Rodrigo Mazzo, 20 de Agosto de 2015 – Evento Automation & Power World Brasil
Conexão de Parques Eólicos à Rede
Básica
Desafios e Soluções
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Agenda
§
§
§
§
§
§
§
§
§
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Realidade da Energia Eólica no Brasil
Principais Estados produtores
Leilões de Energia (Mercado Regulado) x Mercado Livre
Tecnologia de Aerogeradores
Subestações Unitárias
Topologias de Redes Coletoras
Topologias de Subestações Coletoras
Transformadores de Força
Esquemas de Proteção
Modalidade de bay de conexão ao SIN
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
A Realidade da Energia Eólica no Brasil
§
§
§
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Usinas Instaladas no Brasil: 270
Capacidade Instalada: 6,79 GW
Capacidade em Construção: 10,98GW
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
A Energia Eólica no Brasil – Capacidade Instalada
Óleo
7%
Carvão
3%
Nuclear
1%
Gás Natural
9%
PCH
4%
Eólica
5%
Hidrelétrica
62%
Biomassa
9%
Hidrelétrica
Biomassa
Eólica
PCH
Gás Natural
Óleo
Carvão
Nuclear
Capacidade total Instalada: 137,9 GW
Fonte: ANEEL / ABEOLICA 05/2015
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
A Energia Eólica no Brasil – Geração Efetiva
Geração total (TWh)
ü 2013: 611,2
ü 2014: 624,3
2014
2013
3% 3%
3%3%
7%
7%
11%
13%
1%
2%
7%
7%
65%
Hidráulica
Biomassa
Eolica
Gas Natural
Derivados de Petroleo
Nuclear
Carvão e Derivados
71%
Hidráulica
Biomassa
Eolica
Gas Natural
Derivados de Petroleo
Nuclear
Carvão e Derivados
Fonte: EPE-Balanço Energético Nacional 2015
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
A Energia Eólica no Brasil – Capacidade Instalada
A Energia Eólica é naturalmente complementar ao regime hídrico, representado um
incremento no armazenamento dos reservatórios durante a estação seca.
Nota: Eólica PROINFA e armazenamento no NE - Bacia do Rio São Francisco
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Principais Estados Produtores (capacidade instalada)
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Principais Estados Produtores (capacidade instalada)
•
•
•
•
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Projetos localizados em
sua maioria na costa do
Nordeste
Deficit no sistema de
transmissão para
escoamento da energia
produzida
Deficit de mão de obra
local capacitada
Linhas de Transmissão
são o gargalo do sistema.
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Modelos de Contratação e Projeção de Crescimento
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Modelos de Contratação e Projeção de Crescimento
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R$ 129,97
R$ 119,03
R$ 124,43
R$ 118,66
R$ 100,50
R$ 123,88
R$ 119,54
R$ 119,49
R$ 172,04
R$ 157,40
R$ 197,00
Preços em R$/MWh atualizados para 09/2014
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Preço médio da energia em BRL/MWh (2009-2014)
R$ 135,35
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Implantação e financiamento via BNDES
ü
Para viabilização do financiamento via BNDES, é requerido conteúdo local mínimo de 60% dos
componentes do aerogerador, sendo necessária a produção local de torres, helices, nacelles e hubs no
Brasil.
Nacelles
Como mínimo 12 componentes listados na tabela 1, colunas A, B e C deverão ser de produção local.
ü Incluindo no mínimo 1 componente do tipo A
ü Incluindo no mínimo 5 componentes do tipo B
Fonte: BNDES
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Tecnologia dos Aerogeradores
Os aerogeradores podem conter dois principais tipos de
tecnologia:
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§
DFIG – Doubly Fed Induction Generator
§
Full Scale Power Electronic Interfaced Converter
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Tecnologia dos Aerogeradores
§
DFIG – Doubly Fed Induction Generator
É a tecnologia mais utilizada atualmente. Consiste na
indução de correntes alternadas tanto no rotor como no
estator. Sua principal vantagem é alta flexibilidade no
controle da frequência, tensão e fator de potência,
independente da velocidade do vento.
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Tecnologia dos Aerogeradores
§
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Típica configuração de uma turbina DFIG
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Tecnologia dos Aerogeradores
§
Full Scale Power Electronic Interfaced Converter
São máquinas síncronas normalmente com imãs
permanentes. A potência gerada é convertida através de
um conversor munido de elementos de eletrônica de
potência. Estas máquinas são suscetíveis a velocidade
do seu rotor, ou seja, a energia gerada depende da
variação da velocidade do vento.
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Tecnologia dos Aerogeradores
§
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Típica configuração de uma turbina Full Scale Converter
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Tecnologia dos Aerogeradores
§
Quadro comparativo entre as duas tecnologias
Velocidade Variável
Controle de Potência Ativa
Controle de Potência Reativa
Potência de Curto Circuito
Operação com Sistema Isolado
DFIG (Máquina Assíncrona)
Sim
Sim
Sim
Contribuí
Não
Full Converter (Síncrona)
Sim
Sim
Sim
Limitada
Sim
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Estudos básicos para conexão
Estudos obrigatórios
ü
ü
ü
ü
Análise de Fluxo de Potência
Análise de Curto Circuito
Estabilidade Eletromecânica
Estudos de Qualidade de Energia Elétrica
Ainda recomendamos:
ü TRV
ü Coordenação de Isolamento
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
O conjunto Aerogerador x SIN
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Unitárias
Interno ao Aerogerador
ü Conjunto composto por cubículos híbridos
compactos e transformadores flangeados
ou segregados, dependendo do
fabricante do aerogerador.
Externo ao Aerogerador
ü “Casetas” compostas por cubículos
secundários compactos e transformador
elevador flangeado;
ü Transformador elevador a Intempérie e
sistema de chaveamento através de
religadores.
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Unitárias
ü Soluções Interiores
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ü Soluções Exteriores
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Unitárias
Transformador Coletor a Intempérie e Conjunto de Manobra
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Topologia de Redes Coletoras
§
Rede subterrânea com cabos isolados 13,8kV e 34,5kV
ü
ü
ü
ü
ü
ü
§
Rede aérea convencional 13,8kV e 34,5kV
ü
ü
ü
ü
ü
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Maior confiabilidade
Menor impacto Ambiental
Menor manutenção
Maior custo
Dificuldades de implantação e áreas acidentadas ou com solo
rochoso (solo tipo 2 e 3 conf. DNIT).
Maior eficiência no aterramento do conjunto.
Mais sucetível a intempéries
Maior impacto Ambiental
Demanda maior manutenção
Pode ser restabelecida mais rapidamente
Menor custo
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Subterrâneas com Cabos Isolados
Detalhe do valetamento típico
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Subterrâneas com Cabos Isolados
Ilustração de rede coletora enterrada
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Aéreas
Detalhe das Estruturas Típicas de Suspensão
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Aéreas
Detalhe das Estruturas Típicas de Ancoragem
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Aéreas
Detalhe das Estruturas Típicas de Ancoragem
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Aéreas
Detalhe das Subestações Unitárias
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Redes Aéreas
Ilustração Rede Coletora Aérea
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Coletoras
Principais arranjos utilizados (Alta Tensão):
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ü
Alta tensão em 69 ou 138kV com barra simples
ü
Alta tensão em 230kV com barra dupla ou preparação
para barra dupla
ü
Para ambos os casos as saídas em Média Tensão
(13,8 ou 34,5kV) poderão ser aéreas (com disjuntores
ou religadores) ou indoor (através de cubículos MT).
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Coletoras – Setor de Alta Tensão
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Coletoras – Setor de Média Tensão
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Coletoras – Setor de Média Tensão
ü Cubículos primários isolados a ar
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ü Cubículos primários isolados a gas
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Coletoras
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Subestações Coletoras
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Transformadores de Força
Especificação Técnica:
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ü
Equipamento sujeito a variações acentuadas de
carregamento;
ü
Devido à natureza das conexões (sistema fraco x sistema
forte) o núcleo está sujeito a sobreexcitação a fim de
propiciar a exportação de energia.
ü
Equipamento deverá ter maior tolerância à sobreexcitação
em carga (superior aos 5% em carga previstos em norma)
aproximando-se de um transformador de geração;
ü
Altamente recomendável a presença de regulador de
tensão sob carga (OLTC).
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Transformadores de Força
Após operação:
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ü
Monitoramento periódico da formação de gases
combustíveis no óleo;
ü
Monitoramento periódico da concentração de umidade
no óleo ao longo da vida útil;
ü
Distribuição ótima do carregamento de tal forma
manter sempre o transformador com energização
mínima.
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Conexão ao SIN
Principais arranjos utilizados:
ü
ü
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ICG – Interconexão Compatilhada de Geração
(sistema radial);
Ø
Menor interferência com o sistema;
Ø
Maior capacidade de segregação da SE principal
Ø
Menor confiabilidade por ser radial.
Seccionamento de Linha
Ø
Maior interferência com o sistema;
Ø
Maior inserção no sistema de transmissão
Ø
Maior confiabilidade por possuir redundância no
escoamento da energia gerada.
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Conexão ao SIN – Esquemas de Proteção
ü
ü
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ICG – Interconexão Compatilhada de Geração
(sistema radial);
Ø
Para linhas curtas, 87L com fio piloto (relé contra
relé);
Ø
Para linhas longas, 21 com fio piloto (relé contra
relé).
Seccionamento de Linha
Ø
Idem acima, porém com esquemas de
teleproteção redundante.
Ø
Inserção de boa parte da instalação na rede
básica.
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Arquitetura SE Coletora
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Arquitetura bay conexão
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Esquema de Proteção Rele-Rele
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Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Referências
Bibliografia:
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Ø
Boletim de dados ABEOLICA – Junho/2015
Ø
F. Blaabjerg, Z. Chen, R. Teodorescu, F. Iov, ”Power Electronics in Wind Turbine
Systems” Aalborg University, Institute of Energy Technology, Aalborg East, Denmark,
2006
Ø
Brendan Fox, Leslie Bryans, Damian Flynn, Nick Jenkins, David Milborrow, Mark
O’Malley, Richard Watson and Olimpo Anaya-Lara, “Wind Power Integration, Connection
and System Operational Aspects”, 2nd Edition, IET – The Institute of Engineering and
Technology, United Kingdom, 2014
Ø
Anuário Empresa de Planejamento Energético – Empresa de Pesquisa Energética do
Ministério de Minas e Energia do Brasil
Conexão de Parques Eólicos à Rede Básica
Contato
Rodrigo Mazzo
Email: [email protected]
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