Este trabalho apresenta o estudo de caso como modelo alternativo para gerar eletricidade de maneira sustentável na comunidade de Santo Antônio no Estado do Pará, Brasil e outras comunidades remotas que possuam características similares. O objetivo do trabalho é fazer uma proposta de um modelo sustentável aproveitando os recursos da comunidade, como a biomassa produzida pela atividade econômica local, satisfazendo suas condições de isolamento e considerando todas as variáveis técnicas e condições geográficas do local. [81]
3.1.1. Local do estudo
A comunidade de Santo Antônio encontra-se localizada a 92 km do município de Breves, que fica no estado do Pará – Brasil, o único acesso é feito através do rio e leva aproximadamente 3 horas de lancha fretada, suas coordenadas são 00°55'18"S 50°49'25"W. É constituída por trinta casas agrupadas, seis casas espalhadas, uma escola, duas igrejas, uma mercenária, uma serraria, uma fábrica de vassouras e um armazém de madeiras. A Figura 4-1 mostra a distribuição da comunidade e sua localização referente ao município de Breves. [81]
Figura 4-1. Distribuição da comunidade de Santo Antônio. Adaptado de [81].
3.1.2. Demanda
A fabrica de cabos para vassouras tem um consumo de 19 kW, esta energia atualmente é gerada por um grupo diesel de 200 kVA que normalmente funciona aproximadamente 8 horas por dia, além de outro grupo gerador diesel de 60 kVA que fornece a demanda de energia para as casas agrupadas por 4 horas e o restante para os fornos. Um terceiro grupo diesel de 6 kVA fornece para as casas separadas. O consumo de diesel por dia é de 400 l e em algumas ocasiões chega a funcionar 24 horas por dia.
Os gráficos de demanda de carga foram obtidos com os moradores da aldeia como se descreve em [81]. Para os diferentes consumidores, a fábrica de vassouras tem uma demanda estimada conforme a Figura 4-2, para a comunidade possui uma demanda de acordo com a Figura 4-3 e para os fornos uma demanda como na Figura 4-4.
Figura 4-2. Demanda de carga da usina de vassouras adaptado de [81]
Figura 4-4. Demanda de carga dos fornos adaptado de [81]
Depois de obter os diferentes gráficos de demanda de carga de cada um dos setores da comunidade podemos ver a demanda total na Figura 4-5, onde o pico de demanda tem como valor de 49 kW aproximadamente, a maior demanda ocorre durante o funcionamento da usina de vassouras e tem como média de consumo 25,6 kW.
Figura 4-5. Demanda total de carga da comunidade adaptado de [81]
3.1.3. Descrição da micro rede
O primeiro passo é definir os parâmetros, fontes de energia e requerimentos técnicos da micro rede. É estabelecida uma potência nominal de 53kW, sendo esta potência suficiente para prover a demanda de energia elétrica da comunidade de Santo Antônio incluindo a usina de vassouras, atendendo a demanda total da carga como se vê na Figura 4-5 e deixando um pequeno excedente em caso de ter novas cargas. Escolhe-se energia fotovoltaica e um
gaseificador como os sistemas de geração de energia, os quais irão aproveitar o recurso energético solar e de biomassa existente na comunidade, juntamente com um sistema de armazenamento de energia em baterias.
Para calcular o número de painéis e a potência é necessário conhecer a irradiação do local, estes dados são obtidos do Atlas Brasileiro de Energia Solar [82] e do National Renewable Energy Laboratory (NREL)[83]. A Figura 4-6 mostra a irradiação solar global horizontal média anual na região em estudo. A Figura 4-7 observa a irradiação solar média diária próxima ao local de estudo e na Figura 4-8 irradiação de um ano típico meteorológico (TMY) do local. A partir da informação obtida pelos diferentes gráficos, a energia disponível no local é aproximadamente de 4,6 kWh/m2 com uma potência máxima de 875 W/m2 TMY.
Figura 4-6. Irradiação solar global horizontal média anual na região de estudo. Adaptado de [82].
Figura 4-8. Irradiação de um ano típico meteorológico (TMY) do local. Adaptado de [85].
A biomassa disponível encontra-se em forma de serragem de madeira da usina de vassouras, tomando o considerado por [81] estima-se uma produção de biomassa de cerca de 18m3/dia, que corresponde à aproximadamente 430 Kg/h de biomassa úmida. Na Tabela 23 encontra-se as principais propriedades da biomassa em base seca.
Tabela 20. Propriedades da serragem. Adaptado de [86].
Análise aproximada da serragem
Tamanho da serragem 3,18 mm
Teor de umidade 9,3 wt%
Densidade aparente 215 kg/m3
Densidade real 1360 kg/m3
Poder calorífico superior 18,8 MJ/kg Poder calorífico inferior 16,9 MJ/kg
Análise imediato Voláteis 84,57 wt% Carbono fixo 14,37 wt% Cinzas 1,06 wt% Analise elementar C 49,27 wt% H 5,93 wt% Enxofre 0,02 wt% O (por diferença) 43,29 wt% N 0,4 wt% Composição química Celulose 36,7 wt% Hemiceluloses 26,3 wt% Lignina 33,6 wt% Extrativos 3 wt%
3.1.4. Projeto proposto
Tomando como referência as recomendações da International Electrotechnical Commission (IEC) para sistemas de transmissão em DC, as tensões do Link DC estão definidas como [87]: Alto:>1500VDC Médio: 200-1500VDC Muito Baixo:<120VDC
Tomando em consideração a recomendação anterior é definida a tensão do Link em 530VDC. Os Links em DC apresentam vantagens sobre as redes em AC, pois utilizam menor número de conversores de potência, não necessitam de um esquema de sincronização (Tensão, fase e frequência) para serem ligados a novos geradores, possuem facilidade em se adaptar às necessidades da rede assim como apresentam uma alta qualidade de tensão do link de transmissão e deixam conectar algumas cargas diretamente no sistema [88]. A Figura 4-9 mostra o esquema da rede com o Link principal, além dos controles necessários para operar a rede.
Figura 4-9. Esquema de blocos da rede em DC proposta.
Reunindo todas as informações anteriores como energia disponível, cargas e características do local permite-se desenhar e parametrizar cada um dos subsistemas considerados e mostrados na Figura 4-9 que compõem a rede como: arranjo fotovoltaico, gaseificador o banco de bateria e controladores.