Smart Grid

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INTRODUÇÃO

Embora Thomas Edison tenha inventado a lâmpada incandescente no distante ano de 1879, a verdade é que o sistema de distribuição de energia pouco mudou desde então. No entanto, uma alternativa cada vez mais estudada em nível mundial ganha corpo gradualmente: são as chamadas smart grids (redes inteligentes).

Ainda há muito que se discutir sobre os significados dessa rede, mas sabe-se que o principal objetivo do conceito smart grid é melhorar o consumo energético, o que também inclui o aproveitamento de fontes renováveis (energia eólica e solar) e economia tanto para consumidores quanto para as concessionárias de fornecimento.

A idéia de implantação de uma smart grid envolve, primeiramente, a troca do medidor de energia convencional (analógico) por um mais inteligente (digital), capaz de promover um maior controle por parte da geradora de energia e do consumidor. A tendência é a de que estes novos medidores tenham chips e sejam conectados à internet para transmitir dados.

O sistema inteligente busca combater a ineficiência energética, que pode ser entendida como a perda de energia ao longo da transmissão.

Dentre os benefícios oferecidos por essa nova tecnologia, estão:

• Teoricamente, a eficiência na transmissão de eletricidade pelos novos cabos será muito superior, já que eles serão supercondutivos. Como resultado, poderão levar energia a áreas distantes.

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• Outra vantagem é que quando um nó do sistema sofrer uma pane, a rede inteligente será capaz de evitar apagões generalizados ao mudar o caminho por onde circula a energia (self-heals). em vez da dependência de grandes usinas que abastecem a rede toda, a smart grid poderá, ao longo do caminho, usar pequenas usinas, abrindo mais espaço para energia eólica, solar e hidroelétrica. Tal flexibilidade tende a também facilitar o uso variado da energia, como para o abastecimento de veículos híbridos, movidos a gasolina e baterias.

• Com os novos medidores é possível saber com mais precisão quanto cada aparelho gasta.

• Também é viabilizada a redução dos roubos de energia ("gatos") e a definição do padrão de consumo de cada residência.

• Os dados de qualidade ou falhas de transmissão são monitorados pelas concessionárias e servem para os governos monitorar a qualidade de energia.

• Aparelhos programados para não funcionar em horários de pi co.

• A descentralização da produção de energia, capaz de fazer com que qualquer um possa produzir, armazenar ou até mesmo vender o excedente contribuiriam para que a fatura de luz diminua ao final do mês.

• Sustentabilidade ambiental, já que a rede integra fontes renováveis de energia e o desperdício é evitado.

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STANDARD / FÓRUM SMART GRID

O desenvolvimento de redes inteligentes se tornou uma prioridade global devido aos seus benefícios econômicos, ambientais e sociais, os quais serão usufruídos pelas próximas gerações. Tecnologias de informação e comunicação são o foco da visão de Smart Grid, com a capacidade de suporte de duas vias de energia, fluxo de informações e isolamento, facilitando a integração de fontes de energia renováveis na rede e a capacitação dos consumidores com as ferramentas para otimizar o consumo de energia.

A primeira Conferência Internacional de IEEE sobre Smart Grid (SmartGridComm) está centrada em todos os aspectos de comunicação que são relevantes para o Smart Grid e visa reunir investigadores da Academia, Indústria e Laboratórios de Pesquisa para trocar idéias inovadoras, que permitam explorar as tecnologias, discutir projetos e compartilhar experiências de campo experimental e lições aprendidas.

O objetivo maior do Fórum é monitorar o progresso tecnológico mundial na área de smart grid, sintetizar resultados obtidos e articular ações para o atingimento da visão proposta, objetivando criar condições de implementação de tecnologias. Essa articulação envolve mobilização dos provedores de solução, empresas de energia, dos agentes de regulação e de política governamental, dos agentes financeiros, consumidores e da sociedade em geral. O Fórum poderá também desenvolver grupos de trabalhos abertos sobre temas relativos a redes inteligentes, sendo um veículo não exclusivo, mas

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prioritariamente inclusivo, para engajar a mais ampla matriz de interessados possível.

PADRÕES

Em setembro de 2009, o secretário do comércio americano Gary Locke, liberou o roteiro (road map) dos padrões para Smart Grid. O roteiro, além de incluir 77 padrões que irão ditar as partes do Smart Grid, iclui também um conjunto de 14 necessidades urgentes nos padrões que o NIST (Nationtal Institute of Standards) e a indústria pensam ser necessários planos de ação para sua solução, incluindo temas como o padrão para modernização dos medidores inteligentes e o padrão para um sinal de resposta da demanda.

Como Locke explicou, esse é apenas o primeiro passo do processo de padronização do Smart Grid , e o documento do roteiro diz que o Smart Grid irá necessitar ao final “de centenas de padrões.” O NIST escolheu primeiramente dividir os padrões em 8 áreas: sensibilização da vizinhança, resposta da demanda, armazenamento de energia, transporte elétrico, segurança de rede, comunicações de rede, medidores inteligentes e gerenciamento da rede de distribuição.

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ARQUITETURA DO SISTEMA

A indústria de energia elétrica se encontra na iminência de uma transformação. Os clientes de energia estão demandando maior confiabilidade, mais escolhas e um fluxo constante de informação – tudo em preços constantes, ou mesmo menores.

Figura 1:Sistema tradicional unidirecional de energia elétrica.

Sem uma visão unificada, no entanto, os aspectos associados ao sistema de energia serão aplicados individualmente pelas concessionárias, agências governamentais e organizações ligadas ao setor de energia. O

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conjunto de resultados de atividades de desenvolvimentos isolados será um sistema de energia cercado por “ilhas de separação”, onde o sistema de energia do futuro é realizado apenas em áreas limitadas ou em pequena escala. A Arquitetura smart grid vence este desenvolvimento isolado e é o primeiro passo para unir as organizações de energia elétrica em sua jornada rumo ao futuro.

São vários os motivadores que levam a esta busca por uma revolução tecnológica no sistema de energia elétrica:

- O mercado que, a cada dia mais liberalizado, exige maior competitividade, com preços mais baixos e maior eficiência, o que exige inovações tecnológicas; - Os requisitos cada vez maiores quanto à segurança e qualidade da energia fornecida, comprometidos com o consumo crescente de energia e a não disponibilidade de energia primária na mesma ordem, exigindo que se obtenha maior “capacidade” de atendimento na rede atual;

- As exigências cada vez maiores de preservação das condições ambientais, para redução da poluição e em virtude das grandes mudanças climáticas decorrentes, com o objetivo de preservação da natureza e da vida animal, e que dificultam a implantação de grandes usinas geradoras de energia.

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Figura 2: Rede Inteligente do futuro – Diagrama Multidirecional

De acordo com a Figura 2:

1. Central de Operação do Sistema na concessionária;

2. Grandes usinas estado-da-arte em geração eficiente de energia; 3. Residências (consumidores e/ou fornecedores);

4. Subestações ;

5. Comércio, indústria e governo (consumidores e /ou fornecedores); 6. Geração renovável de energia em pequena escala;

7. Geração distribuída tradicional;

8. Armazenador distribuído de energia;

9. Geração distribuída renovável de energia; 10. Equipamentos eficientes energeticamente;

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11. Veículos elétricos;

12. Informação de consumo em tempo real;

13. Programa de gerenciamento de energia pelo lado da demanda (consumidor);

14. Medidores Inteligentes (Smart Meter); 15. Linhas de transmissão;

16. Linhas de distribuição.

A visão desta arquitetura SmartGrid da rede elétrica do futuro é a seguinte:

- Um sistema de energia construído a partir de numerosos sistemas de transmissão e distribuição automatizados, todos operando de uma maneira eficiente e confiável;

- Um sistema de energia que trata condições emergenciais com ações de “auto-recuperação” e que busca atender as necessidades do mercado de energia e das concessionárias;

- Um sistema de energia que atende milhões de usuários e tem uma infra-estrutura de comunicação inteligente possibilitando um fluxo de informação oportuno, seguro e adaptável necessário para prover energia confiável e segura à economia digital em evolução.

Os benefícios específicos esperados desta Arquitetura SmartGrid são: - Possibilitar aplicações avançadas que requererem infra-estrutura de elevada capilaridade;

- Economias de capital pelo uso de componentes padronizados; - Reduções de custo de ciclos de vida em virtude de menores custos de manutenção, devida a padronização;

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- Redução em ativos obsoletos, com sistemas que podem ser integrados;

- Custos de desenvolvimento reduzidos pelo emprego de componentes da Arquitetura SmartGrid;

- Maior robustez da rede pela abordagem estruturada da gestão dos sistemas; - Implementação da rede de forma escalonada e incremental.

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TECNOLOGIAS SMART GRID

O conceito Smart Grid busca incorporar tecnologias de sensoriamento, monitoramento, tecnologia da informação e telecomunicações para o melhor desempenho da rede, identificando antecipadamente suas falhas e capacitando-a a se auto-recompor diante de ocorrências que afetem sua performance. Na área de sensoriamento, necessita da coleta de informações das grandezas elétricas, e outras que capturam eventos físicos como temperatura, luz, vibração. etc., através de sensores ópticos e da própria fibra óptica.

Na área de transporte da informação, há uma tecnologia inovadora que vem sendo pesquisada e desenvolvida: as redes Ad Hoc de comunicação sem-fio. Trata-se de uma alternativa viável para o setor elétrico pelo baixo custo da solução que utiliza o conceito multi salto, segundo o qual dispositivos intermediários têm a função de receber pacotes de dados de seus vizinhos e retransmití-los de um dispositivo a outro até atingir o seu destino. Também estão sendo estudadas soluções wireless em redes Wi-Fi ou do tipo Zigbee, por exemplo, aplicáveis em smart grid.

O fato é que várias outras tecnologias funcionam como soluções integradoras para aplicações específicas e em alguns segmentos cruciais. Inserem-se aí o RFID, a NFC e o Zigbee. O RFID, por exemplo, se restringe à identificação de etiquetas de RF. Trata-se de uma tecnologia que não transmite ativamente: tem a transmissão induzida numa etiqueta digital determinada. Mas, colocada numa série incontável de produtos permite que eles sejam rastreados viabilizando o transporte de ativos e até de animais de estimação.

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• Automação e controle digital da rede elétrica; • Medição eletrônica;

• Rede de sensores inteligentes;

• Integração fontes de geração e armazenamento de energia de pequena

e média capacidade;

• Dispositivos de eletrônica de potência;

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VANTAGENS E DESVANTAGENS

VANTAGENS

Dentre as vantagens do uso da tecnologia smart grid, se encontram:

• Aumento da Confiabilidade: construir um sistema elétrico completamente

monitorado e controlado em tempo real, com capacidade de auto-restabelecimento (self-healing);

• Eficiência Operacional e Otimização de Investimentos: transmissão por

cabos supercondutivos e automação plena com sistemas computacionais integrados com capacidade analítica adequada às atividades decisórias;

• Operação e Planejamento da Rede: informações mais detalhadas sobre

a demanda e as condições do sistema elétrico através dos medidores eletrônicos.

• Variações do preço da energia: Embora o consumidor esteja

acostumado a pagar um preço fixo pela eletricidade que consome, o custo da mesma pode variar por um fator de 10 vezes dentro do mesmo dia. O preço final variará também, criando o incentivo para economizar na hora de pico de preço e para vender o excesso disponível em momentos de pouca demanda.

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DESVANTAGENS

Algumas desvantagens são levantadas ao se indagar a implementação da tecnologia smart grid:

• Alto custo devido a substituição dos medidores analógicos por

medidores eletrônicos mais sofisticados;

• Falta de normas de regulamentação dos padrões para as tecnologias

smart grid;

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BIBLIOGRAFIA

• SMART GRID. Sistemas inteligentes em todas as dimensões. 2010.

URL - http://www.redeinteligente.com/tag/nist/

• PANTOJA, Engeneering & Consultant. Smart Grid. 2010. URL

-http://www.pantojaindustrial.com.br/exibir.php?id=41

• SMART GRID FÓRUM. Smart Grid Fórum 2010. 2010. URL

-http://www.smartgrid.com.br/

• CPQD. Smart Grid: Energia Inteligente no Brasil. 2010. URL

-http://www.cpqd.com.br/solucoes-e-produtos/smart-grid.html

• O ECO. Smart Grid, uma rede superpoderosa. 2010. URL

- https://www.oeco.com.br/eduardo-pegurier/20852-smart-grid-uma-rede-super-poderosa

• ANEEL. Eficiência Energética. 2010. URL