas eólicas garantem que a geração de energia elétrica limpa seja consistente até mesmo em condições de vento forte, imprevisíveis e inconsistente.

No entanto, a produção de energia eólica residencial através de miniturbinas ainda é muito pequena se comparado com a energia solar, principalmente pelo custo de instalação e pelo fato das miniturbinas gerar ruídos sonoros, o que dificulta sua instalação nos grandes centros. Ademais, o mercado ainda é incipiente em todo país para essa modalidade no que tange a produção de energia elétrica, isto é, a utilização de mini geradores para a geração distribuída de energia não é tão conhecido. É de grande valia mencionar que a produção de energia eólica em casa tem um funcionamento igual ao de grandes parques eólicos, contudo, com um tamanho reduzido.

Curiosidades sobre o tema:

  • Os aerogeradores possuem mecanismos de segurança que controlam a velocidade do rotor e das pás mesmo em momentos de rajadas de ventos fortes;
  • As turbinas eólicas possuem um sistema de freio que permite parar a sua rotação e, consequentemente, a geração de energia, quando for necessário;
  • O Nordeste do Brasil é a região que possui o maior potencial de energia eólica no país;
  • Foi na década de 70, devido a crise do petróleo, que a energia eólica adquiriu maior relevância.

Referências

CASTRO, Rui MG; RENOVÁVEIS, Energias; DESCENTRALIZADA, Produção. Introdução à energia eólica. Lisboa: Portugal: Universidade Técnica de Lisboa, 2004.

LAGE, Elisa Salomão; PROCESSI, Lucas Duarte. Panorama do setor de energia eólica. 2013.

PARIZOTTO, Roberson Roberto et al. Análise e viabilidade técnica de implantação de aerogeradores eólicos de pequeno porte em residências. Acta Iguazu, v. 1, n. 4, p. 55-64, 2012.

CUNHA, Eduardo Argou Aires et al. Aspectos históricos da energia eólica no Brasil e no mundo. Revista Brasileira de Energias Renováveis, v. 8, n. 4, 2019.