MEEC - Oganização e Gestão em Sistemas de Energia Eléctrica 1 CAPÍTULO 1 Breve Caracterização...
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CAPÍTULO 1Breve Caracterização da Indústria
Eléctrica
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
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Reestruturação da Indústria Eléctrica Generalidades
• Indústria está a sofrer profunda reestruturação
• A antiga empresa verticalmente integrada, com todas as funções de um Sistema de Energia Eléctrica (SEE), está a ser dividida em companhias separadas, cada uma vocacionada para sua função (Produção, Transporte, Distribuição e Comercialização)
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Caracterização geral da Indústria Eléctrica
• A electricidade, forma de energia muito versátil, pode ser:– produzida por uma variedade de métodos– transportada de forma eficiente e segura– facilmente transformada em luz, calor, potência
mecânica, actividade electrónica
• Mais de 80% da população mundial tem acesso ao uso diário da electricidade
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As Funções dos Sistemas de Energia Eléctrica
As quatro funções envolvidas no SEE (área de negócio da energia eléctrica):– Produção– Transporte– Distribuição– Comercialização
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Indústria Regulamentada
• A indústria regulamentada tinha, em certos casos, um monopólio local - em cada área havia apenas uma companhia (produzia, transportava, distribuía e vendia electricidade e serviços)
• Nos anos 80, começaram a ser adoptadas nalguns países novas regras nas indústrias eléctricas, de modo a introduzir competição
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Desregulamentação
• Competição
• Reestruturação
• Privatização
• Acesso livre às redes
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Caracterização das Empresas Eléctricas
As empresas podem ser classificadas de duas maneiras:– pela parte do sistema eléctrico que gerem
(produção, transporte, distribuição e comercialização)
– Pelo seu proprietário: privadas, públicas, cooperativas, municipais
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Empresa tradicionalmente integrada
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Características da Indústria tradicional
• Garantia de monopólio local pelo Estado– direitos exclusivos para produzir e vender EE
– obrigação de fornecer energia a todos os consumidores que quisessem energia.
– Sujeitos a regulamentação e supervisão (fiscalização) das suas operações e facturação.
• Algumas das operadoras do sector eléctrico executavam todas as 4 funções; outras apenas uma ou duas.
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O Sistema de Energia Eléctrica (SEE)
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Classificação das empresas pela sua função
• Empresa verticalmente integrada
• Empresa de produção e transporte
• Companhias de distribuição local
• Produtores independentes
• Auto - produtores
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Organização da empresa eléctrica
• Divisão de produção• Divisão de T&D• Divisão de operação (condução)
– operações do sistema (despacho)– operações de distribuição
• Divisão de facturação, marketing e serviços• Divisão de serviços administrativos e
recursos humanos
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Regimes de propriedade
• Empresas privadas: anónimas, por quotas
• Empresas municipais
• Cooperativas
• Empresas nacionais
• Empresas públicas
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Estrutura do sector eléctrico com a desregulamentação
• O princípio da desregulamentação consiste em eliminar o monopólio ao nível da produção e comercialização, encorajando a competição:– Competição na produção– Competição na comercialização (venda de
energia e serviços)– Monopólio nas redes de transporte e
distribuição .
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Estrutura do sector eléctrico com a desregulamentação
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Desagregação dos SEE
Como resultado da liberalização, os principais tipos de empresas no sector eléctrico são:– Empresas de produção– Empresas de transporte– Empresas de distribuição – Empresas de venda de energia e serviços – Operadores independentes– Bolsas de energia
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CAPÍTULO 2
Evolução Histórica da Indústria Eléctrica
Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores
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Barreiras ao uso de electricidade nos primeiros tempos (1785-1885)
• Os edifícios (domésticos, comerciais ou industriais) não tinham meios para usar a electricidade.
• Não havia aparelhos eléctricos disponíveis.• As pessoas faziam muitas coisas manualmente,
hoje feitas por equipamentos eléctricos.• Poucas pessoas entendiam a electricidade, nem tão
pouco nela confiavam
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Vantagens que apresentava a electricidade
Era e é:
– limpa
– sem cheiros
– versátil
– fácil de controlar
rápido crescimento da procura
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Crescimento do sector eléctrico em três aspectos interligados
• O uso da electricidade
• A tecnologia
• O negócio
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Inicialmente, uso exclusivo da electricidade para a iluminação
• Lâmpada incandescente. Patente: Edison, 27 Jan 1880
• As primeiras companhias vendiam, não electricidade, mas iluminação:– Produzia uma luz brilhante e firme– Não consumia combustível– Não tinha chama– Não produzia odores nem fumos– Não apresentava perigo de incêndio
• Actualmente a iluminação ainda representa cerca de 20% a
30%
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Outros usos da electricidade• Força motriz na indústria (motores)• Caminho de ferro (comboios)• Transportes públicos (eléctricos)• Pequenos motores (residências e comércio)
– ventoinhas, máquinas de costura, frigoríficos, máquinas de lavar
• Produção de calor– torradeiras, ferro de engomar, aquecimento
água, aquecimento ambiente
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Importância crescente da Electricidade
• Usos exclusivos da electricidade:– Rádio (Anos 30)– Televisão– Microondas– Ar condicionado– Computadores.
• No final dos anos 30, a electricidade era já vista por muitos como um bem básico, tal como a água ou o saneamento.
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Crescimento em diversidade das aplicações de electricidade
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Custo do uso da electricidade diminui ao longo do tempo
Nos USA passou de $1,00/kWh para $0,10/kWh
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Até ao século XIX, a electricidade era simples curiosidade
Três invenções mudaram a situação:• Gerador de energia (dínamo)• Lâmpada eléctrica• Transformador
– Permite transportar potência para grandes distância (maiores tensões, logo menores correntes)
– Requerem corrente alternada
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Evolução tecnológica dos sistemas de energia
• Antes dos finais do século XIX, electricidade era simples curiosidade científica
• C.c. vs c.a.• Geradores mais eficientes redução dos custos de
produção• Tensões mais altas e equipamento mais eficiente• Sistemas de energia mais extensos (interligações)• Conservação e eficiência energética• Produção distribuída (células combustíveis, micro-turbinas) • Automação e electrónica de potência
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Evolução da Indústria Eléctrica• Na Europa e nos Estados Unidos, o negócio da
electricidade estava ligado ao fabrico de equipamentos e ao fornecimento de EE.
• As companhias eléctricas estavam interessadas apenas em grandes margens de lucro (áreas densamente povoadas)
• Regulamentação (direitos e deveres; garantia de um nível mínimo de lucro). Intervenção estatal.
• Expansão da indústria eléctrica (Empresas pública e municipais)
• Electrificação rural.
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Evolução da Indústria Eléctrica
• Electrificação rural (negócio não lucrativo, mas reduzia a migração para a cidades)
• Fusão (preparação para liberalização e século XXI)
• Liberalização (Desregulamentação)
• “Downsizing” (diminuir pessoal e despesas de capital ) > reduzir custos (fixos) e aumentar a competitividade.
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CAPÍTULO 3Utilização da Energia Eléctrica
•Flexibilidade da EE•Aplicações básicas da EE•EE um meio para atingir os usos finais•Perspectiva do operador no uso da EEConservação, eficiência e Gestão do Lado da Procura (DSM)(Cap.4 Understanding Electric Utilities and De-regulation)
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A flexibilidade da EE
As grandes vantagens da electricidade:– Ser flexível– Ser fácil de controlar– Ser silenciosa – Ser limpa– Usar equipamentos compactos (motor eléctrico de 10
CV versus motor de combustão de potência idêntica)
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A flexibilidade da EE
Fácil e eficientemente convertível numa grande variedade de aplicações:– Iluminação
– Calor
– Frio
– Força motriz
– Equipamento electrónico
Pode alimentar dispositivos desde 2 W (lâmpada de
presença) a 10 MW (motor industrial)
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EE versus outras fontes
Outras fontes têm vantagens sobre a electricidade em algumas aplicações específicas
• Gás natural – mais vantajosa em aquecimento de água, fornos, calor em
quantidades razoáveis
• Gasolina e gásoleo – facilmente transportável e armazenável - transportes rodoviários
• Carvão – para grandes quantidades de calor
• Nuclear – para muito grandes quantidade de calor, em geral na produção de
electricidade
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Gamas de necessidades e capacidades das diversas fontes
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Quatro aplicações básicas• Iluminação (99,999% eléctrica)
• Calor – todas as aplicações produzem calor (muitas vezes não
desejado)– elementos resistivos (produzem calor com a passagem
da corrente eléctrica)– bombas de calor (movem calor)
• Movimento (força motriz)– motores eléctricos– solenóides
• Circuitos electrónicos (EE sem alternativa)
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Seis tipos de carga eléctrica (potência à volta de 1.5 kW)
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EE um meio para atingir usos finais
• Equipamentos convertem EE em usos finais
• Carga eléctrica (eficiência: razão entre o produto final e carga)
• Quotas de mercado
• Quotas de uso dos equipamentos eléctricos
• Uso diário (diagrama de carga)
• Ponta e energia (duas grandezas geralmente presentes na factura)
• Qualidade de energia
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Quotas de mercado da energia eléctrica e dos equipamentos eléctricos
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Diagramas de carga
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Qualidade de energia Quantidade e qualidade são ambos aspectos importantes num serviço de
energia considerado satisfatório
• Disponibilidade e interrupções de serviço– Frequência média de interrupções por cliente– Duração média das interrupções num cliente
• Variações da tensão (transitórios)– Cortes momentâneos– Abaixamentos de tensão– Sobretensões
• Valor da qualidade – custo da interrupção maior que custo da energia não
fornecida; – diferente de consumidor para consumidor
• Harmónicos
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Tolerância do desvio da tensãoCurva CBEMA
(Computer and Business Equipment Manufacturers Association)
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Perspectiva da empresa de electricidade (operador) no uso da EE
Caracterização de consumosA procura de electricidade varia com a hora do dia,
com o dia da semana, com a estação do ano• Classes de consumidores
– Rural – Industrial– Comercial– Residencial
• Categorias de usos finais• Distribuição espacial da procura• Conhecimento dos consumidores
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Diagramas típicos por classes de consumidores
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Análise da contribuição para a ponta de uma empresa eléctrica do
Sul dos Estados Unidos
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Conservação, Eficiência e Gestão do Lado da ProcuraDemand Side Management(DSM)
• Há muitos exemplos de eficiência energética, conservação e controlo de energia, que, do ponto de vista económico, são vantajosos seja para o consumidor seja para a empresa eléctrica. Podem ser considerados como recursos do lado do consumidor (recursos distribuídos).
• As medidas de Gestão do Lado da Procura (DSM) procuram alcançar um justo equilíbrio entre os recursos do lado da procura e do da oferta, tendo em conta os custos da energia. Esse equilíbrio nem sempre é fácil de determinar.
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Gestão do Lado da ProcuraDSM - Demand-Side Management
• As grandes categorias da Gestão do Lado da Procura – Conservação– Eficiência energética
• Edifícios eficientes• Equipamento eficientes
• Controlo de Carga• Automação
A Gestão do Lado da Procura (DSM), no período pós-liberalização,evoluirá no sentido de incluir medidas tanto para aumentar a economia de energia como a melhoria da sua qualidade. Far-se-á de modo adaptado às necessidades do consumidor individual, na base de serviços de valor acrescentado, a ser oferecido pela companhia fornecedora como meio de cativar clientes.