Windbox: eficiência em gestão operacional de parques eólicos

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UNIVERSIDADEFEDERALDO RIO GRANDE DO NORTE

UNIVERSIDADEFEDERAL DORIOGRANDE DONORTE

ESCOLA DECIÊNCIAS ETECNOLOGIA

PROGRAMA DEPÓS-GRADUAÇÃO EMCIÊNCIA,

TECNOLOGIA E INOVAÇÃO

Windbox: Eficiência em gestão operacional de

parques eólicos

Danilo Mikael Costa Barros

Orientador: Prof. Dr. Gláucio Bezerra Brandão

Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciência, Tecnologia e Inovação da Escola de Ciên-cias, Tecnologia e Inovação - EC&T da Uni-versidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, como parte dos requisitos para ob-tenção do título de Mestre em Ciências, Tec-nologia e Inovação.

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Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI

Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Central Zila Mamede

Barros, Danilo Mikael Costa.

Windbox: eficiência em gestão operacional de parques eólicos / Danilo Mi-kael Costa Barros. - 2019

61f. : il.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Es-cola de Ciência e Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Ciência, Tecno-logia e Inovação, Natal, 2019.

Orientador: Dr. Gláucio Bezerra Brandão

1. Energia Eólica - Dissertação. 2. Processamento de dadods - Dissertação. 3. Inovação - Dissertação. 4. Coleta de dados industriais - Dissertação. I. Brandão, Gláucio Bezerra. II. Título.

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Windbox: Eficiência em gestão operacional de

parques eólicos

Danilo Mikael Costa Barros

Dissertação de Mestrado aprovada em 16 de setembro de 2019 pela banca examinadora composta pelos seguintes membros:

Prof. Dr. Gláucio Bezerra Brandão (orientador) . . . PPgCTI/UFRN

Prof. Dr. Jefferson Doolan Fernandes . . . IFRN

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Agradecimentos

À Deus, por ter me dado forças para seguir em frente me levando a essa vitória.

Aos meus pai, por toda a ajuda e principalmente por terem me apoiado nas minhas deci-sões.

Ao meu orientador, Professor Gláucio Bezerra Brandão pela paciência, apoio e orientação durante esses anos.

Aos demais colegas de pós-graduação, em especial a Elias, George e Ítalo, pelas cômicas conversas sobre empreendedorismo.

A todos que fazem e fizeram parte da LogAp Sistemas, pelos conhecimentos trocados e pelo excelente ambiente de trabalho.

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Resumo

O risco de um investimento em um parque eólico esta fortemente atrelado as dife-renças entre a produção efetiva e a produção estimada durante a elaboração do projeto. O acompanhamento do funcionamento dos parques eólicos se faz necessário para que seja garantido o bom desempenho dos mesmo. Neste trabalho será discutido a criação de um produto para uma setor produtivo carente de tecnologia nacional. Será apresentado o Windbox, ferramenta que possibilita o monitoramento contínuo de parques eólicos e que visa o aumento da eficiência desses parques. Além disso será enfatizado a trajetória de criação desta solução assim como os resultados obtidos até o presente momento e as perspectivas futuras.

Palavras-chave: Inovação, Processamento de Dados, Energia Eólica, Coleta de Da-dos Industriais.

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Abstract

The investment risk of a wind farm is heavily bound to the differences between the effective production and the estimated production during the project elaboration. Monito-ring the functioning of wind farms is necessary in order to ensure their good performance. This paper discusses the creation of a product to a productive sector that necesses national technology. It will be presented the Windbox, a tool that allows the continuous monito-ring of wind farms and that seeks efficience gain of such wind farms. In addition it will be emphasized the trajectory taken to create this solution as well as the results obtained up to the present moment and future perspectives.

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Sumário

Sumário i

Lista de Figuras iii

Lista de Tabelas v

1 Introdução 1

Lista de Símbolos e Abreviaturas 1

2 Fundamentação científico-tecnológica 5

2.1 Contextualização e problema . . . 5

2.1.1 Conceitos preliminares . . . 8

2.1.2 Desempenho de aerogeradores . . . 11

2.1.3 Monitoramento da operação de um parque eólico . . . 14

2.2 Histórico . . . 15 2.2.1 LogAp Sistemas . . . 15 2.2.2 CTGAS-ER . . . 17 2.2.3 Athenas Eolic . . . 17 3 Desenvolvimento da solução 21 3.1 Nomas da IEC . . . 21 3.2 Tecnologias utilizadas . . . 23 3.3 Modelo de negócio . . . 31

4 CHIEF INNOVATION OFFICER (CINO) 37

5 Considerações finais 41

Referências bibliográficas 42

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Lista de Figuras

2.1 Ranking mundia de capacidade instalada . . . 6

2.2 Matriz energética brasileira . . . 7

2.3 Componentes de um aerogerador . . . 9

2.4 Curva de potência de um aerogerador . . . 11

2.5 Marca Windbox . . . 20

3.1 Arquitetura do módulo de armazenamento de dados do Windbox . . . 24

3.2 Curva de potência considerada normal . . . 26

3.3 Curva de potência considerada anormal . . . 26

3.4 Visualização do Windbox a nível de complexo eólico . . . 27

3.5 Visualização do Windbox a nível de parque eólico . . . 27

3.6 Visualização do Windbox a nível de aerogerador . . . 28

3.7 Arquitetura em camadas do Windbox . . . 29

3.8 Ciclo de vida do Scrum . . . 31

3.9 Business Model Canvasdo Windbox . . . 33

3.10 Demonstração do mapa de valor . . . 33

3.11 Demonstração do perfil do cliente . . . 34

3.12 Canvas de valor do Windbox . . . 35

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Lista de Tabelas

4.1 Editais de fomento que a LogAp Sistema ganhou. . . 38

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Capítulo 1

Introdução

O aproveitamento energético de recursos eólicos no Brasil atravessa um momento de expansão em participação na matriz de energia elétrica nacional, chegando ao final de 2017 a um percentual de participação de 8,1% segundo a Abeeolica (2017a).

Em outubro de 2017, o Brasil chegou a 12,33 GW de capacidade instalada de ener-gia eólica, com 491 parques eólicos. Ultrapassamos a Itália na capacidade instalada de

energia e alcaçamos o 9o lugar no ranking mundial (Abeeolica 2017b). A estimativa do

governo, que consta no Plano Decenal de Expansão de Energia, é que em 2023 a produ-ção eólica brasileira deverá responder por 11,7% de toda a produprodu-ção gerada pelo país. É o tipo de produção de energia que mais cresce no país.

No total acumulado dos anos, o Brasil já tem mais de R$ 70 bilhões de investimento acumulado e 160 mil empregos em toda a cadeia produtiva. Além de ser uma fonte com

baixíssimo impacto de implantação, a eólica não emite CO2, o total de emissões evitadas

em 2016 foi de 17,81 milhões de toneladas, o equivalente à emissão anual de cerca de 12 milhões de automóveis. Isso vai ajudar o país a cumprir com suas metas de redução da

emissão de CO2e diversificação da matriz com fontes renováveis complementares.

O Nordeste é referência em produção eólica no Brasil. No dia 23 de junho de 2018 a energia produzida pelos ventos foi responsável por atender 71% da carga do subsis-tema do Nordeste, batendo o novo recorde de geração média diária com 7.137 MW mé-dios. Devido a esse bom desempenho, o Nordeste tem sido exportador de energia para o Sudeste/Centro-Oeste (ONS 2018).

No ano de 2016 o Rio Grande do Norte foi o estado que apresentou maior geração com 10,59 TWh de energia produzida, representando 33,02% da geração nacional. Com 125 parques eólicos e 3,4 GW de capacidade instalada de energia eólica, o Rio Grande do Norte é atualmente o primeiro do ranking brasileiro. O Estado tem cerca de 1.700 aerogeradores. Se considerarmos o que já está contratado para o RN, serão mais 1,2 GW e mais 50 parques até 2020 (Abeeolica 2018).

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2 CAPÍTULO 1. INTRODUÇÃO

A energia eólico é uma fonte renovável de energia, limpa e inesgotável que sem dú-vida, vem crescendo e assumindo uma importante posição no Brasil. Entretanto, para o aproveitamento deste recurso energético são necessários altos níveis de investimentos em parques eólicos. Estes investimento, por sua vez, são rentabilizados de acordo com o desempenho dos aerogeradores que compõem os parques. Procurando minimizar o risco financeiro, os investidores se baseiam em estimativas energéticas do período de produ-ção das usinas, para assim, poder ter uma noprodu-ção no presente, do seu faturamento futuro. Contudo, ao se comparar a geração prevista com a geração real de um parque, percebe-se que, normalmente, a produção é inferior ao esperado (ONS 2015). Esses desvios são ocasionados por fatores diversos, em sua maioria relacionados à falhas nos aerogeradores e no sistema elétrico dos parques. Desta forma, é necessário compreender as razões pelas quais existem diferenças entre a geração real obtida e a estimada.

Para impedir os problemas relacionados à falhas, é necessário um planejamento crite-rioso das manutenções e este tipo de planejamento só é possível mediante o acompanha-mento efetivo do desempenho dos parques. Foi pensando nisso que surgiu o Windbox, uma ferramenta na nuvem, no qual os gestores de parques eólicos podem analisar e mo-nitorar o desempenho e a disponibilidade dos seus aerogeradores, assim como, identificar falhas recorrentes e planejar com mais precisão as manutenções. O principal propósito do Windbox é possibilitar o contínuo monitoramento do funcionamento de parques eólicos, permitindo detectar desempenhos insatisfatórios, identificar e corrigir as razões destes desvios e, assim, evitar perdas de receita. Além disso, o Windbox possibilita que seja for-mada uma base de dados e de ensinamentos que podem ser úteis no projeto, construção e operação de outros parques.

Neste trabalho será discutido o desenvolvimento de um projeto de inovação a partir da colaboração de uma empresa privada com uma ICT (Instituição Ciêntifica e tecnológica). Serão demonstrados como o Windbox, um projeto desenvolvido pela LogAp Sistemas em conjunto com o CTGAS-ER (Centro de Tecnologia do Gás e Energias Renováveis), foi criado e introduzido no mercado.

O presente texto está dividido em 5 capítulos. No Capítulo 2 serão apresentados os conceitos básicos que auxiliam o desenvolvimento do trabalho, além de uma visão geral do cenário e da problemática, de maneira a esclarecer as principais características do setor eólico brasileiro.

O capítulo 3 apresentará o desenvolvimento da solução, mostrado em que se baseia o Windbox, como foi a a criação do primeiro MVP e o estado atual e as principais tecnolo-gias utilizadas.

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3

CInO (Chief Innovation Officer), a sua trajetória e importância para o desenvolvimento do projeto apresentado.

Por fim, o Capítulo 5, serão apresentados as considerações finais e a perspectiva para o futuro.

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Capítulo 2

Fundamentação científico-tecnológica

2.1 Contextualização e problema

A energia elétrica é o principal insumo dos mais variados setores da economia, sendo item fundamental para o desenvolvimento econômico e social. Para que este setor consiga acompanhar e alavancar os avanços da sociedade, devemos investir cada vez mais em desenvolvimento de novas tecnologias, bem como aumentar o acesso da sociedade às fontes mais eficientes e limpas de energia.

A energia eólica é vista como uma das mais promissoras fontes de energia, pela sua crescente utilização e investimentos, tendo apresentado nos últimos anos uma evolução exponencial da capacidade eólica instalada. Atualmente os países lideres em geração de energia eólica são, China, Estados Unidos da América e Alemanha. Em 2010 a China tornou-se o país com a maior capacidade instalada no mundo, sendo atualmente respon-sável por 35% do total da capacidade instalada, seguida pelos Estados Unidos, que pos-suem 17% do total (GWEC 2018). Na figura 2.1 é demonstrado o ranking mundial de

capacidade instalada, no qual o Brasil ocupa a 8aposição.

O Brasil recebe destaque no cenário mundial pelo elevado potencial eólico e pelo volume de geração de energia por fonte eólica, que tem crescido consideravelmente nos últimos anos. Com 508 usinas no total, o ano de 2017 terminou com 12,77 GW de potên-cia eólica instalada, o que representou um crescimento de 18,87% de potênpotên-cia em relação a dezembro de 2016, quando a capacidade instalada era de 10,74 GW (Abeeolica 2017a). Em 2017 foram instalados no país 6,84 GW de potência, considerando todas as fontes de geração de energia elétrica. Desse crescimento, 47,86% corresponde a fonte hidroelé-trica e 29,62% a fonte eólica. Com esse acréscimo de 2,03 GW de capacidade instalada, o total eólico permitiu para a fonte uma participação de 8,10% da matriz elétrica brasileira, como pode ser observado no gráfico 2.2, que apresenta a participação de todas as fontes de geração na matriz elétrica brasileira no final de 2017 (Abeeolica 2017a).

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6 CAPÍTULO 2. FUNDAMENTAÇÃO CIENTÍFICO-TECNOLÓGICA

Figura 2.1: Ranking mundia de capacidade instalada Fonte: (GWEC 2018)

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2.1. CONTEXTUALIZAÇÃO E PROBLEMA 7

Figura 2.2: Matriz energética brasileira Fonte: (Abeeolica 2017a)

Sendo um dos países que mais investe em energia eólica no mundo, o Brasil também é considerado um dos mais atrativos para investimentos em energias renováveis. A fonte eólica, sozinha, foi responsável por cerca de 80% dos investimentos em renováveis no país de 2005 até 2015 (CENARIO 2015). Um dos maiores motivos do alto investimento em energia eólica no Brasil é o alto valor do fator de capacidade proporcionado pelos ventos brasileiros. O fator de capacidade aponta o aproveitamento do vento para produção de energia e é representado pela proporção entre a geração efetiva da usina em um intervalo de tempo e a sua potência instalada. Em 2017 o valor médio do fator de capacidade no Brasil foi de 42,9%, tendo atingido maior fator mensal médio em setembro, com 60,6%, enquanto que no restante do mundo a média do é de 24,7% (Abeeolica 2017a).

O crescimento da utilização da força dos ventos para a produção de energia atribui-se principalmente ao desenvolvimento tecnológico no setor, que elevou a competitividade em relação ao preço, quando comparado com outras fontes geradoras de energia elétrica (Bronzatti & Neto 2008). Entretanto, a implantação de parques eólicos ainda exige um alto nível de investimento. Com o crescimento do mercado e da concorrência, o valor de remuneração obtido nesses empreendimentos tem sido cada vez menor, fazendo com que os investidores não possam tolerar qualquer problemas no desempenho dos aerogeradores e buscar ao máximo reduzir os riscos associados ao negócio.

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Monitorar continuamente o funcionamento de um parque eólico permite ao gestor de um parque eólico uma visão mais ampla do que esta acontecendo na sua produção. O maior benefício que isso pode trazer é detectar desempenhos insatisfatórios, identificar e corrigir os problemas que causaram esses desvios e com isso, evitar perdas na receita. Além disso, o conhecimento e os ensinamentos adquiridos ao longo do monitoramento podem ser de grande utilidade no projeto, na construção e na operação de outros parques.

2.1.1 Conceitos preliminares

O aerogerador

Aerogeradores basicamente são dispositivos projetados para transformar energia ci-nética dos ventos em algum tipo de energia mecânica. Os aerogeradores podem ser clas-sificados de acordo com a orientação de seu rotor entre aerogerador de eixo vertical ou de eixo horizontal.

A maioria dos aerogeradores modernos utilizados comercialmente possuem em sua maioria eixo horizontal, três pás e um sistema de transmissão baseado em caixa multipli-cadora. A figura 2.3 ilustra os principais componentes de um aerogerador. São eles:

• Rotor: Localizado no topo da torre, é composto pelo conjunto do hub e das pás. É o responsável por transferir a energia do vento através do torque para o eixo principal. • Nacele: Compartimento instalado no alto da torre que armazena os elementos

res-ponsáveis pala conversão da energia mecânica em energia elétrica.

• Torre: Elemento que sustenta o rotor e a nacele na altura apropriada ao seu funci-onamento.

• Yaw: Sistema responsável pela rotação da nacele (controle de giro), especialmente para o posicionamento do rotor de forma perpendicular à direção do vento.

• Sistema de transmissão: Composto pelo eixo principal e a caixa multiplicadora. O eixo principal transmite o torque gerado a partir da rotação das pás em uma frequência baixa. A caixa multiplicadora é responsável por elevar esta frequência de rotação até a entrada do gerador. Existem modelos de aerogeradores denominados de direct drive, o torque do rotor é levado diretamente ao gerador, eliminando a necessidade de uso de caixa multiplicadora.

• Sistema Elétrico: Composto por toda a parte de conversão, transmissão de energia e controle do aerogerador. O principal subcomponente deste sistema é o gerador.

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Figura 2.3: Componentes de um aerogerador Fonte: (Engenharia Compartilhada 2013)

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Sistema SCADA

Os Sistemas SCADA (Supervisory Control and Data Aquisition), ou sistemas supervi-sórios, são sistemas comumente utilizados na automação industrial que utilizam compu-tação e comunicação para automatizar o monitoramento e controlar processos industriais. Eles permitem que os dados de um determinado processo produtivo sejam monitorados e rastreados. Esses dados são coletadas continuamente através de sensores e posterior-mente, enviados para o computador central que faz o gerenciamento dos dados.

Os sistemas supervisórios são essenciais para o funcionamento de um parque eólico. Através deles os operadores conseguem controlar e armazenar os dados dos aerogera-dores, torres anemométricas e subestações. Dentre os dados armazenados pelo sistema SCADA são encontrados informações da potência, da velocidade do vento na nacele, a orientação da nacele, temperaturas, pressões, entre outros. A partir desses dados conti-dos no SCADA é possível identificar falhas, calcular a quantidade de energia gerada, ter acesso a disponibilidade dos aerogeradores, etc.

Curva e coeficiente de potência

A potência de uma turbina eólica varia de acordo com a velocidade do vento e cada turbina tem uma curva característica de desempenho de energia. Com essa curva é pos-sível prever a produção de energia de um aerogerador, sem considerar detalhes técnicos de seus componentes. Assim, a curva de potência é um gráfico que indica qual a potência elétrica disponível no aerogerador para diferentes velocidades de vento (IEC 2018).

Nas curvas de potência de um aerogerador estão definidas 3 zonas importantes: • Cut-in: Representa a zona de arranque do aerogerador. Geralmente entre 2 e 4 m/s.

Abaixo dessa velocidade não interessa extrair energia.

• Velocidade nominal: Velocidade de vento que permite obter uma potência próxima da nominal. Normalmente entre 12 e 15 m/s

• Cut-out: Velocidade de vento que o aerogerador é desligado por questões de se-gurança relacionadas a esforços mecânicos a que fica sujeito. Geralmente para velocidades de vento superiores a 25 m/s

A quantidade de potência disponível no vento que pode ser convertida em potência

mecânica por um aerogerador, é chamado de coeficiente de potência (cp). Esse coeficiente

é utilizado para comparar a eficiência entre diferentes aerogeradores. Na figura 2.4 é demonstrado o gráfico com a curva e o coeficiente de potência de um aerogerador.

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Figura 2.4: Curva de potência de um aerogerador Fonte: (Enercon 2019)

2.1.2 Desempenho de aerogeradores

O risco de um investimento em um parque eólico esta fortemente atrelado as dife-renças entre a produção efetiva e a produção estimada durante a elaboração do projeto. A partir disso surge a necessidade do acompanhamento do funcionamento dos parques eólicos para que seja garantido o bom desempenho dos aerogeradores.

A metodologia aplicada para o acompanhamento do desempenho dos parques, na mai-oria das vezes está prevista no contrato entre a empresa dona do parque eólico e a empresa fabricante dos aerogeradores, e nesse caso, essa verificação assume também um caráter de garantia no qual eventuais desvios podem originar penalizações, caso o desempenho seja abaixo do contratual.

A grande maioria dos contratos entre os fabricantes e os parques eólicos levam em consideração a disponibilidade dos aerogeradores como parâmetro para acompanhamento do desempenho. Esse indicador não é efetivo para medir o desempenho e sim apenas uma contabilização do tempo em que as máquinas estiveram em operação ou em condições de operação. É um conceito que não permite saber se foi produzido toda a energia que poderia ter sido produzida para as condições de vento verificadas.

Segundo Cardoso (2011), a medição do desempenho só foi verdadeiramente introdu-zida em um parque eólico quando se passou a associar a disponibilidade com a medição

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da curva de potência dos aerogeradores, levando em consideração as condições de funci-onamento que essas máquinas foram submetidas no seus locais de instalação. Com isso as diversas perdas existentes em um parque eólico (elétricas, aerodinâmicas, falhas, etc) passaram a ser contabilizadas e a detecção de situações que antes não eram analisadas passaram a ganhar mais notoriedade.

O desempenho de um aerogerador depende essencialmente da sua curva de potência e da sua disponibilidade.

Curva de potência

Como mencionado anteriormente, a curva de potência de um aerogerador é uma curva característica que expressa a potência gerada em função da velocidade do vento. Essa fer-ramenta é essencial para avaliação de desempenho de um aerogerador, tanto para previsão de produção, como para avaliação dos resultados obtidos. Entretanto, a curva de potência garantida pelo fabricante de aerogerador e a curva obtida com a turbina em funcionamento nem sempre são iguais. Além do local onde é feita a garantia da curva de potência e do local onde opera o aerogerador serem diferentes, existem outras razões pelas quais podem existir desvios no comportamento da curva de potência. Algumas razões são:

• Turbulência: Pode ser definida como alterações na média da velocidade do vento em curtos períodos de tempo (ordem de segundos ou menos). Normalmente é ge-rada por conta da fricção com a superfície, causada pela topografia, e efeitos térmi-cos, por conta da variação da temperatura.

• Efeito esteira: Uma vez que a turbina eólica produz energia mecânica a partir da energia do vento incidente, o vento que "sai"da turbina tem um conteúdo energético muito menor que o do vento que "entrou". Pode ser definida como alterações na média da velocidade do vento que passou pelo rotor, podendo diminuir até um terço da velocidade inicial, formando uma esteira de vento turbulento. O diâmetro da esteira aumenta conforme o vento se afasta do rotor e se dissolve com uma distância média de 10 diâmetros do rotor.

• Operação com limitação de potência: Toda as turbinas são desenvolvidas com algum sistema de controle de potência. Para evitar danos ao equipamento é neces-sário limitar a potência mecânica do aerogerador durante ventos com velocidade acima da velocidade nominal de operação. Caso essa limitação de potência ocorrer por um longo período de tempo, trará prejuízos consideráveis ao parque eólico. • Deterioração e danificação nas pás: A função das pás é converter, através da força

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feito para converter o máximo de energia possível, logo, o desgaste desta ao longo do tempo claramente afeta o desempenho aerodinâmico, afetando a sustentação gerada e consequentemente a potência retirada.

• Condições climáticas: Condições climáticas imprevistas podem afetar o desem-penho de um aerogerador. Um exemplo são as baixas temperaturas, onde o gelo formado nas pás podem alterar o desempenho aerodinâmico, levando a perda ener-gética. Outros casos que podem afetar o desempenho são a presença de insetos ou poeira, nas pás da turbina.

Disponibilidade

Pode-se dizer, de uma maneira geral, que a disponibilidade de um aerogerador esta relacionada com a avaliação da sua capacidade em desempenhar a função para o qual foi projetado, gerar energia. Devido a falhas de controle, problemas técnicos ou paradas para manutenção, os aerogeradores não estão todo tempo disponíveis para gerar energia. Com isso, durante a operação de um parque eólico, é necessário medir o quanto cada aerogerador ficou disponível para geração.

Esse conceito pode no entanto ser interpretado de formas diferentes. Por um lado existem os fabricantes dos aerogeradores, que estão interessados em avaliar o período em que as turbinas se apresentaram operacionais, desde que se verifiquem as condições externas de meteorologia e da rede elétrica, para os quais foram projetados. Do outro lado exite o proprietário do parque, que valoriza mais o tempo de operação perdido em vez das razões que levaram a essa perda. Estes dois pontos de vistas formam os dois principais conceitos de disponibilidade em energia eólica: disponibilidade técnica, na perspectiva do fabricante e disponibilidade operacional, na perspectiva do proprietário. Em resumo, a principal diferença entre as duas visões está relacionado a causa de cada parada dos aerogeradores e, consequentemente, no nível de garantia esperada pelos proprietários e que os fabricantes podem não estar dispostos a assegurar.

As diferenças entre a abordagem do fabricante e a do proprietário de um aerogerador geram discussões sobre os contratos de manutenção de um parque, que contemplam a definição da disponibilidade mínima a atingir (geralmente 97% para a média da dispo-nibilidade anual do conjunto de todos os aerogeradores de um parque), assim como as penalidades no caso de não comprimento.

A definição das metodologias usadas para estimar a energia não produzida em con-sequência da redução da disponibilidade é praticamento o tema mais sensível dos contra-tos entre o fabricante e o proprietário dos aerogeradores.

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Conroy et al. (2011), propõem um novo cálculo para a disponibilidade levando em consideração a energia produzida. Ao invés de calcular o tempo em que o aerogera-dor deixou de produzir, calcula-se a energia que deixou de ser produzida. As falhas de funcionamento nos aerogeradores tendem a ocorrer quando eles são mais solicitados, ou seja, quando a velocidade do vento é elevada, assim, Conroy et al. (2011) mostram que a disponibilidade com base na energia tende a ser superior à disponibilidade com base no tempo.

2.1.3 Monitoramento da operação de um parque eólico

O retorno financeiro de um parque eólico esta diretamente relacionado com o seu desempenho, uma vez que o bom desempenho está relacionado a maximização da energia produzida e assim, em consequência, a remuneração devida.

O impacto do mau desempenho de um parque eólico ou de um ou mais dos aeroge-radores que o constituem, pode afetar consideravelmente a o retorno financeiro de um projeto. Monitorar continuamente a produção de um parque eólico é uma das formas de identificar desvios e comportamentos inesperados nos aerogeradores. Esta é uma meto-dologia que esta fora do domínio de qualquer contrato entre o proprietário e o parque. É uma iniciativa dos proprietários de alguns parques, que tem como principal ideia, compre-ender melhor o comportamento das suas turbinas e, dessa forma, se colocar em posição de discutir com os fabricantes eventuais desvios na operação (Cardoso 2011).

A principal ideia de monitorar continuamente o funcionamento de um parque eólico é caracterizar o comportamento dos aerogeradores, através da grande quantidade de in-formações, principalmente proveniente dos sistemas SCADA, para detectar quedas de desempenho das máquinas.

Alguns dados que são comumente analisados são: • Potência gerada;

• Velocidade e direção do vento dos sensores da nacelle; • Velocidade de rotação do rotor;

• Número de horas de operação; • Ângulo de passo das pás (pitch); • Ângulo direção da nacelle; • Energia produzida;

• Alarmes e eventos registrados;

Analisar, interpretar e validar toda a informação disponibilizada pelos aerogeradores de um parque (normalmente com uma amostragem de 10 minutos), é um trabalho muito

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2.2. HISTÓRICO 15

analítico e que demanda experiência por parte da equipe responsável. Por esse motivo torna-se necessário o uso de um software especialista, que possa tornar esse processo o mais automático e confiável possível, entregando como resultado, gráficos que permitam a detecção de anomalias e facilite a comparação do funcionamento entre os aerogeradores.

2.2 Histórico

Neste tópico será abordado um breve histórico da trajetória da solução abordada nesse trabalho, assim como a empresa responsável pela criação.

2.2.1 LogAp Sistemas

Em 2013 foi fundada a LogAp Sistemas, empresa potiguar que nasceu com o intuito de prover soluções inovadoras para a industria, antes mesmo do conceito de indústria 4.0 se tornar popular. A empresa foi criada por quatro engenheiros de computação, que visavam prover soluções em tecnologia da informação com foco na gestão de produção de indústrias de processos. O principal produto da empresa, na época era um historiador de dados industriais, ou como é conhecido, sistema PIMS - Plant Information Management Systems.

Os primeiros sistemas PIMS começaram a surgir no início da década de 1980. Du-rante todos esses anos que se passaram, esses tipos de sistemas passaram por diversas evoluções, juntamente com as próprias indústrias em si. Entretanto, a grande maioria das soluções disponíveis no mercado não acompanhou de fato a evolução da tecnologia dos dias de hoje, transformando-se em sistemas legados. Além disso, atualmente, estamos vivenciando uma nova revolução industrial, onde são gerados dados pelos mais diversos tipos de equipamentos e sistemas e esses dados são o centro dessa transformação. A cen-tralização dos dados que antes era limitada apenas aos equipamentos e sistemas de uma indústria, agora chega ao cenário da necessidade de integrar diversas plantas e industrias diferentes, possibilitando análises mais integradas (Souza & Oliveira 2003).

Apesar de serem soluções que oferecem grande disponibilidade através de redundân-cia e espelhamentos, a maioria dos sistemas PIMS ainda possuem arquiteturas centraliza-das com baixo potencial de escalabilidade.

Visualizando esse cenário, a LogAp Sistemas se espelhou em sistemas de internet e cloud, para criar um sistema PIMS com arquitetura horizontalmente escalável. Nasceu assim o Athenas Historian, uma solução distribuída em clusters capaz de se adequar a nova necessidade de armazenamento e processamento exigido pela empresas que estão

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aderindo ao conceito de industria 4.0. O Athenas Historian é uma solução desenvolvida e validada em conjunto com a UFRN, a Logique Sistemas e a Petrobras, é o fruto de anos de pesquisas na área de Big Data e coleta de dados industriais.

Durante o período de criação do Athenas Historian, a LogAp Sistemas passou pelo processo de incubação e foi graduada na Inova Metrópole, uma das principais incuba-doras do Rio Grande do Norte, se beneficiando do ecossistema criado pela Inova, um ambiente favorável à transformação de ideias em resultados expressivos de forma sus-tentável, que incentiva e promove o empreendedorismo e a inovação em tecnologia da informação através da interação entre universidade, governo, empresas e sociedade em geral.

Por volta de 2013 a LogAp conseguiu mais força para o projeto, quando foi benefi-ciada com uma verba de fomento proveniente do progama RHAE do CnPq. O programa foi criado em 1987, em uma parceria do Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) e do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tec-nológico (CNPq) e é destinado à inserção de mestres e doutores em empresas privadas, preferencialmente de micro, pequeno e médio porte (CNPq 2019).

Com dificuldades de penetrar no pequeno mercado industrial potiguar e observando o crescente crescimento do setor de geração de energia eólica (tanto no Brasil, como no Rio Grande do Norte), por volta de 2016, a LogAp decidiu realizar uma análise de mercado afim de obter dados sobre este segmento, verificar em qual contexto poderia atuar e saber qual o potencial do seu público-alvo nesse setor. Como na época nenhum dos membros da equipe da Logap possuía know-how nesse setor, foi necessário buscar essa expertise. Nesse momento a LogAp buscou auxilio do CTGAS-ER (Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis), centro de referência em energia eólico no Brasil. Através desse contato a LogAp pôde validar quais eram as reais necessidades do mercado de energia eólica, em relação a sistemas para armazenamento, analise e visualização de dados, pôde entender mais sobre a concorrência nesse setor e visualizar a projeção de crescimento do marcado.

Através da pesquisa de mercado, a LogAp e o CTGAS-ER chegaram a conclusão de que existia um mercado propício para soluções de análise de dados, que fosse capaz de auxiliar os gestores dos parque a identificarem rapidamente problemas na produção dos seus parques. Com esse pensamento, o Athenas Historian não seria a solução mais ade-quada para o cenário encontrado, pois se trata de uma ferramenta generalista que tem como o principal objetivo armazenar e disponibilizar dados para serem utilizados na cri-ação de análises por algum especialista que entenda do setor produtivo utilizado. A partir desse ponto, surgiu a iniciativa de uma parceria entre o CTGAS-ER, empresa detentora

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2.2. HISTÓRICO 17

do conhecimento técnico em produção de energia eólica e a LogAp sistemas, empresa especializada em comunicação industrial e armazenamento e processamento de grandes volumes de dados. Essa parceria deu origem a uma solução, denominada inicialmente de Athenas Eolic, especifica para o setor de energia eólica.

2.2.2 CTGAS-ER

Em 1999, foi criado uma parceria entre a Petrobras e o SENAI (Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial) inicialmente chamada de CTGAS - Centro de Tecnologias do Gás, que logo depois ampliou a sua área de atuação e se passou a se chamar CTGAS-ER - Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis. Único no país, o CTGAS-ER é fruto da parceria entre a terceira maior empresa de energia do mundo, a Petrobras, e a maior instituição de educação profissional brasileira, o SENAI (CTGAS-ER 2019).

O Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis possui sede única em Natal - RN e atua em todo o território brasileiro no eixo de educação profissional, desenvol-vimento tecnológico e prestação de serviço para a industria de gás natural e energias renováveis (eólica, solar e PCHs - Pequenas Centrais Hidrelétricas).

Como o mercado de energias renováveis é relativamente novo no Brasil, para atender a demanda especializada deste setor, o CTGAS-ER oferece:

• Capacitação profissional: Diagnóstico de necessidades e qualificação de mão de obra especializada para a industria, através de cursos de nível técnico e superior. • Inteligência Estratégica da Energia: Suporte técnico para mapeamento das

po-tencialidades dos recursos naturais e das oportunidades de negócios relativas às energias renováveis

• Serviços Técnicos e Tecnológicos: Oferta de serviços técnicos laboratoriais, de inspeção e de consultoria para a indústria de energia.

• Tecnologias: Suporte ao desenvolvimento de tecnologias iminentes ou que já estão sendo utilizadas comercialmente e disponibilização de novas soluções.

2.2.3 Athenas Eolic

O aproveitamento energético de recursos eólicos no Brasil atravessa um momento de expansão em participação na matriz de energia elétrica nacional. No ano de 2016, ano que a LogAp tomou a iniciativa de entrar para o mercado de energia eólica o percentual dessa participação foi de 7,10% segundo a Abeeolica (2016). Em julho de 2017 o Brasil atingiu uma capacidade instalada de energia eólica de 11,38 GW, com 457 parques eólicos em

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operação. Até 2020 a perspectiva é de que a capacidade instalada seja expandida em 6,60 GW, através da construção e contratação de mais 287 parques eólicos.

Com a participação das usinas eólicas no Sistemas Interligado Nacional (SIN), a pro-dução de energia precisa estar garantida na medida que o vento esteja presente. Para atender aos contratos de compra e venda, os parques eólicos, assim como as demais fon-tes de geração de energia, precisam fornecer uma quantidade mínima de energia para que não recebam sanções.

O vento é um dos itens de alto risco dentro da energia eólica. Hoje em dia existem diversas fontes de informações e modelagens de previsão de vento, que mitigam o risco de um projeto eólico. Além da variável vento, as manutenções não previstas formam o outro grupo de risco na operação de um projeto eólico. As falhas não previstas estão sujeitas a ocorrer a qualquer momento e podem fazer com que um ou mais aerogeradores de um parque fique indisponível para geração de energia. O cenário agrava quando isso acontece em períodos de ventos fortes.

Todo equipamento sofre desgaste, ou por utilização normal ou por utilização de forma intensa. Para o desempenho de um equipamento se manter dentro do patamar de ren-dimento adequado, é necessário que as sua condições de funcionamento sejam as mais apropriadas. Isso significa que ao longo do ciclo de vida de um equipamento, estes ne-cessitam de intervenções (ações planejadas, não planejadas, reparos, inspeções, etc.) para que sejam colocadas as suas condições de funcionamento dentro dos parâmetros adequa-dos. Estas ações fazem parte da atividade de manutenção, que corresponde a um conjunto de ações necessárias para garantir o bom desempenho de um determinado equipamento. Quando bem administrada, a manutenção torna-se um fator relevante na economia de uma empresa. Associado a manutenção têm-se o tempo de intervenção, tempo de indis-ponibilidade (tempo de parada devido danos), custos das reparações, etc. Logo, uma boa manutenção ajuda a minimizar as avarias, prevenindo paradas e aumentando o tempo de disponibilidade dos equipamentos (da Fonseca 2010).

Pensando em restringir cada vez mais o risco de indisponibilidade na geração de ener-gia por conta das manutenções, os proprietários de parques criam contratos de manuten-ção com os fabricantes dos aerogeradores, o qual estes se responsabilizam por garantir um valor de disponibilidade de funcionamento mínimo. A maior parte dos contratos no Brasil determina que o responsável pela manutenção precisa garantir uma disponibilidade mínima de operação de 97% do tempo de funcionamento dos aerogeradores. Em caso de não cumprimento desta clausula, o responsável por realizar as manutenções deve pagar uma multa à usina (da Silva 2016).

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im-2.2. HISTÓRICO 19

portante para a identificação de baixo desempenho, assim como as razões destes desvios. Alguns proprietários de parques tem procurado realizar esse tipo de procedimento para que seja possível questionar de forma sustentável, os fabricantes em relação a eventuais desempenhos insatisfatórios.

Mesmo hoje em dia com o crescente avanço das tecnologias e da quarta revolução in-dustrial que vivemos, poucos são os proprietários de parques que têm visão de avaliação dos seus empreendimentos, ficando na maioria das vezes reféns de análises duvidosas que podem levar a conclusões erradas em relação a operação e ao desempenho dos parques eólicos. De uma maneira geral, pode-se dizer que o proprietário realiza uma avaliação anual de desempenho, comparando a energia produzida com um valor de referência assu-mido para o parque. Se desta comparação resultar uma produção anual superior ao valor de referência, na maioria das vezes a analise termina. Caso contrário, se for encontrado um valor inferior ao esperado, é investigado se ocorreu quebra na disponibilidade, que possa justificar a situação e responsabilizar o fabricante, caso esteja relacionado a baixa disponibilidade dos aerogeradores, ou o operador da rede, caso esteja relacionado a baixa disponibilidade da rede elétrica (Cardoso 2011).

Segundo Cardoso (2011), as discussões entre os fabricantes e os proprietários dos par-ques são, na maioria das vezes, inconclusivas. Isso se dá devido ao fato de que o propri-etário dispões de poucas informações para apresentar ao fabricante, que este por sua vez, dispões de uma quantidade muito maior de dados e conhecimento em relação a operação do parque. O questionamento do desempenho insatisfatório ser baseado em critérios que não transparecem seguranças nas conclusões, é facilmente rebatida pelo fabricante.

Nesse cenário, o projeto Athenas Eolic surgiu para auxiliar na gestão de operação e manutenção de parques eólicos, com a proposta de coletar automaticamente, armaze-nar e processar os dados fornecidos pelos sensores dos aerogeradores através do sistema SCADA e fornecer aos gestores dos parques indicadores de desempenho e disponibili-dade, para possibilitar terem informações mais embasadas para possíveis discussões com os fabricantes.

No seu nascimento em 2016, o projeto Athenas Eolic contava com um pequeno time de desenvolvimento. Com pouco recurso para investimento, o projeto se desenvolvia lentamente com o único desenvolvedor de software na equipe. Devido a isso o desen-volvimento da especificação mínima necessária do sistema só foi concluído por volta do segundo semestre de 2017, dando origem a primeira versão do MVP (Minimun Valuable Product, em inglês). Para validação do MVP, foi realizado um projeto piloto em um par-que eólico no Rio Grande do Norte. Com a ajuda deste projeto piloto, foi possível validar com dados reais o funcionamento do sistema, realizar melhorias nas análises já existentes

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e especificar novas.

Em 2017 uma das principais metas do projeto era a viabilização financeira para que fosse possível aumentar a equipe do projeto e acelerar o processo de desenvolvimento e comercialização da solução. Uma das formas de alcançar esse objetivo era através de aquisição de investimento ou fomento. No mesmo ano, o BNB (Banco do Nordeste) lançou o edital FUNDECI - Fundo de Desenvolvimento Econômico, Científico, Tecno-lógico e de Inovação, mecanismo pelo qual o banco financia a realização de projetos de pesquisa, difusão tecnológica e projetos de inovação, com vistas ao desenvolvimento, adaptação ou aperfeiçoamento de produtos e processos de interesse para o setor produ-tivo da região nordeste (Banco do Nordeste 2017). No mesmo ano foi lançado o edital CNPq MCTIC/SETEC, que apoia projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) que vi-sem contribuir para o desenvolvimento científico e tecnológico e a inovação no Brasil, nas áreas de inovação e empreendedorismo, por meio da inserção de pesquisadores em empre-sas privadas vinculadas às incubadoras de empreempre-sas em operação no país (CNPq 2017). A LogAp foi a única empresa do Rio Grande do Norte que foi contemplada nestes dois editais de fomento e conseguiu com isso um investimento de quase 500 mil reais, para 2 anos de desenvolvimento do Athenas Eolic. Hoje a equipe executora do projeto é formada por 5 pessoas no time de desenvolvimento de software, 2 pessoas no time de pesquisa de novas tecnologias e 2 pessoas no time comercial.

Em 2018, pensando na visibilidade da marca Athenas Eolic foi iniciado um processo de mudança de nome e da marca do produto. O principal motivo foi a necessidade da em-presa se introduzir no mercado e, por isso, necessitava afirmar a sua identidade de forma diferenciada e em sintonia com o setor, já que "Eolic"não é um termo comum na área.

Surgiu assim a marca Windbox R_{, como pode ser vista na imagem 2.5, com o slogan:}

Eficiência em gestão operacional de parques eólicos. Neste mesmo ano, já com a nova marca, o projeto concorreu a um investimento de 1,5 milhões no programa de inovação aberta do Grupo Enel, o Energy Start. O programa tem como principal propósito, investir no desenvolvimento de negócios e na criação de um ecossistema de startups em diversos setores (Enel 2017). O Windbox chegou até a etapa final do processo, mas não conseguiu o investimento.

(37)

Capítulo 3

Desenvolvimento da solução

A principal característica do Windbox é a disponibilização de análises, realizadas sobre os dados dos aerogeradores fornecido no sistema SCADA, para que os gestores dos parques eólicos possam identificar rapidamente desvios na produção e corrigi-los em tempo hábil. Para a criação destas análises, o Windbox utiliza como base as normas técni-cas internacionais de energia eólica desenvolvidas pelo Comitê Técnico 88 da Comissão Eletrotécnica Internacional (International Electrotechnical Commission - IEC).

Nesta seção será discutido as principais características técnicas que estão presentes no Windbox: normas da IEC, tecnologias utilizadas e o modelo de negócio.

3.1 Nomas da IEC

Em 1987 o Comitê Internacional de Eletrotécnica (IEC) criou a comissão técnica 88 (TC 88) com a ideia de padronizar assuntos relacionados a turbinas eólicas. A norma originada foi a IEC 61400 e especifica os requisitos essenciais de projeto, fabricação, instalação operação e manutenção. O seu principal objetivo é disponibilizar um nível adequado de proteção contra danos causados por todo tipo de risco durante a vida útil prevista dos equipamentos. Ela abrange todos os subsistemas de um turbina eólica e se aplica a todos os tamanhos de aerogeradores.

A norma da IEC 61400 está dividida em várias partes, cada uma delas com um deter-minado título e assunto. As que estão atualmente em vigor são:

• IEC 61400-1: Requisitos de projeto (Design requirements) • IEC 61400-2: Pequenas turbinas eólicas (Smallwind turbines)

• IEC 61400-3: Requisitos de projeto para turbinas eólicas offshore (Design requi-rements for offshore wind turbines)

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22 CAPÍTULO 3. DESENVOLVIMENTO DA SOLUÇÃO

• IEC 61400-4: Requisitos de projeto para caixas de engrenagens de turbinas eólicas (Design requirements for wind turbine gearboxes)

• IEC 61400-5: Pás do rotor da turbina eólica (Wind turbine rotor blades)

• IEC 61400-11: Técnicas de medição de ruído (Acoustic noise measurement tech-niques)

• IEC 61400-12: Medições do desempenho de potência de aerogeradores (Wind tur-bine power performance testing)

• IEC 61400-13: Medição de cargas mecânicas (Measurement of mechanical loads) • IEC 61400-14: Indicação de níveis aparentes de potência sonora (Declaration of

apparent sound power level and tonality values)

• IEC 61400-21: Medição e avaliação das características da qualidade da energia de aerogeradores conectados à rede (Measurement and assessment of power quality characteristics of grid connected wind turbines)

• IEC 61400-22: Teste de conformidade e certificação (Conformity testing and cer-tification)

• IEC 61400-23: Teste estruturais em larga escala das pás do rotor (Full-scale struc-tural testing of rotor blades)

• IEC 61400-24: Proteção contra descargas atmosféricas (Lightning protection) • IEC 61400-25: Protocolo de comunicação (Communication protocol)

• IEC 61400-26: Disponibilidade de tempo com base em turbinas eólicas (Time ba-sedavailability for wind turbines)

• IEC 61400-27: Modelos de simulação elétrica para o gerador eólico (Electrical simulation models for Wind power generation)

O Windbox faz uso da IEC 61400-12 e da IEC 61400-26. A primeira, define as técnicas para medição da potência de geração. Já a segunda, define termos genéricos para descrever a disponibilidade do aerogerador e seus componentes, além da expectativa de vida e critérios para determinar os intervalos de manutenção das turbinas.

O principal objetivo da IEC 61400-12 é a definição da curva de potência do aerogera-dor. A curva de potência apresenta a relação entre a velocidade do vento incidente sobre o rotor e a potência elétrica gerada pelo aerogerador, como comentado na seção 2.1.2. Com esse dado é possível extrair indicadores de desempenho e saber se o aerogerador está gerando energia, para as condições de vento encontradas, conforme foi especificado pelo fabricante.

Como foi dito na seção 2.1.2, a disponibilidade de um aerogerador pode ser interpre-tada de diferentes formas na visão dos fabricantes (disponibilidade técnica) e dos

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propri-3.2. TECNOLOGIAS UTILIZADAS 23

etários de parques (disponibilidade operacional). A principal diferença entre esses dois conceitos está na classificação de cada parada do aerogerador. A IEC 61400-26 veio para padronizar e catalogar os estados que um aerogerador pode assumir durante a sua ope-ração, para que possa ser atingido um nível de consenso aceitável nas discussões sobre disponibilidade entre os fabricantes e os proprietários de parques.

3.2 Tecnologias utilizadas

O Windbox é uma solução que realiza análise sobre os dados dos aerogeradores for-necido no sistema SCADA. Todo o sistema é baseado em computação em nuvem, ou seja, o cliente do Windbox não necessita de uma infraestrutura própria para adquirir a solução. Uma das etapas mais importantes do sistemas consiste ma na coleta dos dados. Segundo Constain (2011), no meio industrial, o sistema SCADA pode disponibilizar diversos tipos de protocolos de comunicação para acesso aos dados, como por exemplo: ODBC, DNP3, OPC e Modbus.

No Windbox, a coleta dos dados do SCADA é realiza através do módulo Windbox Collector. Nesse módulo estão implementados alguns dos mais comuns protocolos de comunicação, como por exemplo: OPC Classic, OPC UA, ODBC e IMAP. No setor de energia eólica o principal protocolo utilizado pelo Windbox é o OPC.

O OPC é um protocolo de conectividade de dados baseado nos populares padrões COM/DCOM de comunicação da Microsoft. O OPC Classic, nome dado ao primeiro pa-drão criado, foi idealizado com a proposta de facilitar a conectividade entre os diversos dispositivos de chão de fábrica (SCDs, CLPs, etc) e as aplicações de software (SCADA, historiadores, etc), padronizando a forma de comunicação entre eles. Há diversas espe-cificações de OPC Classic adequadas às diferentes situações de uso de dados: OPC DA (Data Access) para dados instantâneos, OPC HDA (Historical Data Access) para dados históricos e OPC A&E (Alarms and Events) para dados de alarmes e eventos. Nos dias atuais o OPC Classic vem dando espaço ao OPC UA, versão mais atual do OPC que vem se tornando cada vez mais popular nas industrias devido a facilidade de uso e a compati-bilidade com outros sistemas operacionais.

Com a informação do sistema SCADA sendo coletada pelo Windbox Collector, os dados precisam ser armazenados. Nesse caso o módulo responsável no sistema por essa função é o Windbox Data Base. Neste módulo encontra-se uma das maiores inovações do Winbdox.

Tomando como exemplo um único parque eólico com 15 aerogeradores, este parque enviaria diariamente para o windbox cerca de 65 mil registros. Em um ano de operação

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seriam cerca de 23 milhões 725 mil registro. O cenário piora quando se pensa em 10 ou 100 parques. É uma quantidade de dados muito grande e que precisa de uma solução robusta para atender a essa demanda. Pensando nisso, foi desenvolvido uma estrutura de armazenamento de dados similar ao Athenas Historian, utilizando como base o banco de dados Apache Cassandra. O Cassandra é um O banco de dados NoSql, orientado a coluna que foi originalmente desenvolvido pelo Facebook e hoje é mantido pelo Apache como uma plataforma open source. É uma solução que foi projetada para funcionar em hardwa-res de baixo custo e tem como principal objetivo lidar com a alta taxa de requisições de gravação sem perder a eficiência da leitura (da Silva Nascimento 2016).

Uma das principais características do módulo de armazenamento é que ele pode ser constituído por diversos serviços de armazenamento de forma descentralizada, em cluster, permitindo com isso dividir a carga de processamento e armazenamento dos dados entre os nós do sistema. Esta característica distribuída permite que o sistema consiga escalar de acordo com a necessidade. A figura 3.1 ilustra a arquitetura descentralizada do Windbox Data Base.

Figura 3.1: Arquitetura do módulo de armazenamento de dados do Windbox

Após os dados serem armazenados no Windbox Data Base, eles precisar ser tratados e analisados para disponibilizar os indicadores aos usuários. Essa é a função do módulo Windbox Analyse. Desenvolvido na linguagem de programação SCALA, esse módulo tem como principal característica o rápido processamento dos dados fornecidos pelo módulo de armazenamento. Scala é uma linguagem de programação para aplicações de software

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3.2. TECNOLOGIAS UTILIZADAS 25

em geral, que combina os paradigmas de programação orientada a objetos e funcional e que tem como uma das principais características, a facilidade de trabalhar com programa-ção concorrente. Algumas dos indicadores fornecidas por esse módulo são:

• Indicador de produção potencial: Indica o quanto um complexo, parque ou aero-gerador deveria ter produzido de energia em um dado período.

• Indicador de produção real: Indica o quanto um complexo, parque ou aerogerador produziu de energia em um dado período.

• Indicador de perda de produção: Indica o quanto um complexo, parque ou aero-gerador perdeu de energia em um dado período.

• Indicador de disponibilidade: Indica a disponibilidade de um complexo, parque ou aerogerador em um dado período.

• Indicador de disponibilidade: Indica o quanto um complexo, parque ou aeroge-rador deveria ter produzido de energia em um dado período.

Esses são os principais indicadores fornecidos pelo Windbox. Com esses indicadores, os gestores dos parques podem visualizar as perdas que estão tendo em cada complexo, parque ou aerogerador. Identificando as perdas, o próximo passo é identificar a causa raiz responsável por isso. Para isso o Windbox fornece uma série de forma visuais de aná-lise dos dados brutos do aerogerador, Uma dela é a visualização da curva de potência do aerogerador. Segundo Constain (2014), a análise de curva de potência é o método mais utilizado para medir o desempenho de um aerogerador. Como descrito na seção 2.1.1, a curva de potência é representada pela velocidade do vento x a potência do aerogera-dor. Comparando a curva gerada por essas duas variáveis com a curva de referência do aerogerador, é possível verificar o comportamento do aerogerador de uma maneira geral, logo, um aerogerador que possui uma curva de potência parecida com a curva de potência garantida pelo fabricante deve estar em bom estado de funcionamento. Na figura 3.2 pode ser visualizado uma curva de potência para um aerogerador com funcionamento consi-derado normal e na 3.3 uma curva de potência para um aerogerador com funcionamento considerado anormal.

Para que seja possível visualizar os dados disponibilizados pelo módulo Windbox Analyse, o usuário conta com o módulo web. Esse módulo é responsável por organi-zar em dashboards os gráficos com os indicadores e fornecer ao usuário 3 níveis para visualização: complexo, parque e aerogerador. Isso possibilita que o gestor possa nave-gar entre uma análise macro da produção até uma micro. Nas figuras 3.4, 3.5, 3.6, são demonstrados alguns indicadores nos três níveis de visualização.

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Figura 3.2: Curva de potência considerada normal

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Figura 3.4: Visualização do Windbox a nível de complexo eólico

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Figura 3.6: Visualização do Windbox a nível de aerogerador

Na figura 3.7, é demonstrado a arquitetura em camadas do Windbox. O protocolo de comunicação entre uma camada e outra muda de acordo com a necessidade.

Após a coleta pelo Windbox Collector, o dado é enviado para o módulo Windbox

Data Base através do protocolo de comunicação Protobuf. O Protobuf é um

proto-colo criado pelo Google para serializar dados estruturados, independente de plataforma (Google 2019). O grande motivo do Windbox estar utilizando esse protocolo para comu-nicação é que, segundo Dzone (2017), ele pode ser até 10 vezes mais rápido que o JSON. Como a quantidade de dados trafegado por esse módulo é alta, justifica essa necessidade. Após o envio do dado para o Windbox Data Base, este dado fica disponível para o

Wind-box Analyserealizar consultas. Mais uma vez se fez necessário o uso do Protobuf, já que

a quantidade de dados enviados para o módulo de análise é muito grande e necessita-se de um protocolo com ótimo desempenho.

Os dados brutos dos aerogeradores são analisados cada vez que um usuário requisita tal ação por meio de um componente gráfico no Windbox Web. Essa requisição é enviada para o Windbox API por meio de um WebSocket. WebSocket é uma tecnologia que torna possível abrir uma sessão de comunicação interativa ente o navegador do usuário e um servidor (no caso o Windbox API). Com isso o Windbox Web envia mensagens para o

Windbox API e recebe a resposta orientada ao evento de fim de processamento da análise

de forma assíncrona. Dessa forma, cada componente gráfico de análise é carregado de forma independente.

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Com a requisição de análise feita para no Windbox API. Este por sua vez tem a res-ponsabilidade de estruturar as informações necessárias para realizar a consulta dos in-dicadores no Windbox Analyse. Após isso a consulta é feita através do uso do serviço de mensageria denominado RabbitMQ. Essa tecnologia utiliza o AMQP (Advanced Mes-sage Queuing Protocol) como protocolo de comunicação e ajuda o Windbox a organizar as requisições assíncronas entre os dois módulos.

O Windbox foi estruturado em múltiplos serviços por vários motivos. Alguns deles são:

• Possibilidade de utilizar várias linguagens de programação: Cada serviço do Windbox é desenvolvido em uma linguagem de programação diferente. Cada uma tem o propósito de ter sido escolhida.

• Facilidade no deploy: Somente o serviço que foi aprimorado precisa ser publicado. • Facilidade na escalabilidade: Como a aplicação é dividida em várias partes, é possível aprimorar e expandir somente um componente que esteja tendo maior de-manda.

Dentre as ferramentas utilizadas no desenvolvimento do Windbox, é importante des-tacar: Scrum (Schwaber 2004) e o Kamban (Henrik Kniberg and Mattias Skarin 2009).

O Scrum é uma metodologia ágil para gestão e planejamento de projetos de software. Para ter mais agilidade, o Windbox utiliza esta metodologia em todas as atividades do projeto. Dessa forma, o andamento do projeto passa a ser dividido em ciclos (Sprints), cuja duração varia entre 14 e 21 dias. Na criação de cada Sprint são utilizadas as ativi-dades selecionadas pelo Time Scrum e o Product Owner (figura que representa o dono do produto), formando assim o Sprint Backlog. Estas atividades fazem parte do Product Backlog, conjunto de funcionalidades a serem implementadas no projeto. Ao final de cada dia da Sprint a equipe faz uma breve reunião chamada de Daily Scrum. Nessa reunião é disseminado o conhecimento do que foi feito no dia anterior e retirado empecilhos que possam prejudicar o trabalho do dia atual. Ao final da Sprint ocorre a Sprint Review, no qual a equipe apresenta as funcionalidades implementadas na Sprint e após isso parte para o planejamento da próxima. Na figura 3.8 pode ser visualizado o ciclo de vida do Scrum. Já o Kanbam é um quadro onde ficam anotadas as tarefas a serem realizadas. Para o Windbox, ele foi dividido em quatro categorias: tarefas a fazer, tarefas em execução, tarefas prontas para teste e tarefas concluídas. Conforme as tarefas vão sendo realizadas, os responsáveis vão mudando a posição no quadro. Dessa forma todo o time consegue observar rapidamente o que está sendo feito e o que está pendente.

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3.3. MODELO DE NEGÓCIO 31

Figura 3.8: Ciclo de vida do Scrum Fonte: (Desenvolvimento ágil 2013)

3.3 Modelo de negócio

Resolver problemas de engenharia de maneira inovadora é um aspecto crucial no ciclo de vida de um produto, mas encontrar um modelo de negócio que atenda e o torne viável é o diferencial que permite realmente entregar valor para a sociedade.

A expressão "modelo de negócio começou a ser utilizada com frequência, princi-palmente, após o surgimento dos negócios baseados na internet. O modelo de negócio descreve a lógica de criação, entrega e captura de valor, por parte de uma organização (Osterwalder 2013). O BMC (Business Model Canvas), é um mapa visual que contém nove blocos com os principais elementos de um modelo de negócio. As nove áreas são:

• Segmentos de clientes: Define qual é o mercado e o nicho de cliente da oferta de valor.

• Oferta de valor: Define qual é o benefício ou valor entregue ao segmento de cli-ente.

• Canais de vendas: Define como a empresa se comunica e entrega valor aos clien-tes.

• Relacionamento com o cliente: Define quais são as estratégias necessárias para fidelizar os clientes.

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recebidos.

• Recursos chaves: Define quais os ativos fundamentais para o modelo de negócio funcione.

• Atividades chave: Define quais as atividades mais importantes para a realização do negócio.

• Parceiros chave: Define as empresas que ajudaram a entregar a oferta de valor. • Fonte de custos: Define os custos que estão envolvidos na operação do negócio. O BMC da Windbox pode ser visualizado na figura 3.9. Como já foi dito anterior-mente, a proposta de valor do Windbox é auxiliar gestores na identificação de problemas na produção dos parques eólicos. O segmento de clientes se restringe inicialmente aos parques eólicos no Brasil. Futuramente, quando o produto estiver consolidado em territó-rio nacional, poderá ser comercializado internacionalmente. A principal forma de contato com esses clientes é através de telefonemas e nos principais eventos de energia eólica do país. O licenciamento mensal ou anual da ferramenta é a principal fonte de receita da empresa, que possui como maior fonte de custo a infraestrutura em nuvem que hospeda a solução e os recursos humanos. Como a ferramenta está em fase de pre-venda, a maior parte dos custos é mantido por dois parceiros, o BNB e o CNPq, através de investimento, como já foi abordado anteriormente.

Para compreender mais profundamente a proposta de valor e o segmento de cliente do Windbox, foi utilizado a ferramenta "Canvas de proposta de valor", dos mesmos autores do BMC. O Canvas de proposta de valor funciona como uma especie de detalhamento dos blocos de segmentos de clientes e de proposta de valor do Business Model Canvas. A sua principal função é ajudar na compreensão e se aprofundar mais nesses dois blocos chaves do negócio.

O canvas é dividido em dois lados, esquerdo e direito. O lado esquerdo está o mapa de valor, que descreve os aspectos de uma proposta de valor especifica criada por uma empresa. Já do lado direito, está o perfil do cliente, que descreve o segmento de cliente específico.

A figura 3.10 demonstra o lado esquerdo (mapa de valor). Ela é dividida em:

• Produtos e Serviços: Define todos os produtos e serviços em torno dos quais a proposta de valor é construída.

• Analgésicos: Descreve como os produtos ou serviços aliviam a dor do cliente. • Criadores de ganhos: Descreve como os produtos ou serviços geram ganhos para

o cliente.

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Figura 3.9: Business Model Canvas do Windbox

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• Tarefas do cliente: Descreve o que os clientes estão tentando fazer no seu trabalho ou na sua vida.

• Dores: Descreve os resultados ruins, os riscos e os obstáculos do cliente. • Ganhos: Descreve os resultados que os clientes querem encontrar.

Figura 3.11: Demonstração do perfil do cliente

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Capítulo 4

CHIEF INNOVATION OFFICER

(CINO)

O empreendedorismo surgiu como uma oportunidade em meados de 2012, um ano após a graduação em Engenharia de Computação e Automação, quando, junto a colegas de trabalho da RN Tecnologia, foi criada a ideia de desenvolver um historiador de dados para processos industriais. A ideia foi amadurecendo no decorrer do tempo e outros cole-gas entraram para o projeto. O projeto se iniciou com quatro engenheiros de computação em parceria com uma empresa, a Logique Sistema. No início os quatro desenvolviam o projeto em paralelo com os seus trabalhos.

Em 2013 foi lançado um edital de incubação do Inova Metrópole, o qual decidimos participar. Felizmente a LogAp Sistemas foi aprovada no edital e deu o primeiro passo da sua jornada, já com a equipe societária com dedicação exclusiva na empresa. No mesmo ano, conseguimos mais força para o projeto. Fomos beneficiados com uma verba de fomento proveniente do progama RHAE do CnPq. O programa é destinado à inserção de mestres e doutores em empresas privadas e nos proporcionou inserir mais talentos no projeto. Outro impulso que recebemos foi com o Edital do Sebraetec em 2014 no qual o Sebrae investiu um valor de R$ 40.000,00 em contra partida de R$ 10.000,00 da empresa. Esse edital possibilitou que a LogAp realizasse diversas consultorias em gestão e vendas, um dos nossos principais problemas da época.

Em 2016, com dificuldades de penetrar no pequeno mercado industrial potiguar e observando o crescente crescimento do mercado de geração de energia eólica (tanto no Brasil, como no Rio Grande do Norte), a LogAp decidiu realizar uma análise de mercado afim de obter dados sobre este segmento, verificar em qual contexto poderia atuar e saber qual o potencial do seu público-alvo nesse setor. Como na época nenhum dos membros da equipe da Logap possuía know-how nesse setor, foi necessário buscar essa expertise. Nesse momento a LogAp buscou auxilio do CTGAS-ER (Centro de Tecnologias do Gás

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38 CAPÍTULO 4. CHIEF INNOVATION OFFICER (CINO)

e Energias Renováveis), centro de referência em energia eólico no Brasil.

Em 2017 uma das principais metas do projeto era a viabilização financeira para que fosse possível aumentar a equipe do projeto e acelerar o processo de desenvolvimento e comercialização da solução. Nesse ano, o BNB (Banco do Nordeste) lançou um edital de fomento, o FUNDECI - Fundo de Desenvolvimento Econômico, Científico, Tecnológico e de Inovação. No mesmo ano foi lançado o edital CNPq MCTIC/SETEC, que visa apoiar projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D). A LogAp foi a única empresa do Rio Grande do Norte que foi contemplada nestes dois editais de fomento e conseguiu com isso um investimento de quase 500 mil reais, para 2 anos de desenvolvimento do Windbox.

Na tabela 4.1, são listados os editais de fomento que a LogAp Sistemas ganhou nos últimos anos.

Edital de fomento Orgão Projeto Ano

RHAE CNPq Athenas Historian 2013

SEBRAETEC Sebrae Athenas Historian 2014

FUNDECI BNB Windbox 2017

MCTIC/SETEC CNPq Windbox 2017

Tabela 4.1: Editais de fomento que a LogAp Sistema ganhou.

Um dos pontos fracos da empresa, desde a sua formação inicial (quatro engenheiros), era a habilidade de gerir negócios inovadores. A entrada no programa de mestrado foi essencial para mudar a forma de gerir a empresa e de se posicionar no mercado. Através das ferramentas apresentadas no andamento do curso, o modelo de negócio do Windbox foi criando e aperfeiçoado. Um exemplo é a criação do canvas de proposta de valor, no qual foi possível ter uma visão mais profunda sobre o nosso seguimento de cliente e do valor que estava sendo entregue a ele.

Após ter pago todas as matérias do mestrado, foi tomada a decisão de reavaliar todas as metodologias e ferramentas aprendidas e aplica-las na empresa. Algumas das que mais causaram impacto e são utilizadas até hoje são: criação do Business Model Canvas, cri-ação de Personas e ICPs, cricri-ação de canvas de proposta de valor, técnicas para validcri-ação de produto e de gestão de projetos.

Um passo importante que foi tomando graças a discussões geradas no ambiente das aulas, foi o de ter um membro especialista em energia eólica dentro da equipe executora do Windbox. Até então, todo o know-how técnico em energia eólica era da equipe do CTGAS-ER e isso, na maioria das vezes, gerava um atraso no desenvolvimento da so-lução, devido a problema de alinhamento de agendas para reuniões entre os dois grupo.

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Como forma de mitigar esse problema, surgiu a ideia de um dos sócios da empresa fazer o curso de Especialização em Energia Eólica do Senai, para que a maior parte das dúvi-das da equipe de desenvolvimento fossem tiradúvi-das sem a necessidade de reuniões com a equipe do CTGAS-ER. O sócio em questão foi o autor que aqui escreve, que hoje, após o término da especialização, melhorou a sua visão sobre o mercado de eólica e adquiriu o conhecimento necessário para a execução mais assertiva do projeto.

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