A Figener foi contratada para conduzir uma série de estudos elétricos essenciais para a implementação de uma usina fotovoltaica dentro do complexo em uma grande geradora da região nordeste, uma das principais termelétricas do Brasil, localizada em Pecém, no Ceará. 

O objetivo desse projeto não era apenas a incorporação da geração solar para alimentar cargas internas, mas também viabilizar uma planta de produção de hidrogênio verde. 

O desafio central residia na integração eficiente dessa nova fonte de geração renovável a um sistema já consolidado e de grande porte, garantindo estabilidade, segurança e confiabilidade operacional. Para isso, a Figener conduziu estudos aprofundados de curto-circuito, fluxo de potência, fluxo harmônico, estabilidade eletromecânica e coordenação de proteção e seletividade, essenciais para evitar impactos negativos na operação da termelétrica.

Contexto e desafios do projeto

A usina possui uma estrutura elétrica robusta, incluindo geradores de grande porte e um complexo sistema de distribuição interna para alimentar suas cargas essenciais . A decisão de integrar uma fonte fotovoltaica ao sistema foi impulsionada por uma iniciativa do Governo do Ceará, dentro do esforço global de transição energética e descarbonização.

Diferente de outras aplicações comuns em indústrias, onde fontes renováveis são utilizadas para complementar cargas administrativas ou não críticas, essa implementação exigia um estudo detalhado devido às características dinâmicas da energia solar. A geração fotovoltaica possui variações naturais, que poderiam interferir na estabilidade do sistema elétrico da termelétrica, especialmente ao alimentar uma planta de hidrogênio verde que também se comporta como uma nova carga significativa.

(Modelo da usina fotovoltaica no powerfactory)

Créditos de imagem: Arquivos Figener

(representação das cargas e planta de hidrogênio verde powerfactory)

Créditos de imagem: arquivos Figener

Além disso, o projeto apresentou complexidades adicionais, como:

• Interação entre fontes distintas: a fotovoltaica precisava operar de forma estável junto aos geradores térmicos.

• Influência na proteção e seletividade: ajustes e coordenação dos dispositivos de proteção para evitar falhas ou desconexões indevidas.

• Impacto dos harmônicos: a eletrônica de potência associada à usina fotovoltaica e à produção de hidrogênio exigia um estudo aprofundado para evitar degradação da qualidade da energia e impactos em transformadores e motores já operacionais.

Metodologia aplicada

Para garantir a viabilidade técnica da integração, a Figener estruturou o projeto em seis estudos elétricos distintos, conduzidos ao longo de quatro meses. Os principais aspectos analisados foram:

1. Estudo de curto-circuito e coordenação de proteção

Seguindo as normas internacionais IEC, a Figener analisou os níveis de curto-circuito e recalibrou as proteções existentes, garantindo que a inserção da usina fotovoltaica não comprometesse a seletividade do sistema. O software DIgSILENT PowerFactory, representado no Brasil pela Figener, foi utilizado para simular cenários e validar os ajustes necessários nas proteções das cargas e dos geradores.

2. Fluxo de Potência

A análise de fluxo de potência permitiu avaliar como a nova geração se distribuiria pelo sistema, garantindo que as cargas críticas continuassem sendo supridas de forma confiável. Foi verificada a capacidade de operação em diferentes condições, como oscilações na irradiação solar e interações entre a energia térmica e renovável.

3. Estabilidade Eletromecânica

O sistema dessa usina termelétrica é composto por três geradores principais, operando em diferentes ramificações da planta elétrica. A inserção da fotovoltaica precisava ser analisada considerando cenários distintos, como a operação isolada de cada gerador ou o funcionamento em paralelo. O estudo de estabilidade verificou a resposta do sistema frente a variações bruscas, prevenindo oscilações que pudessem comprometer a operação.

4. Fluxo harmônico

Tanto a geração fotovoltaica quanto a planta de hidrogênio verde possuem equipamentos de eletrônica de potência, como inversores e conversores de frequência, que podem introduzir distorções harmônicas no sistema. A Figener conduziu análises detalhadas para garantir que os níveis de distorção estivessem dentro dos limites aceitáveis, evitando impactos na vida útil de transformadores e motores.

5. Integração da planta de hidrogênio verde

A planta de hidrogênio verde foi modelada dentro do PowerFactory para verificar seu impacto no consumo de energia e nos níveis de distorção harmônica. Como essa instalação funcionaria como uma carga adicional no sistema, foi necessário ajustar a distribuição de potência e avaliar sua influência na estabilidade geral.

6. Impacto na eficiência energética

A introdução da geração renovável precisava ser validada não apenas do ponto de vista elétrico, mas também econômico e operacional. O estudo final consolidou as análises anteriores para garantir que a usina fotovoltaica trouxesse benefícios reais, reduzindo o consumo de combustíveis fósseis e melhorando a eficiência energética da usina termelétrica.

Resultados e contribuições do projeto

A implementação bem-sucedida da usina fotovoltaica e da planta de hidrogênio verde nessa grande geradora termelétrica que atendemos, representa um exemplo significativo para a descarbonização do setor elétrico brasileiro. A abordagem estruturada da Figener garantiu que essa transição ocorresse de forma segura e otimizada, sem comprometer a estabilidade e a confiabilidade do sistema elétrico.

Os principais resultados alcançados incluem: 

✅ Integração segura da fotovoltaica sem impactos adversos na operação da usina térmica.
✅ Otimização da coordenação de proteção para garantir seletividade e evitar desconexões indesejadas.
✅ Redução dos impactos de distorções harmônicas, preservando equipamentos críticos e prolongando sua vida útil.
✅ Aumento da eficiência energética, contribuindo para a estratégia global de transição energética e sustentabilidade.

“O centro deste projeto foi essa nova fonte que engloba toda essa filosofia mundial de descarbonização. Isso gerou um desenvolvimento muito grande da nossa parte no software PowerFactory, permitindo que a gente consiga aplicar essa expertise em outros projetos.”

– Samuel Antonio de Paula, Engenheiro Eletricista da Figener

Fortalecendo a posição da Figener

A experiência adquirida neste projeto fortalece a posição da Figener como referência em estudos elétricos para integração de energias renováveis em sistemas complexos. O sucesso da implementação na geradora termelétrica atendida pela Figener, reforça que a eletrificação e o uso de hidrogênio verde são caminhos viáveis e estratégicos para usinas e indústrias que buscam eficiência e descarbonização.

A expertise da Figener, aliada a metodologias robustas e ao uso de ferramentas avançadas como o DIgSILENT PowerFactory, permitiu a realização de análises detalhadas e soluções customizadas para esse desafio. Com o crescimento das demandas por transição energética, projetos como esse se tornarão cada vez mais comuns, e a Figener está preparada para apoiar nossos clientes nessa transformação.

Se sua empresa busca soluções eficientes para a integração de geração renovável, entre em contato com a Figener e descubra como podemos ajudar.

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