Desenvolvimento de modelos matemáticos representativos do comportamento dinâmico de micro-turbinas para a conexão na rede elétrica.

Abstract

O crescente avanço no consumo de energia elétrica tem produzido no meio acadêmico e industrial uma preocupação por incrementar e otimizar os sistemas de geração, transmissão e distribuição. Sistemas de geração distribuída permitem flexibilizar o acesso à energia elétrica em pontos remotos, usinas agro-industriais, plataformas de gás natural e gasodutos, e em sistemas de co-geração de calor/frio e eletricidade. Dentro deste contexto, a micro-turbina a gás e um dos tipos de geração distribuída que mais vantagens tem apresentado. O estudo de turbinas a gás tem se focado principalmente no sistema térmico e mecânico, e pouca informação útil para pesquisa existe na literatura com relação ao sistema elétrico e de controle. A presença de micro-turbinas a gás no mercado brasileiro, especialmente em usinas de gás natural, faz com que sejam necessários estudos do impacto deste tipo de geração no sistema elétrico, e da forma como o controle destas unidades administra a qualidade da energia gerada. Existem atualmente esforços importantes para desenvolver turbinas a gás no Brasil, o que é um desafio e uma motivação adicional. O presente trabalho oferece uma metodologia para gerar modelos matemáticos representativos do comportamento dinâmico de micro-turbinas a gás de forma rápida e simples, modelos que podem ser utilizados para estudar o impacto deste tipo de geração na rede elétrica de potência. Futuros desenvolvimentos podem adaptar a metodologia para outros tipos de unidades geradoras. O trabalho aborda inicialmente um estudo teórico do sistema da micro-turbina, tanto na parte térmica como elétrica e de controle. São identificadas as variáveis que regem a dinâmica a ser estudada e modelada, e são definidos os instrumentos e o sistema de aquisição de dados para medir tais variáveis. São determinadas as características dos ensaios a serem executados: sinal de excitação, tempo dos ensaios, necessidade de atingir o regime permanente, tempo de amostragem, tipo de combustível, etc. Devido a característica não linear do sistema estudado, são desenvolvidas rotinas em MatLab para processar a informação colhida durante os ensaios. E implementado um pré-processamento dos dados para ajusta-los a condições padrão (ISO, 1975), procurando generalizar a aplicabilidade dos resultados. As rotinas geram com facilidade modelos lineares e não lineares dos subsistemas da micro-turbina. E implementada uma escolha do grau de complexidade dos modelos de acordo a análise dos dados. No final são apresentados resultados dos modelos gerados, e avaliação dos métodos matemáticos utilizados. E recomendado continuar o estudo com a implementação de outros métodos para geração de modelos não lineares.