Oportunidades de Racionalização de Consumos Parte I Humberto Jorge Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 1 Oportunidades de Racionalização de Consumos Redes de distribuição Compensação do factor de potência Controlo de consumos 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 2 Redes de distribuição Redes industriais Redução de perdas 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 3 Redes de distribuição Suportam a alimentação das diferentes cargas a partir do PT A transmissão de potência é feita através de cabos cuja selecção e dimensionamento é essencial para o projecto 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 4 Factores de escolha do tipo de cabos Tensão nominal Condições de utilização 2003/04 Isolamento Flexibilidade Resistência a acções mecânicas Resistência à corrosão Blindagem eléctrica (Interferências) Temperatura ambiente MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 5 Perdas por efeito de Joule P = R I2 L R S - resistividade do condutor (.mm2/km) S - secção do condutor (mm2) L - comprimento do condutor (km) 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 6 Resistividade dos condutores Resistividade a 20ºC (.mm2/m) Coeficiente de variação da resistência com a temperatura (%/ºC) Cobre Alumínio 0.0175 0.0289 0.393 0.403 A resistividade dos metais cresce com a temperatura (um aumento de 25ºC no cobre aumenta as perdas em 10%) 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 7 Dimensionamento da secção dos cabos Funcionamento à corrente nominal sem sobreaquecimento (protecção das canalizações) Queda de tensão admissível não excedida Em regime de curto-circuito não há sobreaquecimento Optimização das perdas do ponto de vista económico 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 8 Secção técnica O maior dos três valores encontrados definidos pelos critérios anteriores é designado por secção técnica do cabo 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 9 Optimização económica Compromisso óptimo entre os encargos de exploração e os encargos de investimento Aumento da secção do cabo: menores perdas maior investimento Encargo anual associado às perdas L 2 C1 N I H a 10 3 S N - número de condutores percorridos pela corrent; L - comprimento do cabo (km); S - secção de um condutor (mm2); - resistividade do condutor, à temperatura de funcionamento; I - valor eficaz da corrente (A); a - custo da energia (€/kWh); H - número de horas de funcionamento por ano 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 10 Optimização económica Processo simples de estimação Calcular secção técnica e escolher valor superior Avaliar tempo de recuperação de investimento Secção deverá ser maior se recuperação de investimento inferior a 3-4 anos Instalações com elevado número de horas SE superior a ST (às vezes atinge valores 4x superior) Vantagem adicional de um aumento de secção: diminuição das quedas de tensão 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 11 Localização do ponto de distribuição de potência (QG/PT) Fora do centro de gravidade das cargas No centro de gravidade das cargas Situação mais desfavorável: U = 4,26% , Perdas = 885 W, L = 245 m Situação mais desfavorável: U = 1,51%, Perdas = 368 W, L = 198m 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 12 Perdas nos transformadores Perdas no ferro (correntes de magnetização) Correntes de Foucault Perdas por histerese Perdas no cobre (dependem da carga) Rendimento actuais são elevados (>95%) 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 13 Perdas nos transformadores 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 14 Rendimento dos transformadores 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 15 100 99 98 97 96 95 94 93 92 91 90 Rendimento Perdas 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0 Pe rda s (%) Re ndim e nto (%) Variação do rendimento e das perdas num transformador de potência 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 00% 10% 20% 1 1 1 Ca rga (%) 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 16 Compensação do factor de potência Penalização tarifária Redução de perdas nas redes 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 17 Potência reactiva Conceitos básicos Factor de potência Factores de potência dos receptores mais usuais Efeitos da energia reactiva nas redes eléctricas Compensação do factor de potência 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 18 Conceitos básicos Corrente absorvida pelas cargas Componente activa (em fase com a tensão) Componente reactiva (atrasada de 90º em relação à tensão) Potência activa P = Vef x Ief x Cos (W) Potência Reactiva Q = Vef x Ief x Sin (VAr) Potência Aparente 2003/04 S = Vef x Ief (VA) MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 19 Efeitos da energia reactiva Aumentos das perdas na rede Redução da vida útil dos equipamentos (dispositivos de comando) Penalizações tarifárias Subutilização da capacidade instalada Transformador de maior potência Aparelhagem sobredimensionada Cabos de maior secção 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 20 Aumento das perdas 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 21 Cabos de maior secção 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 22 Principais responsáveis pelo consumo de energia reactiva Motores eléctricos Equipamento de iluminação (balastros) Transformadores Soldadura eléctrica Equipamento de rectificação com semicondutores Forno de Indução 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 23 Valores típicos do factor de potência Tipo de Equipamento Sistemas de Bom ba gem Sistema s de Ventilação Sistem as de Ar Cond icionado Elevadores Iluminação Fluorescente não compensada Ilum ina ção Fluorescente compensada 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria Factor de Potência 0,5 a 0,85 0,3 a 0,6 0,6 a 0,8 0,7 a 0,9 0,4 a 0,5 0,7 a 0,8 24 Factor de potência dos Motores de indução Característica construtiva 2003/04 Característica de utilização MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 25 Cálculo da potência de Compensação P1 Cos S1 Q1 P1 tg1 Q2 P1 tg2 QC Q1 Q2 P1 (tg1 tg2 ) 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 26 Formas de compensação Individual Por grupos de receptores Geral Combinada, utilizando conjuntamente os métodos anteriores 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 27 Compensação individual Vantagens Reduz perdas em toda a instalação Diminui a carga sobre os circuito de alimentação Melhora níveis de tensão Desvantagens 2003/04 Despesas maiores de instalação Difícil de ajustar potências de compensação para as potências disponíveis MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 28 Compensação combinada 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 29 Compensação com regulação automática 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 30 Controlo do Factor de Potência Exemplo: WC = 4.175.658 kWh; WP = 1.722.683 kWh; RC = 3.641.256 kVAr cosf = (WC+ WP) / ((WC+ WP)2 + RC2)1/2 = 0,85 Medida: Correcção do factor de potência p/ 0,95 Redução de custos = 18300 euros/ano Investimento = 12500 euros/ano pay-back = 8 meses 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 31 Controlo de consumos Desvios de consumo Limitação da ponta 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 32 Desvio de Consumos Gestão do arranque e paragem de cargas em função da hora do dia Transferir consumos de horas de ponta para horas cheias e/ou horas de vazio. Armazenamento de energia 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 33 Redução nos custos de PHP Por cada kWh deslocado para foras das horas de ponta corresponde a uma redução de: (1/120)* 7,770 = 0,0648 Euros(*) (*) Considerando a opção tarifária MT, MU, ciclo diário (2004) 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 34 Redução da Ponta Gestão do arranque e paragem de cargas Controlo automático de ponta Armazenamento de energia 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 35 Meios de Controlo de consumos e diminuição da ponta diferimento temporal de utilizações de electricidade controlo automático de consumos armazenamento de energia 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 36 Interruptores horários sem calendário, os esquemas de comutação continuam válidos nos feriados falhas de alimentação obrigam a reprogramação (se não houver salvaguarda por bateria) número limitado de ciclos de comutação falta de flexibilidade para coordenação de acções falta de flexibilidade para adaptação a novas condições de utilização da energia eléctrica 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 37 Cargas elegíveis para controlo com constante de tempo elevada as que não funcionam ininterruptamente equipamento não essencial exemplos: 2003/04 aquecedores de água, aparelhos de de ar condicionado, iluminação não essencial, aquecedores de ambiente, carregadores de baterias, moinhos, fornos de indução, equipamento de refrigeração, compressores, ventiladores, separadores electrolíticos, etc.. MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 38 Armazenamento de energia kW consumo evitado Consumo adicional para armazenamento Consumo adicional para armazenamento fora do vazio vazio diagrama sem armazenamento 2003/04 ........ . diagrama com armazenamento MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria vazio h 39 Armazenamento Aplicações aquecimento de água directo indirecto aquecimento ambiente arrefecimento ambiente Exige opções tarifárias adequadas 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 40 Armazenamento Exº climatizarão aquecimento 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 41 Comparação de sistemas de armazenamento 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 42 Comparação de Diagramas 2003/04 MEEC - Gestão de Energia em Edifícios e na Indústria 43
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