Ângelo Vian

Veículos Elétricos
Impactos sobre a rede
de distribuição
Angelo Vian
Campinas, SP – 9 a 11 de novembro de 2009
Os VEs podem ser classificados em cinco
famílias, de acordo com a forma como a
energia elétrica é disponibilizada a bordo:
 VE a bateria (VEB): – a energia é fornecida por um
conjunto de baterias que são recarregadas através
da
rede
elétrica.
Muitos
modelos
de
VEB,
competitivos em determinados nichos de mercado,
estão
disponíveis
em
diversos
países
e
são
fabricados tanto por indústrias tradicionais como
novas.
 VE híbrido (VEH): – a energia é fornecida por um
gerador a bordo que é acionado por um m.c.i.
(motor
de
combustão
interna).
Estes
veículos
também usam sistemas de baterias e capacitores
para acumular energia elétrica, permitindo que o
m.c.i. só opere nas condições ótimas, ou fique
desligado. Destacam-se dois tipos básicos de VEH: o
VEH “serial”, onde as rodas são acionadas apenas
pelo(s) motor(es) elétrico(s) e o VEH “paralelo”,
onde as rodas podem ser acionadas pelo m.c.i., em
paralelo com o(s) motor(es) elétrico(s).
Recentemente surgiu o conceito de veículos “plug
in”, isto é, veículos que podem ser ligados à rede
elétrica para a carga das baterias e, também,
dispõem de motor/gerador a bordo para a carga
das baterias, extensão da autonomia e adição de
potência em ladeiras e arrancadas mais fortes.
VEH – Serial
DC/AC
Alternador
Bateria
Motor
elétrico
AC
Barra de
transmissão
DC/AC
Alternador
Motor
elétrico
AC
Motor à
explosão
Tanque de
combustível
VEH – Paralelo
Tanque de
combustível
Motor à
explosão
Motor
elétrico
AC
DC/AC
Alternador
Bateria
Câmbio
 VE de célula a combustível (VECC): – é suprido por
células a combustível, equipamento eletroquímico
que transforma a energia do hidrogênio
diretamente em eletricidade. Esta tecnologia é
objeto de muita pesquisa na atualidade e diversos
fabricantes apostam nela como sendo o futuro dos
veículos elétricos. O hidrogênio será distribuído
diretamente ou produzido a partir do metano (Gás
Natural), metanol ou etanol. O VECC também usa
a bordo importantes sistemas de acumulação de
energia, sejam eles baterias ou capacitores.
 VE ligado à rede ou troleibus: – a energia é
fornecida pela rede elétrica.
 VE solar (VES): – a energia é fornecida por placas
fotovoltaicas (FV).
Um VEB, acionado somente pelo motor elétrico,
alimentado pelas baterias, consome, em média, entre
0,15 a 0,20kWh/km, dependendo de muitos fatores
ligados
a
parâmetros
operacionais
(velocidade
máxima etc.) e a parâmetros de projeto (aerodinâmica,
peso, etc.).
Tomando como base o custo da energia elétrica de
R$300/MWh, resultaria um custo de 0,045 a 0,06R$/km.
Já para um veículo com m.c.i., o custo seria de
0,2R$/km – isto para um combustível que custe
2,4R$/litro e um consumo correspondente de 12km/litro.
Se o VEB tiver uma autonomia de 200km, o mesmo
deveria ter uma energia armazenada nas baterias de
30 a 40kWh, dependendo do consumo kilométrico do
carro.
Para carregar um set de baterias com uma energia
de 30 a 40kWh, é necessário dispor de uma fonte
com diferentes potências, a depender do tempo
requerido para o carregamento.
 8 horas ........... 3,75
 4 horas ........... 7,50
 2 horas ........... 15,0
 1 hora ............. 30,0
 30 minutos ...... 60,0
 10 minutos ...... 180,0
ou
ou
ou
5,0kW
10,0kW
20,0kW
ou 40,0kW
ou 80,0kW
ou 240,0kW
Percebe-se logo que, com as atuais tensões
“domésticas”, 120/240V, somente recargas “lentas”
( 4 horas) podem ser cogitadas, enquanto que
instalações específicas, com tensão mais elevada,
deverão ser pensadas para recargas mais rápidas.
Evidentemente, existem carros elétricos de diferentes
potências e diferentes capacidades de armazenamento
de energia, resultando diferentes autonomias elétricas.
Os últimos lançamentos da Nissan e da GM têm as
seguintes características:
 Nissan-Leaf: – autonomia de 160km, com 24kWh
embarcados; e
 GM-Volt:
– autonomia de 65km, com 12kWh
embarcados, além de um gerador elétrico, movido por
um m.c.i., que recarrega as baterias e permite uma
autonomia de 480km com um consumo global
equivalente a 98km/l de combustível.
Em média, em termos de carros elétricos “familiares”,
excluindo veículos de maior porte, pode-se pensar
em uma demanda unitária de 3 – 4kW no nível da
alimentação residencial, correspondente à própria
demanda de uma residência de porte médio.
Em termos, de consumo pode-se pensar, com base
numa utilização anual média de 20.000km/ano, em
3.000 – 4.000kWh/ano/carro.
Assim, no Brasil, em média, em termos de carga
elétrica, um veículo elétrico “familiar” representa,
relativamente a uma residência de médio porte,
uma demanda e um consumo equivalente à
demanda e ao consumo da própria residência.
Em outras palavras, em termos de carga residencial,
cada carro elétrico dobraria a demanda e o
consumo da residência titular do mesmo.
Impactos globais sobre o Sistema
O Sistema Elétrico Brasileiro não deverá ter maiores
problemas para atender a demanda dos carros elétricos.
De fato, supondo que, já superestimando as previsões,
em 2020, tivéssemos 4 milhões de carros elétricos
rodando no Brasil (da ordem de 10% da frota total
prevista para aquele ano), cada um trafegando em média
10.000km/ano, o consumo de energia elétrica
decorrente seria por volta de 6TWh/ano, correspondente
a menos de 1% do consumo total de energia elétrica,
então previsto.
As projeções mais recentes indicam que, em
2025, o consumo de energia elétrica desses
veículos possa atingir até 3% do mercado, o
que também não implica em dificuldade de
atendimento, pois exige apenas um pequeno
ajuste, não imediato, na programação da
expansão da oferta de energia.
Inserção dos VEs na rede de distribuição
Rede de distribuição
Gerando
Carregando
Impactos sobre as RDs
Aumento da carga em nível residencial, seja ela uma
moradia isolada ou um condomínio (prédio).
Neste segundo caso, deverá ser pensado um sistema
de tomadas, numa tensão diferente (de até 1.000V),
instaladas em correspondência com as vagas de
garagem (em todas, ou, pelo menos, em parte delas).
Nos condomínios, nos estacionamentos, ou em
qualquer lugar onde as baterias possam ser
carregadas, a qualidade do fornecimento da energia e,
consequentemente, o preço dessa energia podem ser
diferentes, dependendo de pelo menos quatro
parâmetros, mostrados no próximo slide.
1) O local onde a recarga é requerida;
2) O período do dia no qual a recarga é requerida;
3) O tempo máximo de recarga exigido pelo cliente; e
4) A disponibilidade da energia armazenada nos VEs
(ou para a recarga dos VEs) para ser aproveitada
pela rede de distribuição, em condições de alerta
ou de emergência, seja local ou do Sistema como
um todo.
Por outro lado, deve-se pensar que um carro do tipo
VEB, quando ligado à rede de distribuição, é uma fonte
de energia teoricamente disponível em condições de
emergência, ou, pelo menos, com a função de supridor
de serviços ancilares.
Mesmo que não seja aplicável no nível do carro singular,
algo poderia ser pensado no nível do eletroposto,
quando este fornecesse ao usuário não o carregamento
das suas (do usuário) baterias, mas racks de baterias já
carregadas em substituição daquelas já utilizadas.
Neste caso, o eletroposto teria, certamente, um
estoque bem dimensionado de baterias já carregadas
(e um outro estoque em carregamento, possivelmente
lento).
Este estoque, sim, poderia ser pensado como uma
possível fonte disponível na condição de emergência,
ou para suprir serviços ancilares.
A gestão da inserção dos VEs na rede de distribuição
– seja para abastecimento (carga), seja como
unidades de geração distribuída – deve ser realizada
através de redes de distribuição capazes de
interpretar, em modo ativo, as exigências do
consumidor e executá-las visando à otimização do uso
do Sistema Elétrico. Esta é uma das funções dos
“smart grids”, que tanto estudamos hoje, e, agora,
mais concretamente já estão em fase de projeto para
implantação.
É claro que, para que tudo isto se torne factível, será
necessário que os órgãos reguladores permitam um
nível adequado de flexibilização (“unbundling”) da
operação dos sistemas (redes) de distribuição.
Obrigado!
Angelo Vian
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