Grupos Geradores singelos (unitários) versus Grupos Geradores conectados em paralelo.

Saiba mais sobre Grupos Geradores singelos (unitários) versus Grupos Geradores conectados em paralelo

A conexão em paralelo de Grupos Geradores corresponde à conexão síncrona de dois ou mais Grupos Geradores formando um conjunto. Este conjunto fornece energia para a carga por meio de um barramento comum. Há diversos fatores a serem considerados ao se optar pela instalação de Grupos Geradores em paralelo, entre eles:

• Confiabilidade
• Desempenho
• Custo
• Tipos de carga
• Tamanho do gerador e da sala
• Eficiência
• Variação de carga
• Flexibilidade

 

• Confiabilidade do sistema

É o fator principal que pode influenciar a decisão pelo uso de Grupos Geradores conectados em paralelo na maioria das instalações do tipo emergência, tais como, hospitais, centros de processamento de dados, estações de bombeamento de água, etc. Onde a confiabilidade do sistema de fornecimento de energia é fundamental, pois as cargas conectadas são críticas. Em casos como estes, o uso de Grupos Geradores em paralelo e a energização priorizada do sistema permite que cargas mais críticas sejam alimentadas antes das cargas menos críticas.

Em sistemas nos quais todas as cargas são necessárias para garantir uma operação adequada, é recomendável o uso de Grupos Geradores redundantes. O objetivo é assegurar que a falha em um dos Grupos Geradores não desative o todo sistema. Normalmente, a conexão de Grupos Geradores em paralelo exige que o sistema tenha a capacidade de energizar as cargas sequencialmente, em etapas. Do mesmo modo, no caso de falha em algum dos Grupos Geradores, o sistema deve ter a capacidade de efetuar a “rejeição seletiva de cargas” para permitir que os Grupos Geradores operem dentro dos limites nominais.

Uma instalação Grupos Geradores em paralelo deve ser dimensionada para permitir que qualquer um deles possa ser removido do sistema para manutenções de rotina ou reparos sem que haja prejuízo no fornecimento de energia.

• Desempenho

O desempenho de um sistema de potência quando os Grupos Geradores estão conectados em paralelo pode se assemelhar ao serviço da rede pública de energia, pois a capacidade dos Grupos Geradores agregados em relação às cargas individuais é muito maior que seria no caso de Grupos Geradores singelos fornecendo energia para cargas separadas. Devido a esta maior capacidade do barramento, o efeito das cargas transientes ou cargas não lineares aplicadas aos Grupos Geradores por cargas individuais é diminuído.

• Custo

Em geral, um conjunto de Grupos Geradores conectados em paralelo custa mais caro que um Grupo Gerador singelo com a mesma capacidade de geração de energia.

Ao se avaliar o custo de um sistema em paralelo deve ser considerado o “custo total” para sua aquisição, como por exemplo, deve-se levar em conta fatores como o espaço disponível dentro da edificação, maior número de sistemas de escapamento e mais tubulações, o layout da rede de cabos de energia, requisitos específicos para o quadro de distribuição de energia (ou subestação) e o sistema controle para uma instalação em paralelo.

A demanda por confiabilidade e o seu consequente benefício devem ser ajustados de acordo com o aumento do custo. O custo da manutenção é um fator essencial para os Grupos Geradores em instalações de uso continuo ou cogeração. Embora um Grupo Gerador singelo e de grande porte possa ter um custo igualmente elevado, esta equivalência será reduzida ao se considerar outros fatores associados com os custos de instalação de um sistema com Grupos Geradores em paralelo.

• Dimensionamento

O dimensionamento de um Grupo Gerador e de sua sala podem ser fatores críticos e podem influenciar na decisão sobre a instalação de Grupos Geradores singelos ou em paralelo. Em geral, um Grupo Gerador singelo é consideravelmente mais pesado que o equipamento correspondente usado em uma configuração em paralelo. Para instalações no topo de uma edificação ou para instalações nas quais o Grupo Gerador deve ser alojado no subsolo ou algum outro espaço confinado, isto pode representar um impedimento, levando a se optar por Grupos Geradores mais leves e menores. Todavia, o projeto de instalação deve proporcionar um espaço livre para acesso e manutenção das máquinas. Inevitavelmente, este tipo de instalação requer mais espaço por quilowatt gerado.

• Eficiência

Eficiência é um fator fundamental caso o sistema de geração esteja produzindo energia do tipo “Carga Básica”, esteja sendo utilizado para redução de tarifa da energia da rede pública ou “cogeração”. Nas aplicações do tipo “Energia Prime”, a versatilidade de um sistema de Grupos Geradores em paralelo, permitindo que os mesmos trabalhem com cargas otimizadas e máxima eficiência irá, com frequência, compensar os altos custos iniciais em um curto período de tempo.

• Tipos de carga

A decisão sobre o tipo de instalação, singelo ou paralelo, para um sistema de geração de energia é muito influenciada pelo tipo da carga que será alimentada. Em geral, um Grupo Gerador singelo será a escolha mais econômica para cargas menores que um valor aproximado de 1000 kW, pois o custo de um sistema de controle para conexão em paralelo somado ao custo do equipamento de chaveamento é significativo quando comparado com o custo de um Grupo Gerador.

Para instalações de pequeno porte, mas essenciais, onde a proteção de dois Grupos Geradores é necessária, mas o custo do equipamento de “paralelismo” é proibitivo, uma instalação redundante pode ser uma boa alternativa. Nesta configuração um Grupo Gerador atua como emergência para o outro, com a utilização de uma chave de transferência entre eles. Para cargas em torno de 2 ou 3 MW, pode-se utilizar configurações com Grupos Geradores singelos ou em paralelo, pois ambas possibilidades estão disponíveis. Para cargas acima de 3 MW, a escolha é quase sempre por instalações de geradores múltiplos.

No Brasil, devido a não produção local de motores diesel de grande porte, é normal a utilização em paralelo de Grupos Geradores de potência de 400kW alimentando cargas ao redor de 2MW. Redundância e custo operacional baixo facilitam esta aplicação.

• Variação de carga

A variação de carga deve ser levada em consideração em qualquer projeto de sistema de geração de energia, pois muitas instalações apresentam grandes diferenças entre o consumo durante o dia e noite, assim como as características das cargas podem apresentar diferenças durante o inverno e o verão. Uma instalação de grande porte para geração de energia pode ter um consumo de 2-3 MW durante o dia, entretanto, durante a noite, a menos que seja usada para aplicações de processo contínuo, o consumo pode cair para apenas algumas centenas de kW, ou menos. Utilizar um Grupo Gerador singelo de grande porte para este tipo de aplicação pode fazer com que o equipamento trabalhe com pouca carga por muitas horas, o que é prejudicial para o motor.

Uma configuração típica para este tipo de instalação poderia utilizar quatro Grupos Geradores de 1000 kW e um de 500 kW conectados em paralelo. Durante o dia seriam utilizados três dos quatro Grupos Geradores e, à noite, apenas o Grupo Gerador menor entraria em funcionamento.

Cargas transientes também tem uma grande influência na especificação da capacidade requerida para um Grupo Gerador, e, é importante levar em conta todas as combinações de cargas transientes e cargas constantes em quaisquer projetos para assegurar que a qualidade do fornecimento de energia seja mantida. Note que algumas cargas apresentam fatores de potência “dominantes” (i.e.: exigem mais do Grupo Gerador), e isso deve ser levado em consideração no dimensionamento e na definição sequência de operação para o sistema (sequência de acionamento das cargas).

• Flexibilidade

A flexibilidade é um fator importante a ser considerado em instalações que possam vir a ser alteradas no futuro. Em geral, uma instalação que contém apenas um Grupo Gerador singelo é difícil de ser alterada. Entretanto, instalações com Grupos Geradores em paralelo podem receber Grupos Geradores adicionais com relativa facilidade, caso esta possibilidade tenha sido prevista em projeto.

• Riscos

Há alguns riscos envolvidos no uso de Grupos Geradores conectados em paralelo, tanto nos casos em que o sistema de energia é formado por um conjunto de Grupos Geradores conectados em paralelo, quanto naqueles em que um ou mais Grupos Geradores estão conectados em paralelo com a rede pública de energia elétrica. Na elaboração de um projeto de instalação, estes riscos devem ser avaliados em comparação com os benefícios proporcionados. São eles:

Nos casos onde não houver um adequado descarte de cargas, ou nos casos onde a carga é mantida em um nível muito alto, há o risco de um dos Grupos Geradores falhar e os demais Grupos Geradores no sistema podem não ser capazes de suportar a carga total. Um sistema para descarte de cargas deve sempre ser incluído nos projetos de geração de energia com equipamentos conectados em paralelo. A capacidade de reserva do sistema, em qualquer momento durante a sua operação, deve corresponder à quantidade de carga que pode ser aceita caso haja uma falha em quaisquer dos Grupos Geradores que estiverem em funcionamento.
É possível que nem todos os Grupos Geradores possam ser conectados em paralelo num mesmo sistema, caso se utilize um Grupo Gerador de um fabricante diferente, ou, se utilize um Grupo Gerador com capacidade significativamente diferente dos demais.
Um Grupo Gerador conectado em paralelo com a rede pública de energia torna-se, efetivamente, parte do sistema da rede pública. Caso o projeto de instalação inclua uma conexão em paralelo com a rede pública de energia, deve ser providenciado um sistema de proteção adicional para esta conexão específica. Em geral, este sistema de proteção é especificado e aprovado pela empresa responsável pelos serviços de distribuição da rede pública de energia.

Os regulamentos e normas técnicas locais devem sempre ser consultados quando o projeto de instalação considerar o uso de uma conexão em paralelo com a rede pública de energia.

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