O sistema de energia elétrica tradicional baseia-se em grandes centrais geradoras de energia elétrica próximas às fontes combustíveis, como por exem- plo as hidrelétricas e termoelétricas. A energia gerada é transmitida por extensas linhas de trans- missão de alta tensão (AT), fazendo com que essa energia chegue ao sistema de distribuição e por fim aos consumidores, como mostra a Figura 1.
À medida que a demanda por energia continua a crescer, existe uma pressão para que a capacidade dos sistemas de geração, transmissão e distribui- ção seja expandida. Entretanto, a expansão desses sistemas requer investimentos significativos em construção de novos centros geradores, novas li- nhas de transmissão e distribuição, e inovações tecnológicas. Uma alternativa a esse problema é a utilização de geração de energia elétrica em pequena escala próxima ao consumidor, isto é, co- nectada à rede de distribuição existente. Esse tipo de geração é chamado de Geração Distribuída (GD). O termo Geração Distribuída foi concebido com o intuito de diferenciar esse perfil de geração de energia daquele realizado em grandes centros, de forma convencional. Conforme Chowdhury, Cros- sley e Chowdhury (2009), a GD está relacionada a diversos benefícios, tais como:
• Utilização de fontes renováveis;
• Unidades menores de geração e próximas às cargas, o que implica em menores custos; • Melhoria da eficiência energética
por meio de redução de perdas; • Aumento da confiabilidade e
qualidade de energia.
Entretanto, de acordo com Rese (2012), existem também dificuldades técnicas e econômicas quanto à integração desta geração no sistema de distribuição, tais como:
• Maior complexidade dos sistemas de proteção; • Variações de tensão na rede; • Obrigatoriedade de desconexão das
unidades de GD em caso de faltas na rede, impedindo que a GD atue de forma isolada. O aumento da penetração de GD aumenta a neces- sidade de controle sobre o sistema de energia. Uma maneira de lidar com este problema é a setorização do sistema delimitando geograficamente regiões do sistema de energia composto por consumido- res e GDs, regiões estas denominadas de Micror- redes (MR). A microrrede pode ser definida como uma associação de cargas e microfontes operando como um sistema único provendo energia elétrica
e/ou calor. Isto é, uma microrrede é essencialmente uma rede de distribuição ativa por ser um conjun- to de sistemas de geração distribuída e diferentes cargas conectadas na faixa de tensão de distribui- ção. Para geração, as microfontes comumente uti- lizadas são não-convencionais/renováveis como gás natural, biogás, células fotovoltaicas, células a combustível, energia eólica, microturbinas, etc. atuando no nível de tensão da rede de distribuição. Do ponto de vista operacional, a microrrede deve possuir equipamentos que garantam sua prote- ção e da rede de distribuição, além de tecnologias que permitam seu controle, garantindo uma ope- ração estável ao manter a qualidade e quantidade de energia gerada especificadas (CHOWDHURY; CROSSLEY; CHOWDHURY, 2009).
A Figura 2 apresenta a estrutura básica de uma microrrede conectada a um sistema central. Esta microrrede é composta por várias fontes alterna- tivas, tais como geradores eólicos, célula a com- bustível e painel fotovoltaico. Estão representados também os consumidores/produtores de energia, bem como os consumidores comuns. Nota-se que os consumidores/produtores de energia continu- am conectados à rede principal.
Para permitir o controle e monitoramento desta nova estrutura de sistema de energia composto por fontes de energia intermitentes, como as pro- venientes do vento e do sol, de microrredes e de geração distribuída, surge o conceito de rede inte- ligente de energia elétrica. A Smart Grid permite a automação integrada e segura das redes, por meio de sistemas de medição, geração e armazena- mento de energia distribuídos, de modo a permitir que a rede, através de análises e diagnósticos em tempo real, se reconfigure automaticamente para atender, de forma otimizada, às necessidades da sociedade e do sistema elétrico.
As redes inteligentes beneficiam tanto os consu- midores quanto as concessionárias. Por meio de medidores inteligentes, os consumidores podem monitorar em tempo real o próprio consumo de energia. Já as concessionárias podem detectar facilmente possíveis fraudes como adulteração dos medidores e ligações clandestinas.
Os principais projetos de pesquisa e desenvolvi- mento em redes inteligentes apresentam natu-
Figura 2 Estrutura básica de uma microrrede
Figura 3 Estrutura básica de uma Smart Grid
reza sistêmica. Isso quer dizer que não só tecno- logias e funcionalidades pontuais são testadas, mas, principalmente, aplicações integradas de infraestrutura avançada de medição, automação avançada da rede de distribuição e infraestrutura
de telecomunicações (FALCÃO, 2010). A impor- tância de novas tecnologias de informação, au- tomação, monitoramento e sistemas eletrônicos inteligentes têm aumentado nos últimos anos. Desempenhando um papel fundamental para
a resolução de desafios como a distribuição de energia barata e limpa com máxima eficiência, essas tecnologias são imprescindíveis à socieda- de que quer ser sustentável.
Como definir o que seria uma Smart Grid? Existem várias definições para o termo, visto que se trata de um conceito relativamente novo. É possível definir Smart Grid como uma rede elétrica altamente digi- talizada que coleta, distribui e atua em informações sobre o comportamento de todos os seus compo- nentes para melhorar a eficiência, a confiabilidade, a economia e a sustentabilidade dos serviços de eletricidade. Isto é, com a aplicação de conceitos de tecnologia da informação (TI) no sistema elétrico, integra-se o sistema de comunicação e a infraes- trutura de rede de dados à rede de energia elétrica. A estrutura de uma Smart Grid engloba medi- dores inteligentes, geração distribuída, siste- mas de comunicação bidirecionais, controle de dados, possibilidade de integração de ener- gia renováveis, capacidade de tomar decisões a partir do diagnóstico dos dados, entre outras funcionalidades. Esse sistema deve ser capaz de detectar condições anormais de funciona- mento da rede elétrica, enviar a informação para a central de controle de dados e tomar
decisões solucionando automaticamente os distúrbios ocorridos. Dessa forma, a estrutura básica de uma Smart Grid, mostrado na Figu- ra 3, aumenta a capacidade e flexibilidade da rede promovendo sensoriamento avançando e controle através das tecnologias de comunica- ção modernas.