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terça-feira, 31 de julho de 2012

A Eletroquímica do Lítio e sua Aplicação em Baterias de VEs (Parte 1/5)

A Eletroquímica do Lítio e sua Aplicação em Baterias de Veículos Elétricos - VEs

Comecemos pelo alicerce das definições:


Eletroquímica é o ramo da química que estuda a transformação de energia química em energia elétrica e vice-versa. A transformação é através das reações químicas que ocorrem em uma solução envolvendo um condutor (um metal ou um semicondutor) e um condutor iônico (o eletrólito), envolvendo transferência de elétrons entre os elementos presentes na reação (o eletrodo e o eletrólito), onde um perde elétrons e o outro ganha, envolvendo reações de oxirredução.


Entre 1794 e 1800, como resultado de uma discórdia profissional sobre a resposta galvânica, defendida por Galvani, que apregoava que a corrente elétrica era proveniente apenas da matéria de seres biológicos, o italiano Alessandro Volta realizou uma série de experimentos que provaram que tecidos animais não eram, necessariamente, indispensáveis para geração de corrente elétrica.

O dispositivo construído por Volta é creditado como sendo a primeira célula eletroquímica da história, constituída por dois eletrodos: um feito de zinco (eletrodo negativo), o outro de cobre (eletrodo positivo). Os compostos eletrolitos elaborados nos experimentos variaram entre o ácido sulfúrico ou uma mistura salina de carbono e água usados para embeber o separador em tecido de algodão.

Considerando o acido sulfúrico (2H+) como eletrólito, a reação que ocorre nesta tipo de célula é a seguinte:
  • Zinco: Zn → Zn2+ + 2e
  • Ácido sulfúrico: 2H+ + 2e → H2
O cobre não reage, funcionando, assim, tão somente como um eletrodo para a reação química. No entanto, esta célula tem algumas desvantagens. O ácido sulfúrico não é seguro de manusear e, mesmo diluído, é perigoso. Além disso, a potência da célula diminui ao longo do tempo, porque o gás de hidrogênio resultante da reação não retorna ao eletrolito (não é recarregável) e nem é libertado para o ar, mas acumula na superfície do eletrodo de zinco, formando, com o tempo de uso, uma barreira entre o metal e a solução do eletrolito.

Em 1800 chegou a invenção da pilha, uma bateria elétrica que produziu uma corrente elétrica contínua, usando uma série de discos de zinco e de prata, separados por papel cartão embebido em salmoura.

Graças a eletroquímica da pilha voltaica, que passou a ser usada pelo dinamarquês Hans Christian Orsted em um ambiente de laboratório de ensino, foi que em 1820 nasceu a ciência do eletromagnetismo, quando Orsted constatou o que ele chamou de “o efeito do conflito elétrico (corrente elétrica) sobre a agulha magnética”, quando a agulha de uma bússola era forçada a desviar do seu sentido natural devido ao campo magnético da Terra. Isto ocorria toda a vez que circuito elétrico alimentado pela pilha era energizado, levou-o à conclusão de que a corrente elétrica criava um efeito de campo força magnética.

O inglês Michael Faraday, que fazia pesquisas em física e química, em 1833, passou a estudar a condução de eletricidade por soluções de sais em água e de sólidos. Faraday chegou à conclusão que havia uma relação quantitativa entre a quantidade de uma substância decomposta e a quantidade de eletricidade que passava através da solução quando fazia sua eletrólise numa célula eletrolítica. Para medir a quantidade de eletricidade, foi desenvolvida uma célula eletrolítica especial que permitia recolher os gases que se desprendiam com a decomposição da água. Mostrou-se que a quantidade de eletricidade que liberava um grama de hidrogênio liberava também quantidades específicas de outras substâncias.

Faraday com a colaboração de William Whewell, estabeleceu a terminologia usada na eletroquímica: ânions, cátions, eletrodo, anodo, catodo, eletrolito, etc., até hoje de uso corrente.

O Lítio (Li) e sua Estrutura Eletrônica:


O Lítio é um elemento químico de símbolo Li, número atômico 3 e massa atômica 7 u, contendo na sua estrutura três prótons e três elétrons. O Lítio é um metal do tipo alcalino que além de ser mole na sua forma pura, tem a estrutura atômica mais simples dentre os metais alcalinos e é um excelente condutor de eletricidade e, por ser monovalente é altamente reativo. Os hidróxidos e óxidos são bases muito fortes e os oxo-sais são muito estáveis. Por ser o primeiro elemento do grupo, difere consideravelmente dos demais metais alcalino.

Clique na figura para poder ver a imagem ampliada

O Lítio possui na sua camada eletrônica mais externa (camada de valência) apenas um único elétron, que ocupa um orbital esférico, ficando bastante afastado do núcleo, de modo que o torna fracamente ligado ao átomo, permitindo que o Lítio reaja com relativa facilidade, formando compostos univalentes, iônicos e incolores. Os dois demais elétrons estão mais próximos do núcleo e são muito mais firmemente ligados ao núcleo atômico e removidos com dificuldade.

Tamanho dos Átomos e Íons:

O Li+ (Lítio ionizado que perdeu num elétron e se tornou, portanto, um cátion) é muito menor que os demais íons do seu grupo. Por causa disso, o Lítio se mistura com o sódio somente a temperatura bastante elevada, acima de 3800 ºC e não se liga com os metais como K, Rb e Cs, mesmo quando fundidos. O Lítio também não forma ligas substitucionais com eles pois, estas só ocorrem, quando o diâmetro atômico dos cátions do metal base diferem em no máximo 15% do tamanho do diâmetro dos átomos do outro elemento enxertado.

Densidade e Energia de Ionização:

Como os átomos são grandes, o Lítio apresenta densidade muito baixa. A densidade do Lítio metálico é somente cerca de metade da densidade da água e isso significa que ele flutuará quando imergido em água. Por ser altamente reativo, o Lítio não é encontrado livre na natureza.

No teste da chama ele torna-se vermelho, porém se a oxidação ocorrer violentamente (combustão instantânea) a chama adquire uma coloração branca brilhante.

A primeira energia de ionização do Lítio é consideravelmente menor do que outros elementos da tabela periódica. O átomo é muito grande e o elétron mais externo é fracamente atraído pelo núcleo. Consequentemente, a energia necessária para remover este elétron externo do átomo é muito pequena.

Eletronegatividade e Tipos de Ligação:

O valor da eletronegatividade do Lítio é relativamente muito pequeno – de fato é menor que qualquer outro elemento. Assim, quando ele reage com outros elementos para formar compostos, geralmente existe uma grande diferença de eletronegatividade entre eles, com a consequente formação de ligações iônicas.

Dureza e Energia de Coesão:

O Lítio é o metal alcalino mais duro, mas é mais mole que o chumbo, em função de bandas ou orbitais moleculares deslocalizados, que se estendem sobre todo o cristal. O Lítio possui a mais baixa energia de coesão do seu grupo.

Ponto de Fusão e de Ebulição:

Em consequência da baixa energia de coesão do Lítio os valores das temperaturas de fusão e de ebulição são muito baixos. O ponto de fusão do Lítio é em 180,5 °C, cerca de duas vezes maior que a do sódio.

Propriedades Químicas:
  • Reação com a água:
O Lítio reage com a água, liberando hidrogênio e formando os correspondentes hidróxidos. O Lítio reage a uma velocidade moderada.

2Li + 2H2O → 2LiOH + H2
  • Reação com o ar:
O Lítio é quimicamente muito reativo, e rapidamente perde o brilho quando expostos ao ar seco. O Lítio forma uma mistura do óxido e do nitreto, Li3N
  • Reação com o nitrogênio: Não reage diretamente com o nitrogênio.

Solubilidade e Hidratação:

Todos os sais simples se dissolvem em água, formando íons; e portando essas soluções conduzem corrente elétrica.

Como os íons Li+ são pequenos, seria de se esperar que as soluções de sais de Lítio conduzissem melhor corrente elétrica que as soluções de mesma concentração de sais de sódio, potássio, rubídio ou césio. Os íons pequenos deveriam migrar mais facilmente para cátodo e conduzir melhor a corrente que os íons grandes. Contudo, medidas de mobilidade ou condutividade iônica em soluções aquosas levam a uma sequência inversa:
Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+

A causa dessa aparente anomalia é a hidratação dos íons em solução. Como o Li+ é muito pequeno, ele é muito hidratado. Assim, o raio do íon hidratado será grande e se difundirá lentamente.

A solubilidade em água do Lítio é a maior do seu grupo.

Importância Biológica:

Os organismos vivos requerem pelo menos 27 elementos, 15 dos quais são metais, entre eles o Lítio. Até pouco tempo atrás, a perda ou atrofia de um grande número de neurônios era tida como inerente ao envelhecimento, e a neurogênese no cérebro humano adulto, como um evento improvável. No entanto, juntamente com a identificação de uma série de vias que regulam a sobrevida celular, foi demonstrado que a neurogênese pode ocorrer no cérebro humano adulto com o emprego de doses terapêuticas de Lítio, que leva a um aumento de neurogênese.

Outras evidências das ações neurotróficas do lítio no cérebro humano vêm de estudos de neuroimagem tanto de espectroscopia demonstrando aumento da viabilidade e função neuronal como de volume cerebral. A quantidade de Lítio no organismo, afeta uma substância ligada ao armazenamento de energia, um molécula que é uma enzima (um catalisador de reações) denominado fosfoglicomutase.  

O lítio é necessário na função de duas vias do cérebro e pode ajudar a normalizar a função de caminhos cerebrais. Pode aumentar a replicação do DNA das células nervosas, um primeiro passo na formação de novas células e proteção e restauração das células cerebrais danificadas. O lítio pode proteger o cérebro contra danos devido à exposição a toxinas ambientais, incluindo excitotoxinas. Estudos mostram que o lítio reduz morte das células cerebrais devido a acidente vascular cerebral isquêmico e da falta de fornecimento de sangue. Pode retardar o progresso da degeneração em doenças neurológicas, incluindo Alzheimer, demência senil e Parkinson. Pode proteger contra a deterioração das células cerebrais de longo prazo e deve acompanhar a longo prazo terapia para depressão, ansiedade, convulsões ou alterações do humor, assim como álcool, tabaco, cafeína, estimulantes ou tranquilizantes, e "recreativo" de drogas.

Diferença entre o Lítio e os Demais Elementos do Grupo 1:

  1. O ponto de fusão e de ebulição do Lítio é muito mais elevado que o dos demais elementos do Grupo 1;
  2. O Lítio é bem mais duro que os demais elementos do grupo;
  3. O Lítio reage menos facilmente com o oxigênio, formando o óxido normal. Ele forma o peróxido somente com grande dificuldade; e os óxidos superiores são instáveis;
  4. Os hidróxidos de Lítio são menos básicos que os demais hidróxidos do grupo, em consequência muitos de seus sais são menos estáveis;
  5. O Lítio forma um nitreto. Nenhum outro metal alcalino forma nitretos;
  6. O Lítio reage diretamente com o carbono para formar carbeto iônico. Nenhum outro metal alcalino apresenta essa propriedade;
  7. O Lítio apresenta uma tendência maior de formar complexos que os metais alcalinos mais pesados;
  8. Li2CO3, Li3PO4, LiF são todos insolúveis em água, e o LiOH é pouco solúvel. Os demais elementos do mesmo grupo formam compostos salinos que são solúveis em água;
  9. Os haletos e os compostos alquil-Lítios são muito mais covalentes que os correspondentes compostos de sódio, e por isso são solúvel em solventes orgânicos;
  10. O íon Li+ e seus compostos são fortemente mais hidratados que os compostos dos demais elementos do grupo.

A relação de similaridade entre Lítio (o primeiro elemento do grupo 1) e o magnésio (o segundo elemento do grupo 2) segue a correlação diagonal na Tabela Periódica: Li ↘ Be ; Na ↘ Mg .

A História da Descoberta do Lítio:

Lítio, do grego lithos, que significa pedra, para lembrar a sua diferença sobre os outros elementos alcalinos conhecidos até então (sódio e potássio), foi descoberto no reino mineral.

O Li foi descoberto em 1818 por Johan August Arfwedson, aos 25 anos de idade, quando já trabalhava há um ano no laboratório de Berzelius. Em carta para C. L. Berthollet escrita em 9 de fevereiro de 1818, Berzelius relata que “o novo álcali foi descoberto pelo sr. Arfwedson (...) num mineral previamente encontrado pelo sr. d’Andrada numa mina de Utö e por ele chamado de petalita (...)”

O sr. d’Andrada mencionado nesta carta de Berzelius era nada mais, nada menos do que o José Bonifácio de Andrada e Silva, que tanto lutou pela liberdade dos índios e dos negros no Brasil. Considerado o “pai da Independência do Brasil”, ele nasceu na então Vila de Santos (hoje cidade de Santos), S.P., em 13 de junho de 1763 e faleceu em 6 de abril de 1838, em Niterói. Estudou em Coimbra, Portugal, e trabalhou com A. L. Lavoisier, A. F. de Fourcroy, Laurent Jussieu, o abade R. J. Haüy, A.G. Werner e Alessandro Volta.

Em carta publicada no Scherer’s Journal em janeiro de 1800, quando contava 37 anos, José Bonifácio descreve dois novos minerais. Um, infusível, originário de Utö, Suécia, denominou petalita, que dissolvia-se muito lentamente em ácido nítrico, sem efervescência. O outro, o LiAlSi2O, foi denominado espodumênio. Hoje, sabe-se que a petalita é um silicato de alumínio e Lítio, LiAl(Si2O5)2. Em 1818 era descoberto o Lítio na petalita, e em 1819 José Bonifácio voltava ao Brasil para ser ministro de Estado.

Na natureza são encontrados dois isótopos do Lítio: 6Li e 7Li. Metal branco prateado que constitui 65 ppm da crosta terrestre e 0,1 ppm da água do mar.


As Pilhas e baterias de Lítio são mais leves e oferecem alta densidade de carga: a de Lítio-iodo tem uma densidade de energia de 0,8 W.h/cm3 e é especialmente útil em marcapassos. A pilha de Li-SO2 pode chegar a ter uma densidade de carga de 8 W.h/cm3; o tamanho D dessa pilha pode produzir uma corrente de 50 ampères!!

Uma das principais aplicações do Li na indústria é no fabrico de estearato de Lítio para graxas lubrificantes, essas graxas têm alta resistência à umidade, são excelentes em alta temperatura e comportam se muito bem em baixa temperatura.


Devido a essas três qualidades, cerca de 1/3 do mercado de graxas para o setor automotivo corresponde às graxas de Li. Alguns sais de Lítio também são usados em certos tratamentos psiquiátricos. A maior parte do Lítio metálico produzido nos EUA é purificada para se obter o isótopo 6Li, puro. Por essa razão, a massa molecular do Li adquirido no mercado pode ser bastante diferente daquela citada em livros. Este isótopo tem grande importância na indústria termonuclear.

Hoje, 177 anos após sua descoberta, o Lítio ainda é um recurso pouco explorado no Brasil e, menos ainda processado e refinado. A única aplicação comercial de maior relevância é na indústria do vidro, sendo explorado pela Companhia Brasileira do Lítio, no vale do Jequitinhonha (MG). Todavia, o Lítio se tornou estratégico no âmbito do Novo Código de Mineração brasileiro e todas as baterias das dezenas de milhões de Veículos Elétrico – VEs – fabricados agora e em futuro próximo, dependerão fortemente do Lítio processado.

Visão geral da planta de processamento químico de concentrado para produzir LCE nas operações de Lítio da Talison Lithium (Maior produtor mundial de concentrado) em Greenbushes (Austrália) que está finalizando obras de expansão para dobrar a capacidade produtiva

A Estratégia Global das Baterias de Íons de Lítio:

Baterias de Lítio constituem uma tecnologia mundialmente aceita e são de uso comum, tendo sido estabelecida no mercado de massa desde o início de 1990 (em notebooks, telefones celulares, tocadores MP3 e ferramentas elétricas etc.)

Após demonstrarem seu ótimo desempenho em eletroeletrônicos de baixa potência, apresentando como principais vantagens a sua elevada densidade de energia (130 kW.h/ton), elevado rendimento (em torno de 96%) e longo ciclo de vida (de 3.000 ciclos com uma profundidade de descarga de 80%) as baterias de íons de Lítio passaram a ser investigadas, também, para aplicação em veículos elétricos.

As perspectivas para essa tecnologia são tão promissoras para as próximas décadas que, em 2006, o Departamento de defesa para a proteção da indústria nacional americana relativa ao Lítio foi veemente em fazer recomendações para a produção baterias de íons de Lítio (Li-Ion), tecnologia de bateria recarregável que oferece maior potência por períodos mais longos, com menor peso e espaço. Nas tecnologias Li-ion, todos esses parâmetros são favoráveis quando comparado com as baterias recarregáveis de níquel-cádmio (NiCd) ou níquel hidrogênio (NIH). A bateria Li-Ion oferece a maior energia / potência dos pacotes de bateria desenvolvidas até hoje. Esta tecnologia oferece aos designers uma opção de redução de peso quando comparada a outros tipos de bateria, para desempenho global de sistemas de armas. Outras vantagens incluem uma melhor capacidade de recarga sem efeito memória e aumento de faixas de temperatura operacional.

A adoção da tecnologia Li-Ion para Veículos Elétricos continua a ganhar impulso mas, aqui começa a ficar clara o que realmente deverá limitar o desenvolvimento do mercado dos VEs no futuro próximo e porque o presidente da aliança Renault-Nissan, Carlos Ghosn, ao final de 2011 afirmou que os países emergentes devem ser os últimos a terem carros elétricos em suas ruas:

“Você vai visitar Nova York, Paris, Tóquio, e verá as ruas cheias de carros elétricos. Aí, quando voltar ao Brasil, vai se perguntar por que não há carros assim em seu país", afirmou Ghosn em entrevista coletiva concedida no Salão de Tóquio. O executivo afirma que o único país entre os emergentes que terá uma frota significativa de carros elétricos será a China.

E, também, porque o executivo não se mostrou tão otimista quanto à popularização dos veículos movidos a eletricidade, a ponto de dizer que, dentro de uma década, a frota de carros elétricos nas ruas de todo o mundo não deverá superar 10%. A resposta à charada de Ghosn repousa em um fato: tornar a produção de baterias de íons de Lítio em escala larga o bastante para que um dia o volume de produção de carros elétricos se iguale com a de carros convencionais, não será uma tarefa nada fácil e fará a demanda por Lítio crescer aceleradamente.


Uma variedade de valores para a quantidade de Lítio necessário por unidade de capacidade de armazenamento da bateria (kW.h) tem sido indicada. Alguns citam a quantidade mínima teórica de lítio por kW.h como se este fosse possível em um dispositivo prático, enquanto outros números apresentados também são irrealisticamente baixos.

Como a eficiência da bateria do mundo real é diferente da teoria, qual é a quantidade real de lítio que deve ser exigido por kW.h de capacidade da bateria para um PHEV (carros híbridos, não elétricos puros) que os planejadores estratégicos na indústria automobilística devem estimar?

Segundo William Tahil, Diretor de Pesquisas da Meridian International Research, para efeitos realistas de planejamento estratégico fabricantes de automóveis devem modelar a necessidade de material de 2 kg a 3 kg de Carbonato de Lítio grau técnico por kW.h nominal de capacidade da bateria para aplicação em PHEV.

A produção mundial de Carbonato de Lítio Equivalente (LCE) atual é de cerca de 100.000 toneladas (com 40.000 toneladas provenientes do Chile), se disponível, seria, portanto, suficiente para 2 a 3 milhões de baterias PHEV de 16 kWh de capacidade (do tipo da bateria do Volt da GM).

A questão da quantidade de lítio ou carbonato de lítio é exigido por kW.h de capacidade de armazenamento da bateria tornou-se uma questão de alguma importância, devido à disponibilidade limitada de lítio para aplicações EV.

Dúvidas quanto à viabilidade do estabelecimento de produção em massa de mais de alguns milhões de pacotes de baterias para PHEV por ano são, em parte, acompanhadas de esperançosas garantias de que a quantidade de lítio necessária por kW.h é baixa.

Por exemplo, em um relatório para investidores, a Dundee Capital Markets assumiu uma exigência Carbonato de lítio de 425 gramas de LCE por kW.h (80 g de metal de Lítio).

Por sua vez, em um artigo da Reuters, é apresentada uma declaração de que "um milhão de toneladas de lítio é o suficiente para produzir 395 milhões Chevrolet Volts (16 kW.h)", ou seja, 158 gramas de metal de lítio ou 840 g LCE por kW.h.

Em outro relatório, mais detalhado da ANL (Argonne National Laboratory), as estimativas são apresentados variando entre 113 g e 246 g de lítio (de 600 g a 1,3 kg de LCE) por kW.h para vários tipos diferente de cátodo de baterias, todos com um anodo de grafite, comparados com uma bateria de com catodo titanato lítio tendo uma elevada exigência de 423 g de Li (ou 2,2 kg de LCE) por kW.h.

Esta gama de valores ilustra a dificuldade que pode existir na modelagem de requisitos de LCE para baterias de Li-íon para fins de planejamento estratégico. Mas então, quais são os principais factores que intervêm em uma bateria real para reduzir a sua capacidade efetiva e um valor realista recomenda para a quantidade de LCE que deve ser assumida a ser exigido por kW.h de capacidade da bateria?

segunda-feira, 30 de julho de 2012

Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grid) e os Veículos Elétricos


Smart Grid: Energia Inteligente no Brasil:


O setor elétrico brasileiro está diante de um novo desafio a ser vencido: a necessidade e a oportunidade de evoluir e encontrar soluções práticas que reflitam a realidade atual dos consumidores e das empresas de energia:
  • Eficiência operacional;
  • Novas fontes de energia;
  • Menores emissões de carbono;
  • Tarifas mais ajustadas e maior participação do consumidor.
Estas são somente algumas questões que se apresentam como desafios a serem vencidos pelo segmento.

Um Pouco Sobre a Realidade Brasileira:


O sistema elétrico brasileiro é único no mundo, e, no decorrer do tempo, tem revelado possuir características muito particulares. Sua matriz energética é baseada principalmente em energias renováveis e o nível de integração das bacias hidrográficas e da infraestrutura para o transporte da energia, por exemplo, chegou a patamares continentais ainda não atingidos por países da Europa e dos Estados Unidos. É preciso reduzir ainda mais a defasagem de infraestrutura presente no País.

Depois de estabelecer uma ampla base de geração, notadamente com quase 2/3 de um total de 96,2 GW de potência instalada (sem incluir sistemas isolados e auto-produtores) suprida por usinas hidroelétricas (UHE) de grande porte (ver tabela abaixo as 11 maiores UHEs brasileiras), a interligação dos sistemas no território brasileiro foi o caminho natural encontrado para se obter um melhor balanceamento e manter a segurança da oferta de energia.

Pos. Nome Rio Estado Capacidade Unid. OBS
1 Usina Hidrelétrica de Itaipu Rio Paraná Paraná 14000 MW
2 Usina Hidrelétrica de Belo Monte Rio Xingu Pará 11233 MW em construção
3 Usina Hidrelétrica São Luiz do Tapajós Rio Tapajós Pará 6133 MW construção a iniciar
4 Usina Hidrelétrica de Tucuruí Rio Tocantins Pará 8370 MW
5 Usina Hidrelétrica de Jirau Rio Madeira Rondônia 3750 MW
6 Usina Hidrelétrica de Ilha Solteira Rio Paraná São Paulo 3444 MW
7 Usina Hidrelétrica de Xingó Rio São Francisco Alagoas / Sergipe 3162 MW
8 Usina Hidrelétrica Santo Antônio Rio Madeira Rondônia 3150 MW
9 Usina Hidrelétrica de Foz do Areia Rio Iguaçu Paraná 2511 MW
10 Usina Hidrelétrica de Paulo Afonso Rio São Francisco Bahia 2462 MW
11 Usina Hidrelétrica de Itumbiara Rio Paranaíba Goiás / Minas Gerais 2082 MW

TOTAL EFETIVO 54164 MW

TOTA PROJETADO 60297 MW

O controle necessário dos pontos de interligação objetiva que, quando indisponível em uma região, a oferta de energia elétrica possa ser prontamente compensada por outra região, momentaneamente mais favorecida. Isso requer uma maximação do sistema de interligação, no entanto, quanto mais pontos de interconexão, mais complexidade no gerenciamento do sistema.

Já, no que diz respeito a distribuição de energia ao consumidor, as diferenças socioeconômicas do território brasileiro representam um desafio muito grande. O País abrange áreas com alta densidade populacional e outras com densidade muito baixa. Há que se vencer desafios a partir das perspectivas social e tecnológica, com soluções distintas que equilibrem custos e benefícios.

A Usina Hidrelétrica de Belo Monte e uma Nova Linha HVDC:


A Usina Hidrelétrica de Belo Monte é uma central hidrelétrica que está sendo construída no Rio Xingu, no estado brasileiro do Pará, nas proximidades da cidade de Altamira.

Sua potência instalada será de 11.233 MW; mas, por operar, a princípio, com reservatório reduzido, deverá produzir efetivamente cerca de 4.500 MW (39,5 TW.h por ano) em média ao longo do ano, o que representa aproximadamente 10% do consumo nacional (388 TWh em 2009).

Em potência instalada, a usina de Belo Monte será a terceira maior hidrelétrica do mundo, atrás apenas da chinesa Três Gargantas (20.300 MW) e da brasileira e paraguaia Itaipu (14.000 MW), e será a maior usina hidrelétrica inteiramente brasileira.

Desde seu início, o projeto de Belo Monte encontrou forte oposição de ambientalistas brasileiros e internacionais, de algumas comunidades indígenas locais e de membros da Igreja Católica. Essa pressão levou a sucessivas reduções do escopo do projeto, que originalmente previa outras barragens rio acima e uma área alagada total muito maior. Em 2008, o CNPE decidiu que Belo Monte será a única usina hidrelétrica do Rio Xingu.

Belo Monte corre contra o tempo, e contra uma série de incursões em contrário vêm comprometendo o cronograma de obras, ainda assim, o enorme canal de 20 km que liga o Rio Xingu ao reservatório intermediário da Hidroelétrica de Belo Monte começa a ganhar formas e vai mudando, agora em ritmo acelerado, a paisagem local.

Seis enormes carretas que partiram de Taubaté, no interior de São Paulo, carregando as primeiras peças da montagem eletromecânica da Usina já chegaram, descarregaram e as peças já foram montadas nos meses de Junho e Julho de 2014. Há muito mais peças a caminho. A usina está prevista para entrar em funcionamento em 2015, mas a energia produzida em Belo Monte pode atrasar um ano.

Veja mais detalhes e a mais recente série de Apresentação de Fotos das Obras e de Reportagens do Jornal O Estado de São Paulo.

Outra importante novidade do setor elétrico do Brasil foi o recente comissionamento, por parte da empresa ABB, um dos gigantes mundiais das áreas de tecnologias de energia e de automação, da estação dos conversores HVDC do Rio Madeira, a maior linha de transmissão de energia do mundo no Brasil.

A linha HVDC irá transmitir eletricidade, escoando a energia de 3.150 MW gerados pelas Usinas Hidrelétricas de Santo Antônio e de Jirau, situadas no Rio Madeira, em Rondônia, por 2.385 km com perdas mínimas, ligando a subestação coletora de Porto Velho, transmitindo a milhões de consumidores energia elétrica limpa, renovável, confiável e eficiente em longa distância, para a subestação Araraquara-2, em São Paulo. Fontes: Grupo ABBTractebel Engineering.

Rede Inteligente: Tecnologia para a Modernidade do Setor Elétrico:


O momento aponta para um rol cada vez mais extenso de possibilidades tecnológicas, e é preciso compreendê-las de maneira que o setor de energia evolua dentro de características que permitam vencer os desafios. É preciso estabelecer uma visão evolutiva e agregar valor com tecnologias e aplicações inovadoras à rede de energia elétrica e, ao mesmo tempo, preservar os investimentos já realizados. É possível prever que a tecnologia terá um papel cada vez mais relevante em todas as áreas do ciclo: geração, transporte, comercialização e uso da energia.


Smart Grid - ou Redes (Elétricas) Inteligentes:


Trata-se de um conceito bastante abrangente que pode se tornar um elemento fundamental de transformação, a fim de antecipar e criar um ambiente que facilite o uso mais intenso de tecnologias disponíveis em todo o ciclo da energia elétrica. Smart grid como um grande "sistema de sistemas" complexo, contendo um amplo conjunto de tecnologias que acrescentam camadas de dados digitais à rede elétrica tradicional.

A realidade do Smart Grid deve vir transformar, aos poucos, o sistema elétrico em uma moderna rede que permitirá às concessionárias de energia e aos consumidores mudar a forma como disponibilizam e consomem energia. A parte mais visível dessa evolução, atualmente, está no uso, em larga escala, dos medidores eletrônicos de energia inteligentes, que permitirão, em curto prazo, exercitar novas modalidades tarifárias e novos comportamentos de consumo. Telecomunicações, sensoriamento, sistemas de informação e computação, combinados com a infraestrutura já existente, passam a constituir cada vez mais um arsenal poderoso que pode fazer a diferença.

Eficiência Sistêmica: Preparando-se para o Futuro:



Para se alcançar um novo patamar de eficiência, as tecnologias que até então eram empregadas para dar suporte à infraestrutura elétrica passarão a ser essenciais, como a combinação da Tecnologias de Informação e da Tecnologia da Comunicação (TICs), que suportarão a utilização em larga escala de medidores eletrônicos inteligentes e sensores.

Essa nova infraestrutura tecnológica permitirá a melhor administração do sistema elétrico - ativos, energia e serviços ao consumidor - resultando em uma maior eficiência técnica, econômica, social e ambiental.

Está previsto para julho/2012 o resultado de uma audiência pública da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel), em Brasília, que objetiva alavancar uma cadeia de investimentos destinada a fazer do Brasil o quarto maior mercado mundial de redes de energia inteligentes (atras apenas de Estados Unidos, China e a Europa).

O volume de investimentos nas smart grid, no intervalo de uma década, poderão atingir US$ 36,6 bilhões até 2022. Especialistas, governo e concessionárias são unânimes ao anunciar a tecnologia como uma revolução na relação entre clientes e distribuidoras que tornará o consumo mais eficiente.

A solução poderia até tornar o horário de verão obsoleto uma vez que, com o prevê a ANEEL, implementando o smart grid deve reduzir em 5% o consumo residencial no horário de pico, entre 18h e 21h. Todavia, para atingir esse ponto de implementação, levará algo em torno de 10 anos. Depois dos medidores inteligentes de consumo, qualquer consumidor saberá o quanto de energia está gastando a qualquer momento e o valor pago por ela. Estudos mostram que o maior estímulo à economia de luz é fazer com que os consumidores saibam quanto estão gastando. É por isso que o smart grid foi capaz de diminuir consideravelmente o consumo onde foi implementado.

Como resultado das iniciativas, várias empresas internacionais fabricantes de equipamentos, como por exemplo a Elster e Landis+Gyr, a Fujitsu, ATC de Hong Kong, vem anunciando o desenvolvimento de soluções para Smart Grid como nova linha de negócios no mercado brasileiro e várias empresas concessionárias não esperaram pela efetiva regulamentação para fazer incursões experimentais na solução: quase todas as grandes distribuidoras já têm projetos-piloto — em cidades como Rio, Aparecida (SP) e Parintins (AM). Estimas-se que mais de um milhão de medidores inteligentes já estejam em funcionam no Brasil.

A mudança mais sensível para os consumidores residenciais será, de fato, os medidor inteligentes: sai o antigo aparelho eletromecânico, com números rodando e informações nem sempre precisas, entra o medidor eletrônico, que exibe em tempo real o consumo da casa, utilizando não só a própria rede elétrica, mas também, paralelamente, redes de telecomunicações, para trânsito das informações. Eles tem processador e memória e terão custo entre R$200 e R$300 por unidade.

Já com respeito ao que concerne aos Veículos Elétricos, talvez seja interessante darmos uma olhada nas definições emitidas no contexto do padrão norte americano da IEEE 2030™ de 2011, uma vez que ainda não existe regulamentações e normalizações próprias do Brasil e que, dentro dos cronogramas de execução, questões relacionadas aos VEs são, em geral, consideradas como a última etapa de implementação.


A padronização IEEE 2030-2011:


A padronização IEEE 2030-2011 centra-se em uma abordagem sistêmica de nível de compreensão e de orientação para os componentes de interoperabilidade de comunicações, sistemas de energia, e plataformas de tecnologia da informação (ver figura a seguir). Este guia vê o Smart Grid como um grande "sistema de sistemas" complexo e fornece orientações para navegar pelas diversas vias de projeto de smart grid ao longo do sistema elétrico, das cargas e das aplicações de uso final. Este padrão de interoperabilidade estabelece as bases para a expansão do nível de aplicações do smart grid mostrado na figura, que fornece uma plataforma para qualquer número de aplicações de smart grid, ou seja, infraestrutura de medição avançada, Veículos Elétricos Plug-in e outras “N” aplicações de redes inteligentes.


No que concerne aos termos de privacidade e segurança, as informações, como dados de uso (da energia elétrica), podem ser adequadamente redigidos, agregados de forma anônima, tal que não fique mais vinculado ao que se define como “Informação Pessoal Identificável”. Tais dados anônimos servem a propósitos críticos da criação de estatísticas e análise de tendências com base em informações precisas. No entanto, as oportunidades e as incidências de abuso intencionais e não intencionais sobre Informação Pessoal Identificável, têm sensibilizado as pessoas para a necessidade de salvaguardar os atributos de privacidade de todos os dados. Se não for devidamente anonimizados, até mesmo dados como uso de aparelho elétrico ou horários de tarifação de Veículos Elétricos pode constituir uma violação de privacidade.

Recentemente, a McAfee anunciou um relatório detalhando as ideias de líderes da indústria de segurança em TI sobre a situação da segurança de dados no sistema de energia elétrica. O relatório é inteligente contra as ameaças cibernéticas à redes, especificamente em relação as ameaças de Smart Grid e analisa como as antigas redes são um alvo preferencial de ataques e como a segurança deve funcionar a partir desses sistemas críticos. A rede elétrica é a coluna principal em que tudo repousa. Um cibercriminoso pode enfraquecer uma grande cidade com um único ataque na rede elétrica e, assim, comprometer tudo, desde as luzes e aparelhos em casas, até monitores cardíacos nos hospitais e sistemas de defesa aérea (vide caso de “ficção científica” apresentada no filme de Hollywood “Duro de Matar 4”). Mcafee - Smarter Protection For The Smart Grid

A IEEE 2030-2011 define as várias Entidades envolvidas na Modelo de Referência Conceitual, de modo que nas nas Redes Elétricas Inteligentes, cada tipo de cliente pode ter a combinação de várias entidades empregadas na sua aplicação. Estas entidades são dependentes do tamanho e do tipo de cliente, bem como das características de suas ligações ao Sistema Elétrico. A entidade denominada DER (Distributed Energy Resource) inclui todo o contexto de distribuição do sistema interligado de geração e de armazenamento e pode exigir uma interface com o domínio de mercado. Pela IEEE 2030-2011, um Veículo Elétrico Plug-in (PEV) pode ter as características de uma carga ou cliente DER.

Pela Perspectivas de Arquitetura de Interoperabilidade do Sistema Elétrico da IEEE 2030-2011, os Veículo Elétrico Plug-in são descritos tanto como Carga, quanto como Fonte / Armazenamento para fornecer energia para a rede para equilibrar a oferta de energia. Cargas podem ser eletrodomésticos, controles de bombas, HVAC, PEVs, etc. As cargas podem estar localizadas em instalações industriais, instalações comerciais, ou residências.

PEVs são considerados como uma carga quando o veículo está estacionário e energia é demandada a partir da rede para carregar as baterias. Dimensionamento correto das redes de distribuição de utilidades, com previsão de adoção PEV é importante para evitar picos inesperados de consumo de energia quando PEVs entram operação de carregamento.

Já, na perspectiva do modelo de comunicação, as cargas podem se comunicar através de redes locais usando uma variedade de tecnologias. Estas redes oferecem funcionalidades para troca de informações para gerenciamento de carga. O caso móvel / itinerância também é considerada quando PEVs precisam acessar o carregamento, o faturamento e informações de posicionamento.

No âmbito das Tecnologias de Comunicação, na CT15 da IEEE 2030-2011 é descrita a Interface de Serviço de Energia (ESI) / Redes nas Instalações dos Cliente (CPN) para o caso dos PEVs, que proporciona a conectividade entre o ESI (que pode ser um dispositivo autônomo ou pode ser integrado no medidor inteligente si) e do Equipamento de Carregamento de Veículo Elétrico (EVSE) e / ou diretamente do Veículo Elétrico (EV) a fim de apoiar funções como carregamento, tarifação, limitação de carga, armazenamento e informações de posicionamento.

Supõe-se que o EVSE (também conhecido como a estação de carga) seja uma parte do CPN, e provavelmente ligado ao Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS) ou a um sistema semelhante na instalações do cliente. Na CT15, considera-se apenas o caso em que o EV esteja fisicamente localizado em uma dada instalação com um EVSE que é capaz de comunicação com o ESI.

Note-se que a ESI / CPN descrita pode se comunicar com o veículo não só quando ele está localizado nas instalações do cliente (por exemplo, estacionado ou conectado a um local de estação de carregamento), mas também quando o veículo está móvel (por exemplo, para suportar serviços móveis como carregamento, faturamento, diagnóstico e informações de posicionamento). Na IEEE 2030-2011, existem outros links / caminhos na arquitetura de referência que lidam com o caso de se eventualmente comunicar com o veículo enquanto ele está móvel (por exemplo, a CT53 e a CT18).

A entidade medidor inteligente / ESIs executam uma variedade de tarefas de medição inteligentes. O medidor inteligente é normalmente parte da Infraestrutura de Medidores Inteligentes (IAM). A função ESI (opcionalmente localizado dentro do medidor inteligente) atua como gateway de comunicação entre a Rede de Área de Vizinhança (NAN) e a CPN, que inclui os Sistemas Eletroeletrônicos Prediais e Residenciais (HBES), cargas, PEVs, e redes de clientes DER.

O equipamento a ser monitorado e / ou controlado pode ser limitado a um medidor inteligente, ou o monitoramento / controle pode ser estendido para equipamentos do cliente, tais como refrigeradores, condicionadores de ar, e Veículos Elétricos Plug-in, etc.

Na Aneel, está disponível desde 19/07/2012, no sítio da Agência, o folder trilíngue da instituição, produzido em inglês e espanhol, além do português, a publicação visa a apresentar a missão da agência, suas atribuições e diretrizes, além de explicitar detalhes sobre o funcionamento da autarquia. O texto em três idiomas tem como objetivo aproximar a ANEEL dos agentes internacionais do mercado de energia elétrica, oferecendo a eles informações para compreenderem de que forma é realizada a regulação do setor no Brasil. ANEEL FOLDER

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