Redes de Distribuição Activas (Active Distribution Systems)
Desafios
O primeiro desafio passa obrigatoriamente pelo facto de coordenar o emprego, com os estudos e a vida familiar, conseguindo criar os próprios horários de trabalho e conseguindo adquirir informações, competências pessoais e técnicas para obter resultados.
A necessidade de obter uma visão alargada de conceitos e desenvolver o sentido de análise crítica para identificar a informação que é credível exige criar boas capacidades de investigação e filtragem. Estes desafios levam a uma procura infindável de conhecimento e à descoberta de novo conhecimento.
O facto de ser trabalhador estudante e com um emprego que obriga a bastante mobilidade no país e no estrangeiro dificultou bastante o percurso do trabalho. A coordenação do tempo disponível foi um verdadeiro desafio.
Índice
Resumo.................................................................................... iii
Abstract.................................................................................... v
Agradecimentos........................................................................ vii
Índice....................................................................................... ix
Lista de figuras.......................................................................... xii
Lista de tabelas......................................................................... xiv
Abreviaturas e Símbolos............................................................. xv
Capítulo 1............................................................................................................... 1
Introdução ...............................................................................................................1
1.1. Objetivos da Dissertação.................................................................................. 2
1.2. Estrutura da Dissertação.................................................................................. 2
Capítulo 2............................................................................................................... 3
Evolução das Redes de Distribuição e Mudança de Paradigma.................................... 3
2.1. Desafios da Produção Dispersa e Microredes..................................................... 5
2.2. Razões para a Produção Dispersa..................................................................... 5
2.3. Conceito de Microrede...................................................................................... 6
2.4. Mudança de Paradigma................................................................................... 7
2.5. Tendências e Desafios................................................................................... 10
2.6. Consumidor como Protagonista da Mudança.................................................. 11
2.7. Experiências e Resultados em Portugal......................................................... 12
2.8. Conclusão................................................................................................... 15
Capítulo 3.............................................................................................................. 17
Fontes de Produção Dispersa................................................................................. 17
3.1. Sistemas de Cogeração Combinados (CHP).................................................... 18
3.2. Sistemas Micro-Cogeração (Micro-CHP).......................................................... 18
3.3. Sistemas de Energia Eólica........................................................................... 19
3.4. Sistemas Fotovoltaicos (PV).......................................................................... 20
3.5. Micro-hídricas............................................................................................... 22
3.6. Outras Fontes de Energia Renovável............................................................... 22
3.7. Sistemas de Armazenamento......................................................................... 23
3.8. Conclusão.................................................................................................... 23
Capítulo 4.............................................................................................................. 25
Microredes e Gestão de Redes de Distribuição Ativas............................................... 25
4.1. Necessidades de Gestão e Controlo para integrar uma Microrede..................... 27
4.1.1. Controlo da Produção das Microfontes............................................................ 27
4.1.2. Controlo de Processos Residenciais.............................................................. 28
4.1.3. Armazenamento de Energia........................................................................... 28
4.1.4. Regulação e Transferência de Carga.............................................................. 29
4.1.5. Serviços Auxiliares....................................................................................... 29
4.2. Controladores de Microfontes........................................................................ 30
4.2.1. Controlo de Potência Ativa e Reativa.............................................................. 30
4.2.2. Controlo da Tensão....................................................................................... 31
4.2.3. Controlo das Necessidades de Armazenamento para o Arranque Súbito de Cargas.................................................................................................................. 32
4.2.4. Controlo da Partilha de Carga através da Relação P-f...................................... 32
4.3. Controlador Central...................................................................................... 33
4.3.1. Módulo de Gestão Energética (EMM)............................................................ 33
4.3.2. Módulo de Proteção e Coordenação (PCM).................................................... 34
4.3.3. Informação Necessária ao Funcionamento do CC........................................... 35
4.3.4. Estratégias de Controlo do CC...................................................................... 36
4.4. Conclusão................................................................................................... 36
Capítulo 5.............................................................................................................. 39
Impactos de Integração de Produção Dispersa......................................................... 39
5.1. Distúrbios na Qualidade da Energia................................................................... 40
5.2. Consumidores com Cargas Críticas, Tecnologias e Equipamentos para Melhorar a Qualidade de Energia .............................................................................................42
5.3. Impacto no Planeamento da Rede de Distribuição............................................. 43
5.4. Conclusão..................................................................................................... 45
Capítulo 6............................................................................................................. 47
Análise Económica e Impacto nos Mercados........................................................... 47
6.1. Análise Económica das Microredes................................................................. 47
6.1.1. Principais Questões Económicas das Microredes.......................................... 48
6.1.2. Comparação Económica entre microredes e redes tradicionais........................ 48
6.1.3. Questões emergentes nos aspetos económicos de uma microrede................... 50
6.1.4. Questões económicas entre microredes e redes de distribuição....................... 50
6.2. Participação das Microredes nos Mercados..................................................... 51
6.2.1. Modelo Regulatório de Reestruturação do Mercado Pool.................................. 52
6.2.1.1. Modelo Pool Simétrico............................................................................... 54
6.2.1.2. Modelo Pool Assimétrico............................................................................ 56
6.2.1.3. Mercados Obrigatórios e Voluntários........................................................... 57
6.2.2. Modelo Regulatório de Reestruturação do Mercado Bilateral........................... 57
6.2.3. Modelo Regulatório de Reestruturação do Mercado Híbrido............................. 58
6.3. Conclusão................................................................................................. 59
Capítulo 7.............................................................................................................. 61
Análise de Casos Práticos...................................................................................... 61
7.1. Análise do Funcionamento das Microredes em Sistema Isolado.......................... 61
7.1.1. Configuração dos Sistemas de Estudo........................................................... 62
7.1.2. Casos de Estudo......................................................................................... 63
7.1.2.1. Caso de Estudo 1...................................................................................... 64
7.1.2.2. Caso de Estudo 2...................................................................................... 64
7.1.2.3. Caso de Estudo 3...................................................................................... 66
7.1.3. Conclusão................................................................................................. 69
7.2. Cenários de Preços de Mercado nas Microredes.......................................... 69
7.2.1. Caso de Estudo......................................................................................... 70
7.2.1.1. Caso de Estudo 1...................................................................................... 71
7.2.1.2. Caso de Estudo 2...................................................................................... 74
7.2.2. Conclusão................................................................................................. 75
Capítulo 8.............................................................................................................. 77
Conclusão e Perspetivas Futuras............................................................................ 77
Referências Bibliográficas....................................................................................... 79
Introdução
Nas últimas décadas o interesse na produção dispersa intensificou-se, devido aos desenvolvimentos técnicos dos sistemas de produção de energia, juntamente com as preocupações ambientais e as novas políticas energéticas. Inicialmente, a ligação de fontes de produção dispersa estava direcionada para os níveis de média (MT) e alta tensão (AT), mas o desenvolvimento das tecnologias de mini e microgeração, a redução dos custos e os incentivos governamentais possibilitaram o crescimento das ligações de fontes de produção dispersa nas redes de baixa tensão (BT).
Em Portugal já existe legislação específica para a integração de pequenas fontes de produção dispersa. Essa legislação pretende incentivar o investimento na mini e microgeração através de tarifas de remuneração subsidiadas. A simples integração deste tipo de fontes na rede de BT e MT pode resultar em problemas técnicos de funcionamento, como tensões elevadas, variações de tensão, sobrecargas e níveis elevados de falhas, quando essa integração é feita em média e grande escala. O conceito de microrede ganhou relevo com o aumento deste tipo de integração nas redes porque possibilitou o controlo e a gestão do funcionamento da rede, prevenindo os problemas técnicos que poderiam surgir e potencializando os benefícios associados à produção dispersa.
Uma microrede é uma rede de distribuição local em BT com um conceito de modularidade, que associa fontes de produção dispersa de pequenas potências, cargas e alguns dispositivos de armazenamento, com um funcionamento coordenado. Pode operar em dois modos distintos, ligada à rede ou isolada da rede. No modo de funcionamento ligada à rede, a microrede está interligada com a rede de distribuição, à qual compra e vende energia e também fornece serviços auxiliares. No modo isolado, a microrede funciona isolada da rede de distribuição e utiliza os recursos locais, regulando a potência e frequência para assegurar o seu funcionamento e, no caso de necessidade, agendando ou deslastrando cargas não prioritárias.
Conclusão e Perspetivas Futuras
Nesta dissertação analisou-se o impacto das fontes de produção dispersa nas redes de distribuição. Constatou-se que as redes de distribuição têm evoluído por forma a acompanhar o crescimento demográfico e, consequentemente, a evolução dos consumos. A rede de distribuição tem sido reforçada e modernizada, de forma a dar resposta a estas exigências, garantindo sempre os necessários níveis de qualidade e minimizando as perdas nas redes. Nos últimos anos, essa normal evolução tem sofrido algumas mudanças com a integração de produção dispersa, gerando um fluxo bidirecional e passando de uma rede passiva para ativa. Essa mudança de paradigma, devido à evolução das redes, obriga nomeadamente, à existência de melhor informação tarifária e faturas baseadas em leituras reais, melhor qualidade de serviço, novos serviços e microgeração.
As redes ativas de energia permitem uma elevada disponibilização de funcionalidades na rede, geradoras de novos serviços e uma gestão e controlo otimizados da rede, com a participação do próprio consumidor. A sua implementação produz benefícios em vários níveis, desde o operador da rede de distribuição até aos consumidores, assim como para a entidade de regulação e para a economia nacional. Os operadores terão uma redução dos custos operacionais e manutenção da rede, redução das perdas, gestão e controlo otimizados e maior fiabilidade e qualidade no fornecimento de energia. Os consumidores poderão produzir energia através da microprodução, terão uma redução dos custos de energia, novos serviços e planos de tarifação e a facilitação de mudança de comercializador. O regulador terá uma maior eficiência no mercado, incremento da fiabilidade e qualidade de energia, aumento da concorrência e acesso a mais e melhor informação sobre o funcionamento da rede. A economia nacional será beneficiada com ganhos de eficiência energética, melhor aproveitamento das energias endógenas, redução da dependência de recursos fósseis e emissões de CO2 e o aparecimento de projetos industriais e centros de competência, geradores de emprego e de exportações.
As redes ativas de energia constituem uma evolução significativa na capacidade de gestão da rede com soluções de telegestão. Na sua plataforma surgirão serviços de valor acrescentado para o consumidor com serviços on-line, novos planos tarifários, integração de automação e tecnologias emergentes.
As redes de energia elétrica vão sofrer uma evolução profunda com as redes ativas de energia ou microredes, pressionadas por fatores de sustentabilidade ambiental e de eficiência energética. Esta evolução intensifica-se cada vez mais e a maioria das entidades do sector elétrico e governamentais, a nível europeu e mundial vão criando medidas para a sua implementação.
O futuro consumidor/produtor terá um papel muito mais ativo na gestão energética e será um dos principais beneficiados. Estas redes constituirão uma plataforma sobre a qual será possível desenvolver e disponibilizar um conjunto muito relevante de serviços, que vão para além da venda de energia elétrica .
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