Smart Grids

RESUMO

O conceito de redes inteligentes de energia, o que elas podem representar para o setor de energia elétrica, seus benefícios para os usuários e para as distribuidoras e as iniciativas de Smart Grids no Brasil são alguns dos pontos abordados pelo presente artigo. Para isso, apresenta-se o seguinte roteiro: introdução a respeito do tema, revisão bibliográfica apresentando o conceito de Smart Grid, Benefícios e Desafios e Iniciativas no Brasil e, por fim, uma breve conclusão em relação a viabilidade deste tipo de rede.

1. INTRODUÇÃO

A necessidade de ampliar a eficiência, disponibilidade e segurança, redução do pico de demanda e melhoria dos serviços, juntamente com a conexão de fontes renováveis não despacháveis e da pequena geração ao sistema elétrico, impõe em todo o mundo a necessidade de modernização do setor elétrico.

Novas oportunidades de fornecimento de energia elétrica são abertas através da integração dos sistemas de informação e das telecomunicações às redes de energia. As redes inteligentes, ou Smart Grids, constituem uma nova arquitetura integrada de distribuição de energia que conecta todos os usuários de maneira segura e inteligente. Sendo assim, oferece a possibilidade de fornecimento de energia de maneira mais eficiente, econômica e sustentável.

O consumidor terá a capacidade de gerenciar o modo como utiliza sua energia, sendo capaz de controlar melhor seu consumo. Outra forma de reduzir a quantidade de energia que compra da rede será através da geração de energia, realidade em outros países, com a utilização de painéis fotovoltaicos, por exemplo. Como consequência têm-se a redução da emissão de gás carbônico juntamente com a economia para o consumidor.

2. OBJETIVO

O objetivo deste trabalho é apresentar a rede inteligente de energia, Smart Grid, seu conceito, vantagens e algumas iniciativas no Brasil.

3. SMART GRIDS

Dá-se o nome de Smart Grid a uma nova concepção existente de rede, que através do uso intensivo de recursos de comunicação e informática, da geração ao consumidor final, se diferencia da tradicional.

O conceito busca incorporar um vasto conjunto de tecnologias de sensoriamento, monitoramento, tecnologia da informação e telecomunicações para que a rede opere com um desempenho melhor, visto que será possível identificar antecipadamente suas falhas e com isso a sua capacidade de se autorrecompor diante das ocorrências que afetem seu desempenho serão praticamente instantâneas. (FERREIRA, 2010)

Segundo IEA (2013) a Smart Grid é:

“(...) uma rede de energia elétrica que utiliza tecnologia digital para monitorar e gerenciar o transporte de eletricidade a partir de todas as fontes de geração para atender às variadas demandas de eletricidade de usuários finais. Tais redes são capazes de coordenar as necessidades e capacidades de todos os geradores, operadores de rede, usuários finais e stakeholders interessados no mercado de energia elétrica, de tal forma que pode otimizar os ativos de utilização e funcionamento e, no processo, minimizar os custos e impactos ambientais, mantendo, ao mesmo tempo, a confiabilidade, resiliência e estabilidade do sistema”. (IEA, 2013)

Ainda Ferreira (2010) define as Smarts Grids como um conjunto de tecnologias que se forem utilizadas de forma adequada com as especificidades e prioridades do país poderão de forma significativa aumentar a eficiência do sistema. A saber, as principais inovações tecnológicas que as Smarts Grids propõem: instalação de medidores inteligentes, que possibilitam a medição em tempo real, utilização de tarifas diferenciadas para períodos de pico e vale como estímulo ao consumidor, aumento expressivo da capacidade de armazenamento de dados e possibilidade de geração a partir de fontes renováveis (principalmente eólica e solar) em pequena escala.

3.1 Benefícios e Desafios

As mudanças que serão provocadas pelas Smart Grids foram sucintamente organizadas por Bocuzzi e Mello (2013):

“Nesse novo paradigma, haverá espaço cada vez maior para a geração distribuída em pequena escala, voltada ao consumo local e ao fornecimento do excedente à rede de distribuição. Esses novos consumidores, que também produzem energia, são chamados “prosumers”. Ao mesmo tempo, a automação dos sistemas elétricos dos usuários possibilitará o gerenciamento do consumo, evitando desperdícios e otimizando o sistema de suprimento.”

São inúmeros os benefícios da utilização de redes inteligentes de energia. Segundo dados do DOE (2009), nos EUA:

“Como inúmeros estudos indicam, os benefícios financeiros para a sociedade com a adoção das Smarts Grids se mostram reais, duradouros e fundamentais e fluirão para todas as partes envolvidas.

• Em 20 anos, poderão ser economizados de US$ 46 a US$ 117 bilhões, visto que não serão necessárias as construções de plantas de geração, linhas de transmissão e subestações;

• O aumento da eficiência energética, a utilização de energias renováveis e a geração distribuída podem economizar cerca de US$ 36 bilhões anualmente até 2025;

• A geração distribuída pode reduzir significativamente os custos de congestionamento de transmissão, atualmente estimado em 4.8 bilhões de dólares anualmente;

• Os aparelhos inteligentes têm custo estimado em US$ 600 milhões, e podem fornecer, através de ganhos de eficiência, uma reserva na capacidade das redes equivalente a uma planta de geração que custe US$ 6 bilhões.”

Algumas mudanças podem ser percebidas na Tabela 1, com destaque para o novo papel gerado para os consumidores e reguladores que, com o aumento da informação e transparência dos processos, terão instrumentos mais concisos para atuar no setor.

Tabela 1: Estágio Atual e Avanço das redes

Estágio Atual Estágio Pós Mudanças

Analógico/Eletromecânico Digital/Microprocessadores

Geração Centralizada Geração descentralizada

Reativo (propício a blackouts) Pró ativo

Manual (restauração em campo) Semi automático, automático (autorestauração)

Preço Único Preços em tempos reais

Limitação das escolhas do consumidor Produtos múltiplus para o consumidor

Comunicação única Comunicação integrada e múltipla

Poucos sensores Muitos monitores e sensores

Transparência limitada com consumidores e reguladores Ampla transparência com o consumidor e regulador

Controle limitado sobre fluxos de energia Forte controle de sistemas

Confiança estimada Confiança preditiva

Fonte: WEF 2009

Segundo IEA (2013) as Smart Grids apresentam inúmeros benefícios. Dentre eles, serão capazes de:

• Reduzir a demanda de pico através da gestão ativa da demanda do consumidor:

Como os aparelhos e equipamentos previstos para entrar no mercado serão capazes de gerenciar seus requisitos de energia, isso reduzirá a necessidade da mesma. Por exemplo, durante os períodos de uso intenso, quando o custo de produção e de fornecimento de energia é muito elevado, o sistema irá permitir que os consumidores, ao serem informados dos custos, possam reduzir sua demanda, ou aumentar sua produção local.

• Equilibrar a confiabilidade do consumidor e a qualidade da energia precisa:

Embora alguns usos de energia requerem confiabilidade perfeita e qualidade, outros são quase insensíveis à essas necessidades. As Smart Grids serão capazes de distinguir diferenças de demanda e, se necessário, oferecer energia de menor qualidade e menos confiável, a um custo reduzido.

• Incentivar a aplicação pró-ativa de oportunidades de eficiência energética:

As Smart Grids irão oferecer aos consumidores informações oportunas, precisas e detalhadas sobre o uso de energia. Munidos dessas informações os consumidores serão capazes de identificar formas de reduzir o consumo de energia com impactos mínimos com tranquilidade, conforto e segurança.

• Melhorar a eficiência operacional:

As Smart Grids vão se tornar cada vez mais automatizadas e sensores inteligentes e controles serão partes integrantes de seu projeto e operação. Os operadores serão capazes de identificar, diagnosticar e corrigir os problemas mais facilmente, além de antecipá-los antes que aconteçam.

• Integrar as tecnologias de energia limpa:

Veículos elétricos, sistemas solares, eólicos e dispositivos de armazenamento de energia serão peças essenciais da rede, contribuindo de forma coordenada para realização dos objetivos econômicos e ambientais.

A utilização dessas redes inteligentes, apesar de apresentar diversos benefícios, ainda apresenta alguns desafios a serem superados para sua implantação. Segundo Ferreira (2010) é possível sintetizar os principais desafios:

a) A instalação generalizada de medidores inteligentes, para que o desperdício e furto de energia acabem;

b) Uso de comunicações bi-direcionais, visto que esta comunicação possibilitará o conhecimento em tempo real das condições de fios, cabos, transformadores e até o consumo de dispositivos específicos instalados em qualquer ambiente, permitindo seu controle (ligar ou desligar), pois os consumidores saberão qual é a tarifa daquele horário e poderão optar pela utilização do equipamento em horário de menor demanda em que as tarifas serão mais baixas.

c) Implantação de um Portal do Consumidor, com aplicativos operacionais e de serviços, por onde os clientes possam interagir, este tipo de interface com o consumidor será de grande importância para que as smarts grids sejam bem sucedidas;

d) Implantação de Programas de Gerenciamento de Demanda;

e) A Habilitação da Rede Interna dos Clientes (Home Area Network), o acesso dos consumidores aos dados em suas próprias residências facilitará muito a operação das redes;

f) Automatização e Controle das Redes de Distribuição;

g) Uso de Eletrônica de Potência nas Redes de Distribuição;

h) Gerenciamento das Medições em Tempo Real, inclusive dos aparelhos internos dos clientes.

3.2 Iniciativas no Brasil

Apesar de o tema estar sendo discutido em âmbito mundial, ainda é necessário adequar legislações e avaliar questões técnicas e econômicas sob a ótica da realidade brasileira, a fim de preparar a tecnologia para maximizar os benefícios para todos os envolvidos.

O Brasil possui iniciativas promissoras para implantação das Smart Grids, principalmente em se tratando da redução de perdas e furtos de energia, tão elevados no país. A instalação de medidores inteligentes possibilita uma redução dessas perdas e furtos.

Em uma rede inteligente é possível verificar em tempo real para onde está indo a energia, sendo assim, a utilização das tecnologias de Smart Grids permitirão a redução tanto das perdas técnicas, no próprio sistema de produção, como as chamadas perdas ‘não-técnicas’, principalmente furtos de energia. Segundo a ANEEL, somente nas 61 distribuidoras que passaram por revisão tarifária estima-se que as perdas ‘não-técnicas’ sejam em torno de 21GWh por ano, o que equivale a um valor de R$7,6 bilhões em 2008, incluindo os impostos não recebidos. As perdas técnicas somam um outro total de 28,5GWh.

Para a CEMIG (2013), Smart Grid é “o sistema elétrico inteligente, que integra e possibilita ações por todos os usuários a ele conectados, de modo a fornecer eficientemente uma energia sustentável, econômica e segura”.

A empresa está avaliando sua arquitetura de redes inteligentes por meio do projeto “Cidades do Futuro”, um dos mais abrangentes projetos de pesquisa e desenvolvimento de arquitetura de redes inteligentes da América Latina. Na região de Sete Lagoas, a 70 km de Belo Horizonte, estão sendo avaliados produtos, serviços e soluções inovadoras do ponto de vista técnico, econômico e social.

Dentre as ações da empresa nessa área, destacam-se:

• A criação do Comitê interno Comitê de Gestão do Projeto IntelliGrid - CGEPRI , com a participação de representantes de todas as diretorias da CEMIG, com o intuito de subsidiar a estratégia empresarial relativa ao tema;

• O recebimento de consultorias para elaboração de Planos Diretores baseados na referência IntelliGrid (Automação, Proteção e Medição de Redes e Subestações – Telecomunicações Operacionais);

• O Programa de Agregação de Valor (PAV) da medição, com a modernização do parque de medição de consumidores (AMI – Advanced Metering Infrastructure);

• O desenvolvimento do Laboratório de Tecnologias Inovadoras (UniverCemig);

• O ‘Cidades do Futuro’, em Sete Lagoas, que permitirá avaliar a melhoria da prestação de serviços da Empresa para o consumidor final, por meio da automação das redes de distribuição e modernização do sistema elétrico.

A concessionária AMPLA instalou entre 2003 e 2009 cerca de 300 mil unidades de medidores inteligentes, o que representa 12% de seus clientes. Com isso, foi possível reduzir suas perdas em 5 pontos percentuais, de 25% para 20%.

A mesma concessionária aposta em um projeto de energia para a cidade do futuro: sustentável, racional e eficiente. Iniciado em 2011, é a primeira Cidade Inteligente da América Latina, Búzios. A ideia é transformar o projeto Cidade Inteligente Búzios em uma referência mundial junto às principais iniciativas em andamento.

Búzios é uma cidade turística com visibilidade não só no Brasil, mas também no exterior e já apresenta alguns pontos automatizados em média tensão. Tem um significativo número de clientes para aplicações de gestão ativa da demanda além de apresentar um bom potencial para energia eólica e solar. Sua pequena extensão territorial é propícia para veículos elétricos.

O projeto já abrange 3 linhas de média tensão (15 Kv) com 67 km de circuitos; 450 transformadores de média/baixa tensão; 10.363 clientes, sendo 13 industriais, 1.518 comerciais e serviços públicos e 8.832 residenciais; 37 MVA de potência total instalada; 55 GWh/ano de consumo e tem a previsão de instalação de 25 pontos de automação (AMPLA, 2013).

Além de colocar a região como referência mundial na demonstração de tecnologias mais limpas, o projeto vai de encontro aos principais problemas da sociedade neste século e será responsável por inserir o Brasil na vanguarda mundial como centro demonstrador das tecnologias de redes inteligentes.

Da mesma forma gera conhecimento e capacidades de alto valor, de forma a impulsionar o desenvolvimento da indústria, além da ciência e tecnologia nacional, uma vez que permite adquirir experiência e desenvolver capacidades não existentes atualmente, o que vai demandar a necessidade de novas pesquisas. Sendo assim, posiciona competitivamente a indústria e o P&D+i nacional.

A ANEEL é órgão responsável pela determinação sobre as regras do Smart Grid no Brasil, que incluem as definições sobre os medidores que deverão ser usados pelas concessionárias. Independentemente dessa determinação a AES Eletropaulo já iniciou a iniciativas de modernização de sua rede, como a instalação de 3 mil religadores automáticos e 10 mil seccionalizadores, iniciada em 2010. Essa iniciativa tornará metade da rede aérea da distribuidora inteligente. Até o fim do primeiro trimestre de 2012 já haviam 1.703 religadores em funcionamento.

Durante o primeiro trimestre de 2012 a empresa iniciou dois projetos experimentais de medição inteligente. Famílias da zona oeste de São Paulo, no bairro Morro Doce, e da zona sul da cidade, no Núcleo Morada do Sol, já podem monitorar seu consumo de energia em tempo real.

O núcleo Morada do Sol é a primeira área regularizada da concessão da AES Eletropaulo a receber os equipamentos. Com investimentos de R$ 2 milhões o projeto já beneficia 1.430 famílias. No Morro Doce mais de mil famílias já foram beneficiadas com a instalação de medidores eletrônicos. A AES Eletropaulo já está trabalhando na coleta de dados e informações que permitam avaliar os resultados de sua ação.

Outro projeto da AES Eletropaulo, neste mesmo sentido, consiste no investimento de R$ 37 milhões na automação da rede subterrânea. Até o fim do ano de 2013, a empresa instalará um sistema de automação da rede subterrânea em 1.274 câmaras transformadoras.

A tecnologia possibilita à Central de Operações da AES Eletropaulo a supervisão e o controle dos equipamentos via sinal de rádio e foi desenvolvida por uma empresa especializada em equipamentos para redes Smart Grid, Landis+Gir. Contribuirá para eficiência operacional do sistema elétrico de forma a permitir o gerenciamento da rede subterrânea, localizando falhas antes mesmo que elas interrompam a energia. Outro benefício está ligado à segurança dos cabos, evitando roubos. Sensores que acusam a violação do espaço e enviam aviso automático à Central de Operações da Distribuidora contribuirão para a supervisão de abertura das tampas (AES ELETROPAULO, 2013).

Durante a primeira etapa do projeto, em 2010, o desafio foi no sentido de encontrar um sinal de rádio dentro das câmaras. A solução se deu pela instalação de uma antena especial em conjunto com o rádio mesh, enviando dados diretamente para um aparelho receptor.

A etapa seguinte teve o propósito de evitar o deslocamento das equipes da distribuidora na realização de manobras e diminuir o tempo das interrupções de energia, para isso contou com a disponibilização do telecomando do disjuntor. A terceira fase foi a implantação de sensores para o monitoramento do nível de água controlando a infiltração de águia e efluentes e para identificar violações de furto de cabos e equipamentos.

Outra distribuidora que também está investindo em redes inteligentes é a LIGHT, com investimentos de R$ 35 milhões. O Programa Smart Grid Light compreende um conjunto de projetos de redes inteligentes com novas tecnologias de automação e medição que serão aplicadas desde as redes de distribuição até a residência dos clientes. Os investimentos da Light são provenientes do programa de P&D tecnológico do setor de energia elétrica e seguem os regulamentos estabelecidos pela ANEEL.

O programa prevê solicitações de dezenas de pedidos de patente, sendo que vários já foram formalizados junto ao Instituto Nacional de Pesquisa Industrial (INPI). A Light já desenvolveu, dentre outros produtos, medidores inteligentes com certificação digital assim como mais serviços e interação com o consumidor. No projeto-piloto serão instalados mostradores inteligentes na residência dos clientes que poderão acompanhar seu consumo em tempo real, configurar metas e acompanhar estimativas de consumo. Para um menor número de clientes a distribuidora irá disponibilizar tomadas inteligentes que poderão ser programadas para ligar e desligar remotamente. Esta tecnologia poderia eliminar o consumo stand-by dos equipamentos, que representa cerca de 10% do consumo total de uma residência (LIGHT, 2013).

Além dos benefícios apresentados, o programa contribui para a sustentabilidade da sociedade e do meio ambiente, uma vez que será maior a eficácia na realização de programas de uso racional e eficiente de energia, junto com análises em tempo real das necessidades do sistema elétrico.

Outros parceiros como institutos tecnológicos especializados, Lactec e CPqD, pesquisadores de universidades, parceiros tecnológicos, Axxiom e CAS Tecnologia e fabricantes, se uniram ao projeto da distribuidora Light. Além destes, estão previstos outros acordos de cooperação técnico-científica com importantes instituições, entre elas, o INMETRO, através da incubação de projetos, além de acordos com outras concessionárias para a utilização dos produtos e serviços do Programa Smart Grid Light.

Adicionalmente há a utilização da experiência internacional. Trocas de informações com entidades internacionais são essenciais para o aperfeiçoamento contínuo do programa, seja por experiências de sucesso ou, também, pelas não exitosas.

O Programa Smart Grid Light conta, ainda, com a parceria da CEMIG. As distribuidoras investirão um total de R$ 65 milhões em projetos de P&D que desenvolverão novas tecnologias e permitirão, além da melhoria da eficiência operacional, a redução das perdas comerciais e maior interação com o consumidor (LIGHT, 2013).

4. CONCLUSÃO

O presente artigo apresentou o conceito de redes inteligentes de energia e suas inúmeras vantagens tanto para o consumidor quanto para as distribuidoras. Apesar do pouco incentivo por parte do Estado pode-se notar um grande interesse da iniciativa privada.

Dentre as vantagens apresentadas destaca-se a sustentabilidade da sociedade e do meio ambiente. Uma rede inteligente que permitirá ao consumidor o consumo consciente, a redução e o controle com gasto de energia, monitorar seu consumo em tempo real, além de poder definir metas de consumo e vender seu excedente energético para a rede. Às distribuidoras, uma redução das perdas de energia, utilização de tarifas diferenciadas em horários de pico, redução das perdas por furto de energia, conhecimento em tempo real da situação de cabos, fios, transformadores, podendo, até mesmo, antecipar possíveis falhas do sistema.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AES ELETROPAULO, 2013. AES Eletropaulo incrementa investimentos em 2012 – Disponível em: http://www.aeseletropaulo.com.br/imprensa - Acesso: 28 de fevereiro de 2013

AES ELETROPAULO, 2013. AES Eletropaulo investe R$ 37 milhões na automação da rede subterrânea – Disponível em: http://www.aeseletropaulo.com.br/imprensa - Acesso: 28 de fevereiro de 2013.

ANEEL, 2013. Resolução PLC. Disponível em: http://www.aneel.gov.br/hotsite/plc/ Acesso: 28 de fevereiro de 2013.

BOCCUZZI, C; MELLO, J; A Energia do Futuro – Mercados de Atacado e Varejo se Fundindo. In XX Seminário Nacional de Produção e Transmissão de Energia elétrica. Disponível em: http://www.smartgrid.com.br Acesso: 28 de Fevereiro 2013

CEMIG, 2013. Alternativas Energéticas – Smart Grid – Disponível em: http://www.cemig.com.br/Inovacao/AlternativasEnergeticas/Paginas/SmartGrid.aspx - Acesso: 28 de fevereiro de 2013.

CEMIG, 2013. Redes Inteligentes/Smart Grid – Projeto Cidades do Futuro – Disponível em: http://www.cemig.com.br/sustentabilidade/programas/redesinteligentes/Paginas/default.aspx - Acessado em 28 de fevereiro de 2013

DOE – Department of Energy. The smart grid: Regulators, 2009. Disponível em: http://www.oe.energy.gov/1165.htm Acesso: 28 de fevereiro de 2013.

FERREIRA, Maria Carolina A. F. - Perspectivas e Desafios para a Implantação das Smarts Grids: um estudo de caso dos EUA, Portugal e Brasil – 2010

IEA, 2013. Energy Technology Perspectives – 2010 - http://www.iea.org – Acessado em 27 de fevereiro de 2013

LIGHT, 2013. Programa Smart Grid Light – Disponível em: www.smartgridlight.com.br – Acessado em 01 de março de 2013

WEF, 2009. Accelerating Smart Grids Investments – World Economic Forum 2009 – Disponível em: http://www3.weforum.org/docs/WEF_SmartGrid_Investments_Report_2009.pdf Acesso: 28 de fevereiro de 13