Uma visão sobre medidores

A história dos medidores de energia elétrica é tão antiga quanto esta. O primeiro medidor conhecido foi criado em 1872 por Samuel Gardiner. Contudo, a grande evolução deste aparelho se deu em 1892, quando Thomas Duncan criou o medidor eletromecânico. Dada a sua robustez e precisão, medidores desta natureza são encontrados até hoje em milhões de unidades consumidoras. E em diversas distribuidoras de energia ao redor do mundo são

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Sorebo e Echols (2009) dispõem que o ZigBee é apresentado na padronização IEEE 802.15.4. O ZigBee busca oferecer um tipo de área de trabalho pessoal sem fio (WPAN), feita com foco no baixo custo e na comunicação ubíqua de baixa velocidade entre aparelhos. A ênfase é na comunicação com pouco ou nenhuma infraestrutura subjacente, promovendo um consumo muito baixo de energia elétrica para o seu funcionamento.

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Isto é pensado para a realidade dos Estados Unidos, onde este tipo de aparelho é bastante difundido. Em outras regiões do mundo poder-se-ia pensar em uma tecnologia facilitadora que restringisse o uso de aparelhos de alta potência. No caso específico brasileiro, pode-se pensar no chuveiro elétrico.

ainda o único tipo de medidor. Outro ponto positivo do medidor eletromecânico é seu baixo custo, até pela sua longa história e simplicidade. Mas há um grande ponto negativo: este medidor capta apenas o consumo acumulado. Daí deriva a impossibilidade absoluta de captar os hábitos de consumo, traduzido em quanto o consumidor utiliza de energia em cada hora do dia.

Uma evolução dos medidores ocorreu em meados dos anos de 1980, quando foi desenvolvido um medidor chamado de Registrador de Tarifa Diferenciada. Este nada mais era do que um acoplamento de quatro medidores eletromecânicos, aos quais se uniam características de memória para levantar os hábitos dos consumidores. Era, dada a sua estrutura, um equipamento caro, porém eficiente nos atributos aos quais se propunha. Jardini et al. (2000) utilizaram este tipo de equipamento nos estudos de curva de carga formulados. Jongejan et al. (2010) esclarecem que, nos anos 1990, o desenvolvimento de tecnologias de comunicação levou a criação do Medidor com Leitura Avançada (AMR, na sigla em inglês). O AMR foi um significativo avanço aos tradicionais medidores analógicos, permitindo às empresas coletar dados de consumo por transmissão sem fio, sem a necessidade de deslocar um funcionário ao local de consumo para efetuar a medição. Contudo, o AMR ainda estava limitado a coletar o consumo acumulado de eletricidade e não o consumo por hora do dia. O avanço na tecnologia de comunicação levou ao desenvolvimento do medidor com Infraestrutura de Leitura Avançada (AMI, da sigla em inglês). As características do AMI incluem comunicação contínua disponível, medição em intervalos determinados, preços dinâmicos, informações aos consumidores e frequência de transmissão das informações para as distribuidoras. Estas cinco características são assim descritas:

i. Comunicação contínua disponível: a distribuidora é capaz de se comunicar com o medidor a qualquer momento através de uma rede fixa. Por meio de protocolos de comunicação disponíveis, a distribuidora é capaz de coletar dados e mudar os parâmetros de medição;

ii. Intervalo de medição: aparelhos AMI coletam dados sobre o uso de eletricidade em intervalos de tempo. No máximo, este intervalo poderia ser de hora ou horas;

iii. Preços dinâmicos: usando os dados levantados por intervalo de tempo, o AMI seria capaz de implementar preços dinâmicos como Tarifa pelo Horário de Uso (TOU), Preço Crítico de Pico (CPP), Preços em Tempo Real (RTP) e Desconto no Período de Pico (PTR) 9;

iv. Informações aos consumidores: o AMI deve prover informações aos consumidores que possibilitem a assimilação dos preços dinâmicos, incluindo informações sobre o consumo e o preço correntes;

v. Frequência de transmissão das informações para as distribuidoras: o AMI deve enviar as informações à distribuidora pelo menos uma vez ao dia. Os medidores também devem permitir a transmissão de informações diretamente para o consumidor.

Os medidores AMI atuais são no geral compatíveis com padrões de comunicação como o ZigBee, o qual pode ser utilizado para comunicação e controle eletrônico de eletrodomésticos e eletroeletrônicos. Estes atributos de comunicação permitem aos consumidores desligar ou reduzir automaticamente a intensidade do uso dos seus aparelhos durante períodos de carga e preços de pico da energia. Isto é um importante componente na implementação de programas de resposta da demanda. O AMI por si só não garante isto, sendo então necessário que os aparelhos domésticos também sejam inteligentes. Apesar dos benefícios do AMI, seu desenvolvimento tem sido mais lento do que se esperava. Este lentidão se deve a muitas barreiras, incluindo seu custo, incertezas sobre o equipamento em si e os padrões de comunicação e a incerteza se as distribuidoras podem e devem repassar o custo do AMI para os consumidores.

Sorebo e Echols (2012) também apontam e descrevem as características e as possibilidades de cada um dos medidores. O AMR tipicamente apresenta comunicação em mão única, o que permite à distribuidora obter os dados de medição de maneira remota, reduzindo ou eliminando a necessidade de leitura manual. O AMR permite a medição acurada do consumo, o que torna precisa a fatura para os consumidores reduzindo, por conseguinte, as perdas desta natureza para a empresa.

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O AMI, no entanto, traz mais funcionalidades para a empresa, as quais podem ser estendidas na forma de novos serviços para os consumidores. Medidores AMI tipicamente apresentam um sistema de comunicação em mão dupla, o que permite à empresa mais do que apenas coletar dados de consumo remotamente. Se por um lado trazem esta possibilidade, por outro lado os custos associados ao AMI ultrapassam de longe os custos do AMR. A razão por trás desta diferença de custo repousa na necessidade do AMI prover capacidade a uma central de controle que recebe todos os dados dos medidores (semelhante ao AMR), ao mesmo tempo em que a eles envia informações. Essas informações que são enviadas aos medidores (como o preço em tempo real, a qualidade requisitada e a carga máxima permitida) são usadas para implantar programas de rede inteligente.

O AMI permite medição e leitura em tempo real ou quase real. Este levantamento de dados no tempo traz em si informações precisas necessárias ao faturamento, ao planejamento da capacidade e a outros processos.

A instalação de um sistema AMI permitirá a medição remota de recursos de geração distribuída. Num sistema desta natureza, o consumo da unidade e a injeção na rede são medidos separadamente. Esta capacidade permitirá ao consumidor abater da sua fatura o que gera e injeta na rede.

As várias opções de programas de resposta da demanda apresentados no capítulo anterior tornam-se factíveis a partir da implementação de sistemas AMI. Este tipo de sistema pode ser usado para atingir um grande número de metas. Desta forma, os medidores inteligentes agregam valor ao negócio. E este valor pode ser ainda maior se os medidores inteligentes estiverem integrados numa rede inteligente.

O levantamento de diversos dados de rede com o AMI permite à empresa levantar um perfil de carga baseado nos níveis reportados por cada medidor. Um possível objetivo para a empresa seria alinhar a carga da distribuição à carga base da geração, que é menos custosa. Se o consumo estiver consistente com a carga base, então nenhuma ação é necessária e a empresa deveria simplesmente monitorar a qualidade para se assegurar de que nada fora do usual ocorrerá. Se a qualidade apresentar um distúrbio, então a empresa pode iniciar seus processos de gerenciamento de interrupções

tentando se antecipar à falha. Num evento desta natureza, a empresa poderia, por exemplo, usar o controle automático de carga, o que é facultado pelo AMI. Finalizando, o controle automático de carga também seria usado caso fosse pretensão da empresa assegurar automaticamente que o consumo seja atendido pela carga base. Nesta situação, o autocontrole da carga deveria desconectar alguns circuitos ou usar o acesso às instalações dos consumidores para reduzir o uso de momento. Com um grande número de consumidores gerando sua própria energia, formando uma teia de geração distribuída, a carga poderia ser ajustada pela injeção desta energia na rede. Isto desde que estes geradores tenham contrato para operação desta natureza. O ponto chave deste exercício é assegurar que há uma carga balanceada atendida sempre que possível apenas pela carga base.

Uma última questão então se faz mister neste momento: qual o custo de instalação destes medidores? Para Faruqui et al. (2007), dependendo das características da instalação (sobremodo o terreno em que a rede se encontra e as estruturas que já possui), o investimento em AMI pode variar entre US$ 100 e US$ 20010 por unidade. Boa parte deste custo pode ser recuperada por pequenos ganhos na base, conforme já anteriormente apontado: redução nos custos de medição, melhora nos serviços aos consumidores, melhor gerenciamento dos consumidores conectados e desconectados, e melhora no gerenciamento da distribuição.

Sorebo e Echols (2012) apontam um custo médio de US$ 125 por unidade, sendo que teoricamente uma distribuidora teria que multiplicar este custo pelo número total de consumidores nos quais pretende instalar esta tecnologia. E mesmo a menor distribuidora, se pretender fazer a instalação em todos os consumidores, tem dezenas de milhares deles. E há também outros custos associados, como aqueles relacionados ao desenvolvimento e a construção da arquitetura, os custos de integração, o trabalho relacionado à instalação em si, testes para assegurar que a arquitetura funciona corretamente, etc.

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Para se conseguir um preço em reais, além da taxa de câmbio, todos os custos de internalização dos equipamentos necessários a uma rede inteligente devem ser computados. Talvez o desenvolvimento de uma tecnologia própria nacional, possa vir a reduzir estes custos.

Faruqui e Sergici (2009) colocam que o custo de trocar todos os medidores convencionais por medidores inteligentes seria absurdo. Valeria a pena seguir com a AMI? Sim, se duas condições forem atendidas. Primeira, se a AMI for acompanhada de preços dinâmicos. Esta é a maior mudança no paradigma dos preços e é sujeita a muitas deliberações dos reguladores. Segunda, se os consumidores responderem aos preços dinâmicos o suficiente para cobrir o investimento não coberto com as economias advindas do melhor e mais fácil gerenciamento do sistema. O que, obviamente, é uma questão empírica.

Neste trabalho se adota custo médio de R$ 250,00 por medidor, assumindo assim um medidor com tecnologia mais modesto e preços menores por conta da grande escala.