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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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