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As Mudanças no Setor de Distribuição

A modernização e a adaptação dos meios tecnológicos é algo inevitável no que se diz respeito a qualquer ferramenta ou ciência utilizada pela sociedade moderna. Dentro deste contexto, verifica-se que os Sistemas de Distribuição de Energia Elétrica (SDEEs) passam por mudanças estruturais importantes, de modo a desempenhar plenamente o seu papel.

Deste modo, um dos principais aspectos que vêm exigindo tais adaptações nos SDEEs é o crescimento da implantação das unidades de geração distribuída (GDs) ao longo dos alimentadores. No Brasil, por exemplo, é esperado que até 2024 o número de consumidores residenciais e comerciais que possuam geração própria aumente em 833,25%, atingindo 3.208 MW de potência instalada.

Ressalta-se que além de atender a necessidade de distribuição homogênea da geração de energia elétrica, a GD permite a criação de um novo conceito de consumidor, definido por prosumidor (produtor + consumidor). Tal aspecto traz ainda mais destaque para os estudos, principalmente pelo fato de afetar diretamente aspectos financeiros, o que incentiva o uso da tecnologia entre os consumidores finais.

Além da vertente monetária, o modelo de geração distribuída traz diversos aspectos positivos, dentre eles, pode-se citar: a redução da emissão de gases poluentes através do uso de fontes renováveis; a possibilidade de diminuição das perdas técnicas no sistema de distribuição, pois as cargas estão mais próximas à geração; e, o aumento da eficiência energética. Por esses e outros motivos, faz-se necessário voltar à devida atenção ao tema, afinal, atrelados aos benefícios estão todos os desafios que requerem estudo com uma análise profunda e cuidadosa.

Microrredes

Define-se uma microrrede como um grupo de cargas e de recursos de energia distribuída interconectadas dentro de um limite elétrico claramente definido que atua como uma entidade controlável única com relação à rede. Uma microrrede pode conectar e desconectar-se da rede de modo que lhe permita operar integrada ou isolada da rede (“modo ilha”). Essa conexão com o sistema elétrico de potência da concessionária local é feita, normalmente, com o auxílio da eletrônica de potência.

Geralmente, porém não obrigatoriamente, as microfontes presentes na microrrede são do tipo renovável. Vale ressaltar que no Brasil, a principal fonte vem sendo a solar, devido à boa incidência em diversas partes do país durante o ano, facilidade de implementação em centros urbanos e interessante relação custo benefício.

Todavia, pode-se haver microfontes de cunho não renovável, como motogeradores movidos à diesel, mas que também podem trabalhar aproveitando subprodutos de outros processos (cogeração). Todo o dimensionamento do sistema pode ser projetado para cada necessidade especial, considerando aspectos como: a demanda, a confiabilidade no fornecimento de energia e a melhoria em índices da Qualidade da Energia Elétrica (QEE).

Impactos e Desafios da Geração Distribuída na Rede

Apesar dos benefícios serem proeminentes, o estudo do tema ainda é rodeado por diversos desafios e conflitos importantes. A inserção de GDs, por exemplo, pode causar consequências financeiras e técnicas na operação do sistema, devido ao aumento de conexões de fontes geradoras que podem provocar sobretensões, o que gera danos aos consumidores e prejudica a QEE.

Outro ponto crítico no estudo em questão é o fato de grande parte das microrredes possuírem fontes com comportamento intermitente, a exemplo dos painéis fotovoltaicos que dependem da irradiação solar durante o dia. Tal característica pode causar problemas operativos, destacando-se as variações de tensão em SDEEs, acarretando efeitos negativos, tais como: a violação dos limites de tensão normativos e o aumento do chaveamento de taps dos reguladores de tensão e de bancos de capacitores automáticos.

Ressalta-se que tais tipos de fonte são normalmente utilizadas em associação com alguma forma de armazenamento de energia, como banco de baterias, supercapacitores, células de combustíveis ou volantes de inércia (flywheels). Deste modo, há um aumento da dificuldade operacional e financeira de um projeto envolvendo esta tecnologia. Entretanto, tais dispositivos são vitais para garantir o equilíbrio carga/geração na microrrede e manter a frequência nos valores de operação ideais.

Por fim, um dos aspectos de maior destaque atualmente é a viabilidade de utilizar a GD como um investimento para retorno financeiro, já que é possível vender o excedente de energia para a concessionária, a depender do balanço geração/consumo. Todavia, a utilização deste recurso baseia-se na manipulação do fluxo de potência, ou seja, do caminho percorrido pelas potências ativa e reativa nos elementos da rede elétrica. Normalmente, quando um prosumidor está operando como consumidor, o fluxo de potência direciona-se da subestação abaixadora em direção à carga distribuída ao longo do alimentador. Porém, no modo produtor, o fluxo de potência é invertido e a energia passa a ser injetada na rede. Deste modo, apesar dos evidentes benefícios, tal inversão pode causar sobrecarga de transformadores, elevação das perdas e problemas na regulação de tensão, promovendo, assim, a necessidade em se estudar com profundidade a fim de se prever e contornar possíveis cenários indesejados.

Devido aos diversos desafios operacionais supracitados, a revisão dos estudos de coordenação da proteção e novos reforços e investimentos na rede secundária, mostra-se uma tarefa cada vez mais necessária.

Referências:

• LUCCHESE, F.C.; ANSELMINI, F.A.; MARTINS, C.C.; SPERANDIO, M.; Análise Do Impacto Da Geração Distribuída Fotovoltaica Na Rede Elétrica Da Universidade Federal De Santa Maria; VII Congresso Brasileiro de Energia Solar, Gramado, 2018.
• ANEEL,“Nota Técnica n° 0056/2017-SRD/ANEEL: Atualização das projeções de consumidores residenciais e comerciais com microgeração solar fotovoltaicos no horizonte 2017-2024”, 2017.
• I. Lampropoulos, G. M. A. Vanalme, and W. L. Kling, “A methodology for modeling the behavior of electricity prosumers within the smart grid”, in IEEE Innovative Smart Grid Technologies, 2010. pp. 1-8.
• RODRIGUES, Israel Resende Alves. Estudo de proteção elétrica de uma microrrede baseada na rede de 34 Barras do IEEE. 2017. Dissertação de Mestrado Pós – Graduação em Engenharia Elétrica – Universidade Federal de Minas Gerais, 2017.
• R.F. Coelho, “Concepção, análise e implementação de uma microrrede interligada à rede elétrica para alimentação ininterrupta de cargas CC a partir de fontes renováveis”, Universidade Federal de Santa Catarina, 2013.
• GRAINGER, J. J.; STEVENSON JR, W. D. Power System Analysis, McGraw-Hill, New York,
1994

É possível que o estudante de engenharia elétrica escute falar a respeito de harmônicos muito antes de entender de onde eles vêm ou qual o real impacto da circulação dessas componentes no sistema elétrico de potência. Você sabe o que são harmônicos? Vamos apresentar um pouco a respeito do tema nesse texto.

Conceitos Gerais

Quando falamos de um sistema elétrico ideal, as tensões fornecidas devem seguir um contrato de fornecimento, sendo perfeitamente senoidais e equilibradas. No entanto, podemos verificar que, na prática, os sinais de corrente e tensão encontram-se distorcidos. Este desvio é normalmente expresso em termos das distorções harmônicas de corrente e tensão, e normalmente causadas pela operação de cargas com características não lineares.

Um dispositivo não linear é um equipamento que não produz uma corrente senoidal quando lhe é aplicada uma tensão senoidal. Esses elementos são classificados em três importantes categorias:

• Dispositivos a arco: fornos a arco, máquinas de solda, etc.;
• Dispositivos saturados: transformadores, reatores, etc.;
• Equipamentos de eletrônica de potência: conversores, retificadores, etc.;

De forma simples, podemos dizer que um harmônico é um componente de uma onda periódica cuja frequência é um múltiplo inteiro da frequência fundamental, que no caso da energia elétrica brasileira é de 60 Hz.

Distoções Harmônicas

Vale a pena ressaltar que harmônicos são fenômenos contínuos e não devem ser confundidos com fenômenos de curta duração, os quais duram apenas alguns ciclos. Distorção harmônica é um tipo específico de energia suja, que é normalmente associada à crescente quantidade de acionamentos estáticos, fontes chaveadas e outros dispositivos eletrônicos nas plantas industriais, isto é, associado com cargas não lineares.

Para determinar o grau de distorção presente na tensão e/ou corrente, recorremos à ferramenta matemática conhecida por série de Fourier. As vantagens de se usar a série de Fourier para representar formas de onda distorcidas é que cada componente harmônica pode ser analisada separadamente e a distorção final é determinada pela superposição das várias componentes constituintes do sinal distorcido

A natureza e a magnitude das distorções harmônicas geradas por cargas não lineares dependem de cada carga em específico, mas duas generalizações podem ser assumidas:

• Os harmônicos que causam problemas geralmente são os componentes de números ímpares;
• A magnitude da corrente harmônica diminui com o aumento da frequência.

Consequências das distorções harmônicas

Altos níveis de distorções harmônicas em uma instalação elétrica podem causar problemas para as redes de distribuição das concessionárias, para a própria instalação e para os equipamentos instalados. As consequências podem chegar até a parada total de importantes equipamentos na linha de produção.

As componentes harmônicas geradas por cargas não lineares propagam-se pela rede elétrica, resultando em sérios danos aos equipamentos elétricos e/ou eletrônicos. Dentre os principais efeitos causados podemos citar:

• Má operação de equipamentos eletrônicos, de controle, de proteção, de medição e outros;
• Sobretensões gerando comprometimento da isolação e da vida útil do equipamento;
• Sobrecorrentes ocasionando efeitos térmicos nocivos aos equipamentos;
• Efeitos sobre a resistência dos condutores elétricos.

Mitigação de Harmônicos

Diante de tantos problemas causados por harmônicos, torna-se necessário tomar medidas preventivas ou corretivas, no sentido de reduzir ou eliminar os níveis harmônicos presentes nos barramentos e linhas de um sistema elétrico

Dentre as diversas técnicas utilizadas destacam-se:

• Filtros passivos: são constituídos basicamente de componentes R, L e C por meio dos quais se obtêm os filtros sintonizados e amortecidos. Estes filtros são instalados geralmente em paralelo com o sistema supridor, proporcionando um caminho de baixa impedância para as correntes harmônicas. Podem ser utilizados para a melhoria do fator de potência, fornecendo o reativo necessário ao sistema. Entretanto, existem alguns problemas relacionados à utilização destes filtros, dentre os quais se destacam o alto custo, a complexidade de sintonia e a possibilidade de ressonância paralela com a impedância do sistema elétrico.
• Filtros ativos: um circuito ativo gera e injeta correntes harmônicas com defasagem oposta àquelas produzidas pela carga não linear. Assim, há um cancelamento das ordens harmônicas que se deseja eliminar. Embora bastante eficiente, este dispositivo apresenta custos elevados (superiores aos filtros passivos), o que tem limitado sua utilização nos sistemas elétricos.
• Compensadores eletromagnéticos
• Moduladores CC
  

Gostou do tema e gostaria de aprofundar um pouco mais o seu entendimento? Só dar uma conferida nas referências e boa leitura!

Referências:

https://www.osetoreletrico.com.br/wp-content/uploads/2013/03/Ed85_fasciculo_qualidade_cap2.pdf
https://edisciplinas.usp.br/pluginfile.php/4449923/mod_resource/content/1/Aula_08_a.pdf

Embora seja comum pensar que o físico Nicolas Tesla foi o responsável pela criação da primeira usina geradora de eletricidade, não foi isso que ocorreu. Na realidade, a primeira usina elétrica do mundo, a estação de geração de Pearl Street, foi colocada em funcionamento pelo inventor Thomas Edison em 1882.

Ideia empreendedora

Thomas Alva Edison nasceu em Milan, no estado de Ohio, meio oeste americano, no dia 11 de fevereiro de 1847. Filho de um marceneiro e de uma professora. Thomas foi um grande inventor e empreendedor, ficando marcado por suas ilustres invenções, chegando a registrar um total de 1.033 patentes dentre as quais se destaca a lâmpada incandescente. De sua autoria a frase “Um gênio se faz com um por cento de inspiração e noventa e nove de esforço”. Em 1880, a lâmpada era a única invenção que funcionava através de eletricidade. Para ampliar esse uso, Thomas iniciou o planejamento da primeira estação de energia elétrica. Dessa forma, seria possível vender suas lâmpadas incandescentes e a energia gerada na sua nova estação. Tal projeto teve êxito em sua implementação após dois anos

Dificuldades enfrentadas

Em busca de promover o prosseguimento do projeto, foram montadas estações de energia experimentais. Apesar disso, a construção do projeto Pearl Street apresentava alguns empecilhos. A exemplo dessas dificuldades, encontra-se a forma de geração (até então era gerado somente corrente contínua) e distribuição da energia elétrica requerida. Para resolver essa problemática, Edison desenvolveu o Dynamo Jumbo. Trata-se de uma máquina de 27 toneladas, capaz de produzir 100 kW e alimentar 1200 lâmpadas a qual foi instalada em Holborn Viaduct Station, em Londres, no ano de 1882.

Distribuição da energia

A distribuição da energia também promoveu muitas dificuldades para o projeto, pois, naquela época, essa etapa ainda era feita por fios e tubos subterrâneos. Então, toda a cidade precisou ser “desenterrada” para a concretização de tal projeto. Assim, a implementação da distribuição de energia exigiu 30 km de fiação; tornando-se, com isso, a parte mais cara do projeto.

Referências

Edison’s Electric Light and Power System. . Disponível em: https://ethw.org/Edison%27s_Electric_Light_and_Power_System. Acesso em: 10 de julho de 2022.

Como era a primeira usina geradora de eletricidade. Disponível em: https://www.dicasdeeletricidade.com.br/como-era-a-primeira-usina-geradora-de-eletricidade/#:~:text=A%20primeira%20usina%20el%C3%A9trica%20do,de%20eletricidade%20em%20Nova%20York. Acesso em: 10 de julho de 2022.

Power station. Disponível em: https://en.wikipedia.org/wiki/Power_station. Acesso em: 10 de julho de 2022.

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