Redes de Distribuição - Aula 03: Tipos de Geração de Energia Elétrica

o Olá pessoal bem-vindos de volta nosso curso de redes de distribuição essa é a nossa número 3 hoje nós vamos se aprofundar um pouco com relação aos tipos de geração vamos falar é sobre os principais tipos de geração de energia elétrica sendo eles da geração hidrelétrica geração termoelétrica geração eólica que geração solar e [Música] E aí em relação a geração hidrelétrica né o princípio de funcionamento dele é o seguinte você tem geralmente aqui um reservatório de água uma barragem que vai armazenar água no nível mais elevado e esse essa bactor ele vai servir para alimentar

um duto né E esse duto ele vai é pressurizar água para fazer uma turbina girar tá quando ele passa aqui por um caracóis para essa turbina girar e essa água depois ela volta é despejada no rio novamente é quando essa turbina gira ela vai estar acoplada que mecanicamente é um gerador não é um gerador síncrono e essa rotação do gerador vai em razão daquele princípio de falha de que nós já comentamos até no mente vai fazer vai criar a tensão induzida aqui nos terminais do gerador que possua vez vão sair aqui para e é uma

subestação elevadora e a partir daqui vai transmitir eletricidade tá o potencial no caso aqui que tá sendo convertido é o potencial é a energia potencial gravitacional da água né tá sendo convertida em energia elétrica que pelo gerador o potencial que existe né armazenado na água ele pode ser calculado por essa expressão aqui né que a potência disponível que pode ser Teoricamente extraído da água e dada pela a densidade da água vezes aceleração gravitacional né Essa multiplicação aqui é o que a gente chama de peso específico da água vezes o fluxo de água né que passa

ou seja a velocidade aqui a quantidade de metros cúbicos de água que passam por segundo vezes altura da queda tá então altura que tem aqui do início do duto até o final ou seja gente quiser aumentar a potência E aí na hidrelétrica a gente tem que aumentar ou o ar altura da queda d'água ou a o fluxo de água né a velocidade que a água passa ok e a partir daí a gente pode extrair a essa é a potência teórica que a gente pode extrair lembrando Claro que vai haver perdas aqui em todo o processo

Ok bom aqui a gente tem ilustração de uma usina hidrelétrica real né você tem aqui a parte da do reservatório da barragem aqui no caso as comportas da barragem estão abertas né porque como a gente vê ela tá no seu nível máximo Então quando a barragem atinge o seu nível máximo os as comportas são abertas né para evitar o transbordo e a casa de máquinas ela tá localizada aqui né nesse logo abaixo do paredão Então existe um duto aqui que leva a água até a casa de máquinas aqui e vocês verem aqui que na saída

da casa de máquinas a gente tem essa água mais agitada é justamente a saída aqui depois que ela já passou pelas turbinas de geração ok é bom existem alguns tipos de hidrelétrica que nós podemos classificar tá essa usina que nós comentamos aqui é a usina clássica aquela usina que tem o reservatório de água né que esse reservatório ele permite o que que você armazene a uns determinados potencial de energia né no caso que é vai ser o potencial gravitacional da água mas você vai armazenar energia na forma de energia potencial então você pode por exemplo

em tempos de cheia armazenar energia que será utilizada nos tempos de seca isso garante uma certa segurança na operação da Usina Tá mas existe ainda a usina a fio d'água que é uma usina que basicamente não tem reservatório ou tem um reservatório de água muito pequeno né que não pode ser considerado como uma barragem Então a gente tem nesse caso aqui são usinas que utilizam e o próprio curso do Rio é como é para gerar as turbinas tá então ele vai utilizar o próprio curso do Rio E aí geralmente têm que ser Rios maiores né

E aí você vai ter a água passando pelas turbinas você não faz nenhum desvio se não constroem barragem você não faz desvio no fluxo do Rio você simplesmente utiliza o fluxo ali para fazer as turbinas Gerais né existe um prejuízo em relação a isso que é o seguinte você perde a oportunidade de armazenar energia né então você fique com a sua geração dependente do regime fluvial né nos tempos em que o rio tiver com a tiver em baixo nível você não vai conseguir gerar energia né Cê só vai conseguir gerar nos tempos em que o

rio tiver e com seu fluxo de água é no máximo Então você vai ter aí esse prejuízo Mas por outro lado você tem algumas vantagens também você tem a redução do custo da construção da usina Já que você não vai precisar fazer a barragem né que é um dos Empreendimentos de maior custa e você vai ter a redução do impacto ambiental né porque é um dos grandes problemas das hidrelétricas é a grande área que é alagada né para é construção das suas barragens Então você tem aí problemas com alargamento de regiões de mata as vezes

regiões que existem populações que precisam ser retirados Então esse é o impacto ambiental que é gerado e que é muito criticado né nas usinas hidrelétricas que apesar de não gerarem poluição durante a produção elas geram impacto ambiental na construção em função da barragem que a larga grandes áreas E aí a e da água ela vem com uma solução né para a redução desse impacto ambiental mas você tem por um lado um custo que é o custo de você ter uma sazonalidade maior de geração você vai fazer o quiser diminuir o fator de capacidade dessa Usina

mas você tem o ganho que é o ganho da redução de custo para a construção e da redução de dano ambiental aqui no Brasil nós temos as duas dois tipos de usinas né as usinas mais recentes elas são quase que todas a fio d'água né porque cada vez mais difícil você fazer é barragens muito grandes que vão largar áreas muito grande tá as usinas mais recentes elas são quase todos desafio da água às vezes mais antigas elas são usinas com reservatório existem no outro tipo de usina que é menos comum mas que nós vamos comentar

aqui Alzira chamado zinnia reversível essa Usina ela consiste no seguinte você tem dois reservatórios de água né É o Uno nível superior outro nível inferior Oi e aí o que acontece é você utilizo a a água armazenada no nível superior para fazer a geração né normalmente como ocorre nas outras se faz a geração de energia que E aí quando essa água passa pela geração ela vai ficar armazenada no nível inferior tá E aí num determinado momento que você esteja com o seu sistema aliviado Ou seja que você não precisa gerar energia naquele momento porque a

demanda é baixa você pode fazer o fluxo inverso Ou seja é bombear a invés de gerar eletricidade aqui você vai bombear a água do reservatório inferior de volta para o reservatório superior e aí você vai utilizar essa mesma água para gerar eletricidade novamente num período posterior Ou seja a lógica delzina reversível ué e armazenar energia no momento em que o sistema não esteja precisando de energia e então você não precisa gerar né e gastar essa energia que foi armazenada no pico da demanda do sistema tá então ela é útil é nesse sentido né de você

aliviar os momentos de pico do sistema e utilizar energia nos momentos que o sistema não demanda energia Ok é óbvio que existe um custo aqui porque você em algum momento da invés de gerar energia vai estar consumindo energia para reverter aqui o a água né para bombear a água para o reservatório superior mais como objetivo da Usina e aliviar o sistema nos momentos de pico Então ela tem é se essa utilidade ok é bom Quais são as principais vantagens das usinas hidrelétricas da principal vantagem é que a gente consegue fazer geração em larga escala né

as maiores usinas são as usinas hidrelétricas hidrelétricas você consegue ter um aproveitamento com uma usina você consegue gerar muita eletricidade ela tem um baixo custo de geração não é o menor custo de geração dentre todas as fontes possíveis é o da hidrelétrica justamente pela pela escala né você consegue gerar na escala maior se reduz o custo É ela tem uma produção não poluente apesar de ter impacto ambiental da construção durante a produção não existe poluição tá então é considerada uma Fonte Limpa e ela permite o armazenamento de energia como a gente já comentou você pode

armazenar energia na forma de potencial gravitacional da água né então isso é uma reserva energética que você pode fazer para utilizar em momentos de alta demanda ou de estiagem Oi e aí viu as desvantagens né Quais são as desvantagens dessa forma de energia ela tem o impacto ambiental significativo na construção devido ao alagamento né das barragens O que é reduzido no caso das usinas a fio d'água a ela tem um alto custo de implementação Então são obras estruturais muito grandes não são obras simples de serem executadas envolvem o desvio de cursos de rios Então são

obras realmente complexas em razão do seu tamanho né da sua configuração ela não pode ser instalada no centro de cargas Então as hidrelétricas elas estão sempre afastadas do centro de carga é isso faz com que você tem que transmitir energia por uma distância maior né para poder atender o centro de carga existe uma dependência da sazonalidade hídrica né essa dependência ela é é tão menor quanto maior forem os reservatórios de água né se você não tem reservatórios grandes no caso das usinas a fio d'água Então você fica totalmente independente da sazonalidade de fica mais se

você tem grandes reservatórios essa dependência vai ser reduzido porque você armazena energia para usar em momentos de necessidade o bom é e agora a segunda forma de geração mais comum no Brasil EA mais comum no mundo né que a ideia é que a perna elétrika é ela tem o seguinte princípio de funcionamento tá a termelétrica ela consiste na queima de um determinado tipo de combustível E aí existem vários tipos de combustíveis que podem ser utilizados é quando você queima um dedo quando você queima esse combustível né você utiliza o calor que é liberado com a

queima do combustível para aquecer uma caldeira essa cada Caldeira possui a água essa água ao ser aquecida vai evaporar o apoio de água é canalizado né de forma que você vai ter aqui uma pressão muito forte de vapor de água esse vapor pressurizado é utilizado para fazer uma turbina girar tá uma vez essa turbina gira ela vai ser acoplada a uma gerador e esse gerador vai funcionar da mesma forma que funciona na hidrelétrica ele vai produzir aqui portanto uma tensão alternada que vai ser transformada na saída da Usina para seguir a sua transmissão no sistema

elétrico tá E aí essa peça vapor que é utilizado para girar a turbina e em seguida ele é condensado ele é condensado Portanto ele virar água novamente e essa mesma água é que vai voltar a ser utilizada aqui na Caldeira de novo né então é um processo seco fechado e que você não tem o desperdício de água né a água é vaporizado depois é condensado novamente é claro que existe um peso aqui no processo mais uma perda mínima de forma que você vai ter um ciclo fechado aqui né E você queima combustível água a perna

você perde somente o combustível Ok bom esse é o princípio de funcionamento das termelétricas é com relação aos combustíveis que são utilizados nas principais combustíveis gente Tec combustíveis líquidos que é o diesel e o biodiesel temos combustíveis gasosos né que aí você vai ter o gás e o biogás que é o biogás é derivado de materiais compostos né Como existe aí através de dejetos de animais de descarte de comida enfim materiais compostos que você pode é processá-los para que eles liberam gás esse gás é utilizado no processo existe os combustíveis sólidos né que são os

principais aqui o carvão Esse é o cookie de coque de petróleo é que é um subproduto da produção de petróleo espécie de borra de petróleo é um dos mais influentes e o bagaço de cana né que é muito utilizado nas na indústria sucroalcooleira ou bagaço de cana utilizada no processo é de termogeração tá existe ainda o material radioativo né no caso das usinas nucleares que são usinas térmicas também elas a crescem uma caldeira da mesma forma que nós comentamos Só que lá ao invés de queimar o combustível elas fazem um processo de fusão nuclear né

Ela utiliza aí o átomo de urânio é um a tão pesado ela fundo e 2 átomos de urânio essa fusão liberam a energia térmica muito grande nessa energia térmica é utilizada para aquecer a Caldeira e fazer a turbina Geral do mesmo jeito Tá bom destaca-se aqui é realmente o gás natural e o carvão né são as principais principais tipos de combustível utilizado aí nas termelétricas cada combustível desse vai ter uma vantagem e desvantagens em cada um tem um poder calorífico diferente então você vai ter alguns que você vai precisar queimar mais combustível para obter a

mesma energia a a cada um tem um preço diferente cada um tem um livro de poluição diferente então você vai ter aí vantagens e desvantagens em cada um desses combustíveis Ok é com relação às vantagens da Usina termelétrica nem Quais são as principais vantagens e desvantagens aqui essa Usina ela é Ela ocupa uma área compacta né Ela é basicamente e ela não tem aquela área da barragem que tem no hidrelétrica e tá ela ocupa uma área compacta por usar uma ar compacta ela pode ser instalada nos Centros Comerciais é no centro de carga então você

pode ter termelétricas dentro das cidades é bom porque reduz a necessidade de transmissão de energia né Cê já energia próximo a carga É ela tem um altíssimo fator de capacidade Então você basicamente que pode gerar eletricidade nas termelétricas sempre na capacidade máxima né só você só vai ter aí alimentação com relação a paradas para manutenção etc mais é um tipo de usina que não depende de sazonalidade né não depende de regime hídrico não depende de sazonalidade de vento do depende do solo depende de nada só depende de você ter o combustível disponível para queimar Então

você tem um fator de capacidade próximo de 100 que é muito bom né porque é uma fonte de geração uma forma de relação estável é com relação a desvantagens ela tem um preço de produção maior a o custo de produção aí vai depender do combustível né você tem é por exemplo combustível nuclear tem um custo um ponto alto o gás natural tem um custo de geração menor e por aí vai tá mas ela tem um custo maior em relação as hidrelétricas tá bom ela é uma produção poluente Essa é a principal desvantagem das termelétricas né

principal crítica que se faz a ela porque ela utiliza combustíveis não-renováveis né a queima dos combustíveis geram gases poluentes e então ela é uma fonte não renovável de energia é uma fonte de poluição tá essa é a principal desvantagem das termelétricas Tá além do caso da nuclear né a gente tem aí o risco de acidentes radioativos Como já ocorreram vários ao longo da história com o uso dessas usinas Então são usinas que tem essa desvantagem em relação à segurança no caso das usinas nucleares ok o bom é com relação agora a geração eólica né o

outro tipo de geração tá então qual é o princípio de funcionamento da no caso da geração eólica a gente tem um rotor que é basicamente ele é conectado algumas Passos né que são desenvolvidos com um design aerodinâmico é projetado para aproveitar a energia cinética do vento então o vento vai fazer essas passe girafa e consequentemente o motor vai girar e aí a gente tem esse rotor acoplada aqui há uma parte que é conhecido como nacele que é a parte onde fica né o a caixa de transmissão e o gerador essa caixa de transmissão é basicamente

uma copa aumento aqui entre o eixo do outro e o eixo do gerador que tem o objetivo de aumentar a velocidade de rotação do gerador né porque como vocês já devem ter notado as usinas eólicas nelas as pás e agiram em uma velocidade muito lenta Então você teria dificuldade de gerar energia né com a rotação naquela velocidade aí a gente utiliza caixas de transmissão em que você é amplia a velocidade de rotação do gerador na Então na verdade o gerador ali no caso da torre eólica ele tá girando numa velocidade bem maior do que a

velocidade das faz né Para viabilizar geração e a esse gerador ele vai se conectar que aos cabos que não se levado sair posteriormente as subestações tá esse é o princípio de geração a potência que pode ser extraída do vento é dada por essa expressão aqui né a potência vai ser um meio do coeficiente de potência que é justamente um fator aí que determina o quanto de cada turbina Quanto pode ser extraído de potência do vento em cada turbina tá se você tem aqui a densidade do ar a área do rotor né então quanto maior a

pa maior potência extraída e a velocidade do vento né Então seja observar essa forma basicamente se você quiser aumentar a capacidade de geração de uma turbina Ou você tem que ter ventos mas com a velocidade maior você tem que ter uma par com a área maior Ou você tem que ter aqui uma coeficiente de potência maior eu gosto sempre de potência LL LL complexo desse determinado nele Depende de todo o projecto da turbina de como a turbina aproveita nessa captação da energia cinética do vento outra característica a gente observa que ela é muito sensível né

a potência que é extraído é muito sensível à velocidade do vento vejo que ela tá sendo multiplicado pela velocidade do vento é um cubo ou seja se o velocidade do em 10 vezes a velocidade a potência é que é extraída desse evento varia mil vezes né então é muito sensível à velocidade do vento o que faz com que a geração seja bastante variável né então não é muito diferente de uma geração de uma usina termoelétrica por exemplo que você tem lá geração estável o caso da ela que não é uma geração absolutamente variável em razão

dessa velocidade do vento na isso gera algumas desvantagens para essa forma de geração ok e o a gente tem ainda com relação à energia eólica né a gente tem as as usinas um chora e as usinas of Shocks são usinas que estão instaladas na Terra e no mar tá no mar existam capacidade de aproveitamento dos Ventos maiores e se você consegue extrair mais potência quanto com tudo você tem uma grande desvantagem de instalar Usina software que é a questão da transmissão né você tem que ter cabos submarinos isso aumenta muito custo da Usina por isso

era só um pouco usadas ok as principais vantagens da geração eólica Neo ela tem um baixo custo de instalação é o projeto de usina eólica é relacionamento simples comparado aos as usinas hidrelétricas e termelétricas que e você tem uma construção tanto a construção da usina com a geração e não poluente no caso Algumas pessoas dizem que ela pode causar poluição sonora poluição visual e ainda pode afetar o voo dos pássaros alguma coisa do tempo mas são impactos é muito pequeno Zé em relação ao Impacto que as demais tecnologias as formas de produção de energia gera

né então é é uma fonte limpa e renovável e ela tem Ela utiliza um potencial energético que é gratuito e ilimitado né que é o vento então o vento ele tem essa vantagem é diferente da termelétrica que você tem um custo para o combustível aqui você utilizando o vento é é um potencial energético totalmente limitado Que bom e as desvantagens ela vai apresentar um preço de produção maior do que a hidrelétrica tá É se bem que hoje a gente já comentou nas outras aulas ela tem um custo de produção muito competitivo ela a segunda fonte

mais barata no Brasil hoje nela tá ganhando Inclusive das termelétricas e a geração é muito variável em razão dos Ventos a gente já comentou esse anteriormente né então isso exige um controle de de operação maior né Por parte dos operadores operadores do sistema e não é possível armazenar o potencial né apesar de ser um potencial gratuito e ilimitado você não consegue armazenar isso Como você consegue por exemplo no caso das hidrelétricas você tem lá o potencial gravitacional da água você armazena isso na barragem né no caso das termelétricas você armazena os combustíveis que serão queimados

no caso da hora que você não pode armazenar se não consegue armazenar o potencial energético tu vem ok e isso é uma desvantagem bom ela tem também uma baixa capacidade de produção por metro quadrado ocupado ou seja você é a culpando grande Sagas você não produz tanta energia como você produziria com uma termoelétrica por exemplo na mesma área e são desvantagens da energia eólica Ok bom e por fim para a gente finalizar aqui vamos falar agora da energia fotovoltaica energia a forma de geração completamente diferente das demais né todas as outras que nós falamos até

agora elas baseando-se no princípio do gerador elementar né então você de alguma forma vai fazer um gerador girar e a partir daí gerar eletricidade no caso da foto a voltar é completamente diferente né a tecnologia que aproveita o efeito fotoelétrico Esse é o efeito fotoelétrico que é a capacidade da luz né da energia luminosa de liberar elétrons em determinados materiais Ok então se você tem materiais semicondutores no caso precisamente o silício é você tem placas de silício é formando junções PN que é um outro assunto aí da eletrônica que a gente não vai adentrar que

agora mas você tem junções PN né de silício essas junções Ao serem expostas à luz solar a luz solar e tem a capacidade de liberar elétrons né em um dos lados da junção essa liberação de elétrons e quando você conecta né os terminais dessa placa é dessa junção PN é um circuito elétrico a liberação de elétrons vai criar uma corrente elétrica tá E essa corrente elétrica vai é enfim ser utilizada para alimentar qualquer carga Tás as placas solares a elas são formadas na verdade por milhares de junções PN mercado a junção PN elas geram uma

pequena quantidade de energia e aí você conecta milhares dessas placas para poder ter alguma energia significativa Ok então esse é o princípio de geração fotovoltaico é aqui a gente tem um exemplo né de uma usina solar Então você tem aí as placas cada placa é formada por vários módulos e cada módulo é formado por várias células Solares cada célula solar dessa é um conjunto O que é semicondutores né disse lixo ok é qual é a uma desvantagem dessa forma de geração ela gera energia na forma com Tina ela não gera energia na forma alternada como

nós já comentamos estão como Nossa Rede é o padrão da nossa rede é em corrente alternada então é necessário fazer uma conversão né da energia em corrente contínua para corrente alternada essa conversão é feita através de equipamentos conhecidos como inversores de energia tá então esses inversores eles vão receber energia é na forma contínua e vão transformá-la essa energia para formar o ter nada que então a necessidade do tecido inversores conectando os painéis fotovoltaicos a rede elétrica tudo bem é bom principais vantagens da energia solar né dia fotovoltaica é uma forma de energia não poluente é

é considerada uma forma renovável Apesar de que na fabricação das placas de silício né é esse processo de fabricação das placas é um processo poluente mas é a produção de energia falta votar aqui em si é uma produção não poluente não existe assim como é o like né aproveita de um potencial energético que é gratuito e ilimitado que no caso a luz solar né é um poder alto potencial ilimitado gratuito aí e existe ainda a vantagem é a possibilidade de microgeração então você pode através de energia hora que o que é muito comum hoje na

gerar eletricidade de forma distribuída de forma em cada unidade consumidora por exemplo é o que é muito bom porque você evita e os custos de transmissão e Distribuição né você vai estar gerando eletricidade ali próximo a carga a carga vai consumir aquela energia ali no próprio local então você vê que os custos com transmissão e Distribuição e essa possibilidade de microgeração é uma vantagem muito grande aí da energia fotovoltaica bom as desvantagens ela tem um custo maior de produção né ela ainda não é tão competitiva com maior que eu por exemplo a tem um custo

de produção mas existe uma tendência desse curso se reduzido né medida que essa forma de geração se Espalhe e ela também é uma geração variável em razão da incidência solar Então você vai mesmo durante o dia né às vezes passa uma nuvem ali na região então cai drasticamente a geração E fora que a noite não gera né então você não tem nenhuma hipótese como tem um fator de capacidade do maior do que cinquenta por cento por exemplo nas Usinas fotovoltaicas em razão da ausência de luz solar durante metade do dia OK tá bom Ah e

por fim assim como o caso das eólicas né não é possível armazenar o potencial esse potencial energético da luz solar não é possível ser armazenado é uma outra desvantagem é só é assim nós encerramos a terceira ao do nosso curso de rede de distribuição falamos aí sobre as principais formas de geração de energia elétrica para vocês tenham gostado e nos vemos na próxima aula 1