Professor do Programa de Engenharia Elétrica da COPPE/UFRJ
Hoje, apesar de poucos perceberem, a humanidade está quase que totalmente dependente da energia elétrica para as atividades diárias. Isto vale tanto para o dia a dia residencial quanto, principalmente, para o setor industrial ou de serviço. O consumo de energia elétrica, descontado o desperdício, reflete bem o grau de desenvolvimento de um país. Assim, ter este tipo nobre de energia disponível é fator fundamental para o desenvolvimento do país. Além de ela ser necessária, nos últimos anos tem se exigido cada vez mais qualidade, em especial, no caso das indústrias mais automatizadas.
O sistema elétrico é basicamente um grande sistema eletromecânico e, certamente, o maior dos sistemas jamais criado pelo homem tanto em termos de dimensão física quanto pela energia que transporta ou processa. O sistema elétrico brasileiro está todo conectado desde o Pará até o Rio Grande do Sul formando um gigantesco sistema a ser controlado. Isto sem contar a conexão em corrente contínua com o Paraguai e a Argentina. No entanto, de um modo geral, desde o princípio este sistema tem sido operado baseado em controladores também eletromecânicos apesar dos avanços da eletrônica. Estranhamente até a indústria da aviação, tradicionalmente muito conservadora, há muito tempo utiliza muita eletrônica no controle dos aviões e, pode se dizer, que alguns deles simplesmente não voariam sem a eletrônica. O sistema elétrico, por ser, na maioria dos casos, estável e também por lidar com altíssimas potências (altíssimas, visto pela eletrônica) sempre fez pouco uso da eletrônica, exceto, no caso da transmissão em corrente contínua. No entanto, aos poucos esta realidade vem mudando em função de:
- avanço substancial nos dispositivos de eletrônica de potência que passaram a controlar valores significativos de potências – hoje existem chaves semicondutoras individuais para operar em alguns kV e alguns kA;
- avanço nas tecnologias de conversores de alta potência, incluindo as técnicas de controle que permitiram a construção e operação de conversores de até 6.300 MW, baseados em tiristores, como na transmissão em corrente contínua da metade da energia gerada pelas usinas de Itaipu ou conversores de 300 MW baseados em modernas chaves semicondutoras de potência;
- restrições ambientais que exige que se transmita o máximo de energia por uma mesma linha, teoricamente até o limite térmico assim como dificuldades para a construção de novas linhas além da exigência do uso crescente de fontes renováveis, como a solar e a eólica;
- a grande automação industrial que tem exigido cada vez mais energia elétrica que respeite padrões de qualidade em termos de tensão, freqüência, distorções e variações momentâneas.
Desta forma a apresentação estará focada nos novos equipamentos baseados em eletrônica de potência desenvolvidos para o controle de potência transmitida ou para o controle da qualidade da energia elétrica.
Serão apresentados os compensadores básicos para o caso da transmissão de energia mostrando o que se pode ganhar em termos de potência transmitida com cada tipo de compensador série, paralelo e série-paralelo.
No caso da qualidade de energia serão mostrados exemplos reais de problema causados pela falta de qualidade da energia elétrica. Serão mostrados também os principais dispositivos de eletrônica de potência que podem ser usados para melhorar a qualidade da energia elétrica como o filtro ativo de potência, para eliminação de harmônicos, o compensador de afundamento de tensão (as conhecidas “piscadas na luz”). Será comentado o quanto a qualidade da energia elétrica pode influir na qualidade do produto final seja ele um serviço ou mesmo um objeto. Também será mostrado que em alguns casos a deterioração da qualidade da energia elétrica pode não influir no desempenho da carga alimentada, não sendo, portanto, necessária a “alta” qualidade em todos os casos. Mas há casos onde a qualidade é vital e uma pequena variação na tensão (exemplo, um afundamento de tensão de 50% por 50 ms) pode causar a parada de uma grande fábrica por várias horas.
Tendo em vista os incentivos para o uso de fontes alternativas de energia e as grandes fazendas eólicas em implantação no Brasil, será mostrada a necessidade de uso da eletrônica de potência no controle destes sistemas, que se de um lado tem um combustível grátis, o vento, este é altamente variável. Em algumas situações é necessário o uso de armazenadores de energia para garantir a boa qualidade da energia gerada.
Por fim, pretende-se apresentar alguns números e exemplos para o público, em geral, entender a dimensão do problema da geração de energia elétrica e seu uso. Por exemplo, qual a área necessária de usina hidrelétrica para se alimentar uma casa, ou o que significa um quilowatt-hora, ou ainda qual o ganho do horário de verão e qual o seu efeito no controle do sistema elétrico.
Pretende-se montar também que o consumidor consciente e que saiba conservar energia, utilizando apenas o necessário, ou escolhendo equipamentos mais eficientes, ou processos menos intensivos energeticamente, também pode ajudar o sistema.