Geração, Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica no Brasil

Eletrotécnica AULA Geração Distribuição e Transmissão de Energia Elétrica no Brasil Professor Me Daniel Loureiro email danielloureirousfedubr Sistema Elétrico de Potência Ao conjunto de equipamentos e das instalações para a geração e transmissão de grandes blocos de energia dáse o nome de Sistema Elétrico de Potência Há 3 fases entre a geração da energia elétrica e o consumo de energia Produção Transmissão Distribuição Geração de Energia Elétrica Características Econômicas Custo da Energia compreende i Custo da usina ii Custo de operação iii Custo de manutenção iv Custo de transmissão v Custo de perdas de potência Geração de Energia Elétrica Análise de um cronograma detalhado i Tipos de fontes disponíveis e sua localização ii Inventários de bacias hídricas e definição da capacidade de geração das fontes disponíveis iii Dados de produção de combustíveis carvão óleo diesel gás natural iv Custos de fontes de geração operacionais e combustíveis v Restrições prazo de construção capacidade de produção industrial de equipamentos de ordem ambiental e de segurança vi Custos de operação e manutenção vii Custos globais Geração de Energia Elétrica Panorama Mundial Geração de energia elétrica por tipo de combustível Produção de energia elétrica e oferta de energia primária no mundo Geração de Energia Elétrica Matriz Energética Brasileira Tipos de usinas brasileiras i Hidrelétricas cerca de 759 ii Termoelétricas o uso depende das condições climáticas iii Termonucleares pesquisas e fins militares iv Outros tipos de combustíveis alternativos como biomassas bagaço de cana casca de amêndoa do caju óleo de mamona turbinas movidas a gás centrais solares e aproveitamento dos ventos eólicas e das marés etc Geração de Energia Elétrica Matriz Energética Brasileira Geração de Energia Elétrica Matriz Energética Brasileira Geração de Energia Elétrica Os geradores de eletricidade necessitam de energia mecânica energia cinética para fazerem girar rotores das turbinas nos quais estão acoplados no mesmo eixo os rotores dos geradores de eletricidade Uma turbina hidráulica ou térmica é montado no mesmo eixo de um gerador síncrono Geração de Energia Elétrica Usinas Hidrelétricas O que é uma usina hidrelétrica R Conjunto de obras e equipamentos cuja principal finalidade é a geração de energia elétrica através do aproveitamento do potencial hidráulico de um rio O potencial hidráulico é proporcionado pela vazão hidráulica e pelos desníveis existentes no curso do rio O aproveitamento do potencial hidráulico pode se dar i De forma natural cachoeiras ou quedas dágua ii Por meio da construção de barragens iii Através de desvios do leito natural do rio Usinas Hidrelétricas Componentes Energia Potencial Energia Cinética Energia Elétrica Geração de Energia Elétrica Principais Usinas Hidrelétricas no Brasil Usina de Tucuruí Localização Pará Rio Tocantins Período de construção 19741984 Proprietário Eletronorte Capacidade 8370 MW Barragem Altura 78 m Extensão 8005 m Área alagada 2850 km2 Usina de Itaipu Localização Foz do Iguaçu Rio Paraná Período de construção 19752007 Proprietário Eletrosul Capacidade 14000 MW Barragem Altura 196 m Extensão 7700 m Área alagada 1350 km2 Usina de Xingu Belo Monte Localização Pará Rio Xingu Proprietário Eletronorte Capacidade 11233 MW Barragem Em construção Usinas Hidrelétricas Vantagens i Transformação limpa do recurso energético natural ii Não há resíduos poluentes iii São menos agressivas em termos ambientais iv Baixo custo para a geração de energia elétrica v Mais eficientes limpas e seguras vi Menos emissões de gases causadores do efeito estufa vii Há a implementação de diversos projetos ambientais e sociais após a construção da usina Itaipu por exemplo possui diversos projetos a Projeto cultivando água boa b Projeto corredor da biodiversidade Usinas Hidrelétricas Desvantagens i Extinção da fauna e flora da região ii Aumento e alteração no nível dos rios iii Extinção de comunidades indígenas iv Aumento de epidemias v Alterações climáticas vi Extinção de sítios arqueológicos vii Perda das áreas espeleológicas Geração de Energia Elétrica Usinas Termoelétricas O que é uma usina termoelétrica R Conjunto de obras e equipamentos cuja principal finalidade e a geração de energia elétrica pela conversão de energia térmica em mecânica e desta em energia elétrica Dois tipos de combustão utilizados o de combustão externa Ex termelétricas a vapor e o de combustão interna Ex turbinas a gás e máquinas térmicas a pistão Também há a cogeração Os combustíveis mais utilizados nas centrais a vapor são óleo carvão biomassa e derivados do petróleo já nas centrais a gás são o gás natural e o óleo diesel Usinas Termoelétrica Componentes Energia Térmica Energia Mecânica Cinética Energia Elétrica Geração de Energia Elétrica Usinas Termoelétricas A produção de energia segue em todos os casos a seguinte sequência i O calor gerado ao queimar o combustível é utilizado para aquecer água em uma caldeira ii A água transformase em vapor o qual é superaquecido e dirigido para as pás das turbinas O impacto do vapor contra elas acaba produzindo a rotação do eixo da turbina iii Um gerador acoplado ao eixo da turbina produz eletricidade à medida que ela gira iv Ao gerador está ligado um transformador que é responsável por levar as características elétricas dessa corrente aos valores ideais para sua distribuição com um mínimo de perdas Usinas Termoelétricas Vantagens e Desvantagens Vantagens i Construção fácil e apenas aonde é necessária o que reduz a perda por conta da transmissão ii Possibilidade do uso de gás natural que é abundante e menos poluente iii Não depende de condições climáticas para produção Desvantagens i Elevados impactos ambientais gases poluentes aquecimento global e efeito estufa ii Alto custo do combustível iii Combustível nãorenovável Geração de Energia Elétrica Usinas Termoelétricas no Brasil Usina Termoelétrica Governador Leonel Brizola Localização Duque de Caxias Rio de Janeiro Período de construção 2003 2006 Proprietário Petrobrás Capacidade 1058 MW Geração de Energia Elétrica Usinas Nucleares Termonucleares O que é uma usina nuclear R Conjunto de obras e equipamentos cuja principal finalidade é a geração de energia elétrica através do aproveitamento da energia térmica proveniente da fissão do Urânio que será convertida em energia mecânica e posteriormente em energia elétrica O valor do minério urânio está na característica do átomo que o compõe o átomo de urânio U de uma maneira muito simplificada o núcleo do átomo é submetido a um processo de fissão divisão para gerar a energia Se a energia é liberada lentamente manifestase sob a forma de calor Se é liberada rapidamente manifestase como luz Nas usinas termonucleares ela é liberada lentamente e aquece a água existente no interior dos reatores a fim de produzir o vapor que movimenta as turbinas Total 27489 1000 Usinas Termonucleares Beneficiamento do Urânio O urânio extraído não chega à usina em estado puro Pelo contrário passa por um processo bastante complexo de processamento que em resumo pode ser dividido em três etapas principais i A primeira delas é a mineração e beneficiamento na qual o minério é extraído da natureza e enviado a uma unidade de beneficiamento onde é purificado e concentrado dando origem a uma espécie de sal de cor amarela conhecido como yellowcake cuja fórmula química é U3O8 peróxido de urânio ii A segunda etapa é a conversão Nela o yellowcake é dissolvido purificado e convertido para o estado gasoso gás UF6 iii A terceira fase de enriquecimento do urânio 238 caracterizase pelo aumento da concentração de átomos de urânio 235 dos naturais 07 para algo como 4 Nesta fase é produzido o óxido de urânio UO2 O urânio 235 é o combustível das usinas nucleares Para obter um quilo de produto são necessários cerca de oito quilos de yellowcake Usinas Termonucleares Beneficiamento do Urânio Desenho esquemático do processo para a obtenção do UO2 Usinas Termonucleares Beneficiamento do Urânio Processo de fabricação de pastilhas de U02 Usinas Termonucleares Componentes Energia Nuclear Energia Térmica Energia Mecânica Cinética Energia Elétrica Geração de Energia Elétrica Usinas Termonucleares A produção de energia ocorre da seguinte maneira i As usinas termonucleares são dotadas de uma estrutura chamada vaso de pressão que contém a água de refrigeração do núcleo do reator onde fica o combustível nuclear ii Essa água altamente radioativa circula quente por um gerador de vapor em circuito fechado chamado de circuito primário iii Esse circuito primário aquece uma outra corrente de água que passa pelo gerador circuito secundário e se transforma em vapor acionando a turbina para a geração de energia elétrica iv Os dois circuitos não têm comunicação entre si Geração de Energia Elétrica Centrais Nucleares no Brasil Usina Termonuclear Angra II Localização Angra dos Reis Rio de Janeiro Período de construção Década de 80 2000 Proprietário Eletrobrás Eletronuclear Capacidade 1350 MW Usinas Termonucleares Vantagens e Desvantagens Vantagens i Não contribui para o efeito estufa e aquecimento global ii Não polui o ar com gases de enxofre nitrogênio etc pouco ou quase nenhum impacto sob a biosfera iii Não utiliza grandes áreas de terreno não há alagamento de áreas nem perdas de solo iv É a fonte mais concentrada de geração de energia v Não depende de uma época do ano específica vi Grande disponibilidade de combustível Desvantagens i Os resíduos nucleares tem de ser armazenados em locais bem isolados e protegidos ii A radioatividade iii Risco de acidentes na Central Nuclear iv Dificuldade no armazenamento de resíduos v Maior custo de produção em comparação com outras fontes Geração de Energia Outros Processos Painéis de Energia Solar Energia Eólica Geração de Energia Outros Processos Energia Geotérmica Energia das mares ondas marinhas Transmissão de Energia Elétrica Brasil Tensões usuais de transmissão adotados no Brasil em corrente alternada menores perda de energia 138kV AT Alta tensão 230kV AT Alta tensão 345kV EAT Extra alta tensão 440kV EAT Extra alta tensão 500kV EAT Extra alta tensão 765kV UAT Ultra alta tensão acima de 750kV Distribuição de Energia Elétrica Brasil É subdividida em distribuição primária MT e distribuição secundária nível de uso residencial A distribuição primária é entregue à indústria centros comerciais hospitais etc Níveis de tensões primárias 38kV 66kV 119kV 138kV 345kV Níveis de tensões secundárias 127220V 115230V 120208V 220V Desenho Esquemático Transmissão e Distribuição de Energia Estrutura de um Sistema Elétrico de Potência