SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis

1. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Potência & Energia Diagramas de Carga Sistema PU hjs@isep.ipp.pt, rfb@isep.ipp.pt, rms@isep.ipp.pt

2. A Potência Eléctrica determina-se multiplicando a tensão da rede pela corrente que a atravessa. p = v i v = Vmsenti = Imsen(t - ) p = VmImsen(t)sen(t - j) = ½ VmIm [cosj - cos(2t - j)] = VIcosj - VIcos(2t -j) SIEER

3. O valor médio é determinado usando a expressão geral da média de uma função: P = VI cos j = S cos j com S = V I SIEER

4. Potência Trifásica SIEER

5. Unidades e Equivalências Sistema Internacional Energia  J Potência  W (activa) • Potência reactiva - VAr e Pot. aparente - VA Sistemas Técnicos  Energia 1 kcal = 4,186 kJ = 3,968 BTU 1 kJ = 0,2389 kcal 1 kWh = 3,6 MJ = 860 kcal (ton. equiv. pet.) 1 tep = 107 kcal = 39,68 MBTU 1 tep = 11,63 MWh (British Thermal Unit) 1 BTU = 1,055 kJ = 0,252 kcal  Potência 1 CV = 9,8175 = 735,75  736 W 1 HP = 550 lbpé/s  746 W SIEER

6. Múltiplos, Submúltiplos & Prefixos SIEER

7. Energia Primária e Conversões PETRÓLEO 1 barril = 159,0 litros ≈ 1/7,3 tep 1 Mbl/d ≈ 50 Mtep/ano GÁS NATURAL 1 m3 ≈ 8,25 Mcal (PCI)≈ 9,10 Mcal (PCS) 1 m3 ≈ 10,6 kWh (PCS) 1 MBTU ≈ 27,7 m3 GN (PCS) P.C.S. – poder calorífico superior SIEER

8. Energia Primária e Conversões CARVÃO 1 t = 1 tec ≈ 0,67 tep ENERGIA ELÉCTRICA uso útil: 1 kWh = 860 kcal (redução de unidades) na produção: 1 kWh  2.200-2.300 kcal (conversão) SIEER

9. Combustíveis Poder Calorífico PETRÓLEO (Nafta, Fuel, …, Gasolina, Gasóleo, …) • PCI = 9 000 a 11 500 kcal/kg CARVÃO PCI = 6100 a 8700 kcal/kg GÁS NATURAL • PCI = 38 100 a 39 800 KJ/m3 • PCI = 9 100 a 9 500 Kcal/Nm3 • ETANOL • PCI = 6 200 kcal/kg • MADEIRA • PCI = 3 600 a 4100 kcal/kg SIEER

10. DIAGRAMAS DE CARGA SIEER

11. DIAGRAMA DE CARGA Curva de potência gerada ou consumida ao logo de um determinado período de tempo De PRODUÇÃO – potência gerada, entregue ou utilizada pelas redes de transporte ou distribuição De CONSUMO - potência utilizada ou consumida pelos utilizadores e consumidores SIEER

12. Diagrama de Carga de uma Central Geradora ou de uma Rede Curva de potência entregada pela central ou fornecida por uma rede num determinado intervalo de tempo Os diagramas de carga são semelhantes em determinados intervalos de tempo ou períodos SIEER

13. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Diagramas de Carga 15-Jan-2003 SIEER

14. Períodos do diagrama (T) • Periodicidade dos diagramas de carga: • DIÁRIA • SEMANAL • ANUAL • Dia (24 h), semana (7 dias = 168 h), ano (365 dias = 8760 horas) • Diagramas de carga diário, semanal, anual SIEER

15. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Diagramas Característicos Primavera Outono SIEER

16. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Diagramas Característicos Ponta máxima Verão SIEER

17. Diagramas de Carga • Os diagramas de carga permitem conhecer ao longo do tempo a energia que a central fornece ou a energia solicitada por uma rede. • O conhecimento antecipado (previsível) dos períodos de maior consumo, seus valores e evolução possibilitam a organização e planeamento de regulação dos grupos geradores e do arranque dos grupos de reserva. • A previsão da variação do consumo de energia são essenciais para o estudo e projecto das centrais e para o dimensionamento das redes. SIEER

18. À potência total do equipamento instalado chama-se potência instalada (Pi) ou potência nominal (Pn) A potência máxima do diagrama é sempre menor ou, quando muito, igual à potência instalada Diagrama de cargas diário (típico) Diagrama de cargas linearizado SIEER

19. Diagrama de Cargas Classificadas SIEER

20. Diagrama de Cargas Classificadas DT (horas) SIEER

21. Diagrama Normalizado ou Diagrama MW SIEER

22. SIEER

23. SIEER

24. A área do diagrama define a energia eléctrica gerada ou fornecida (kWh) durante o período (T) do diagrama Energia no período T Potência média no período T SIEER

25. Definições A ordenada máxima do diagrama é chamada ponta máxima (Pmax) Todos os picos do diagrama se chamam pontas Vazios – são as depressões representativas dos pontos de menor consumo tanto de dia como de noite Ao vazio máximo corresponde a potência mínima (Pmin) do diagrama SIEER

26. Definições • Periodicidade diária • Pontas – às 11, meio da tarde, 8 horas da noite • Vazios – de madrugada, hora do almoço, às 18 horas • Periodicidade semanal • Constância nos dias de trabalho, quebra na segunda e vazios no sábado de tarde e domingo • Periodicidade anual • Pontas nos meses de Inverno, semana do Natal ou 1ª semana de Janeiro (normalmente) • Vazios – Julho e Agosto SIEER

27. CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA Factores Factor de vazio – Relação entre o vazio máximo (Pmin) e a ponta máxima (Pmax) do diagrama de período T SIEER

28. CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA O factor de vazio dá uma ideia da maior ou menor depressão que o vazio da noite introduz no diagrama. Este factor diz-nos de que maneira a rede é aproveitada durante a noite. SIEER

29. CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA Factor de carga - Relação entre o potência média(Pmed) e a ponta máxima (Pmax) do diagrama SIEER

30. CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA O factor de carga dá uma ideia da forma mais ou menos cheia do diagrama. Para um melhor aproveitamento de uma rede, conviria um factor de carga o mais elevado possível. SIEER

31. CARACTERÍSTICAS DE UM DIAGRAMA DE CARGA Factor da ponta (ou da potência) instalada – Relação entre a potência média(Pmed) e a potência instalada(Pinst) O factor 3 (factor de utilização) mede o aproveitamento da potência instalada de uma central ou outro sistema eléctrico SIEER

32. Utilização da ponta máxima (h) – • Nº de horas de funcionamentode uma central à potência máxima • para produzir a energia correspondente ao período (T) do diagrama SIEER

33. Utilização da potência instalada (h) - Horas de funcionamentode uma central à potência instalada para produzir a energia correspondente ao período (T) do diagrama SIEER

34. Factor de simultaneidade - Razão entre a potência máxima do diagrama de cargas resultante e a soma das potências máximas de cada um dos diagramas componentes SIEER

35. Pontas máximas SIEER

36. Pontas máximas SIEER

37. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Rede Francesa Diagrama de Carga: www.rte-france.com SIEER

38. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Rede Italiana Diagrama de Carga: www.terna.it SIEER

39. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Rede Nacional Diagrama de Carga: www.centrodeinformacao.ren.pt/ 04Nov2011 SIEER

40. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis SISTEMAS DE ENERGIA ELÉCTRICA Equipamento (geradores, transformadores, …) e Cargas com diferentes níveis de Potência Tensões diferentes no circuito eléctrico (transformadores) Sistema Por Unidade (PU) Valores pu Chama-se valor por unidade (pu) da grandeza de um sistema à razão entre o valor dessa grandeza e o valor da grandeza (dimensionalmente homogénea) denominada grandeza de base. Ex. Exprimir uma dada tensão V (em volts) em unidades pu. Escolhe-se como grandeza de base uma outra tensão (grandeza dimensionalmente homogénea – em volts). Chamemos-lhe Vb . SIEER

41. SIEER - Sistemas de Energia e Energias Renováveis Grandezas de Base Usuais num Sistema Eléctrico As grandezas de base usuais num SE são:  a potência Sb (VA)  a tensão Vb(V)  a corrente Ib(A)  a impedância Zb(W)  a admitância Yb( W-1) O cálculo das grandezas em pu faz-se imediatamente aplicando a definição: SIEER

42. SIEER

43. Sistema Coerente Um sistema de valores de base diz-se coerente se o valor de base de uma certa grandeza, dependente de outras grandezas segundo uma lei física expressa por uma relação matemática, é obtido com a mesma relação entre os valores de base destas grandezas. Grandezas de base Fundamentais  Grandezas de base Derivadas Valores de Base Em princípio os valores de base de um sistema podem ser escolhidos arbitrariamente. No entanto, a opção por um sistema coerente evita a utilização de factores de proporcionalidade nas expressões que relacionam as grandezas expressas em pu, simplificando assim a resolução de um dado problema. SIEER

44. Vejamos um exemplo da conveniência do uso de um sistema coerente de valores de base. Seja o seguinte circuito: SIEER

45. Escolhamos agora, arbitrariamente, os seguintes valores de base: Sb = 100 VA Vb = 20 V SISTEMA DE VALORES DE BASE NÃO COERENTE Ib = 10 A A corrente em pu virá: A relação semelhante a introduziu o factor 0,5 porque o sistema de valores de base não é coerente. SIEER

46. Adoptemos agora um sistema coerente de valores. Para isso tomemos ainda, como anteriormente, Sb = 100 VA e Vb = 20 V. Mas para valor de Ib, em vez de o arbitrarmos, busquemo-lo a partir da relação Grandezas Fundamentais (independentes) – Potência e Tensão Grandezas Derivadas (dependentes) – Corrente, Impedância, … Teremos então: SIEER

47. Sejam Vb e Sb dois quaisquer valores de base para a tensão e a potência. Para que se tenha um sistema coerente, é necessário que: SIEER

48. Princípio: Num sistema coerente de valores de base apenas podem ser escolhidas arbitrariamente certas grandezas (independentes)que serão chamadas fundamentais. Todas as outras vêm derivadas das fundamentais mediante as expressões físicas que as relacionam. Como consequência, podem-se aplicar às equações expressas em pu as mesmas relações aplicáveis às grandezas com dimensões. SIEER

49. Valores em PU para Sistemas Trifásicos • Grandezas fundamentais de base (sistema trifásico): • A potência trifásica (igual a 3 vezes a potência monofásica); • As tensões nominais (igual a 3 vezes a tensão simples (fase - terra)). • As grandezas derivadas são: • A corrente de linha; • A impedância e admitância. SIEER

50. POTÊNCIA TRIFÁSICA TENSÃO COMPOSTA Num sistema coerente de unidades, os outros valores de base vêm determinados do modo seguinte: SIEER