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quinta-feira, 16 de agosto de 2012

As Baterias de Íons de Lítio, o Brasil e a Johnson Controls

Existe uma única empresa instalada atualmente em território brasileiro com expertise tecnológico global suficiente, capaz de lançar a produção de células e de conjuntos de baterias de íons de Lítio para veículos elétricos e híbridos no Brasil. Até existem outras possibilidades mais remotas mas, nenhuma é tão viável quanto a Jonhson Control, empresa que ora se encontra instalada no município de Sorocaba (São Paulo).

A Jonhson Controls tem uma longa história de experiência, mundialmente, no negócio automobilístico e adquiriu nos últimos anos expertise efetiva em baterias de íons de Lítio, produto em que ela se encontra entre os três maiores fabricantes mundiais.

No Brasil, a unidade de Power Solutions da Johnson Controls, está situada na cidade de Sorocaba, SP, com uma planta de 42.000 m2 de área construída, é considerada a maior e mais moderna fábrica de baterias da América do Sul. Mantém uma produção anual de mais de 8 milhões de unidades de baterias para automóveis e motocicletas, atendendo ao Mercado Sulamerciano, México, Caribe e Europa.

Instalações da Johnson Controls em Sorocaba - SP

Todavia, ela é também, uma empresa extremamente conservadora em termos de investimentos e, seus negócios no Brasil se encontram focados apenas na fabricação e comercialização de baterias chumbo ácido das marcas Heliar, Varta e Optima (baterias de alta performance que combina tecnologias AGM e SpiralCell) produzidas nas instalações de Sorocaba que é destacada como um dos seis mais importantes Centros Tecnológicos de Baterias da Johnson Controls.

A tecnologia AGM utiliza-se do mesmo conceito químico das baterias chumbo ácido convencional, porém a solução ácida fica absorvida por separadores de lã de vidro. Já, a tecnologia SpiralCell é caracterizada por placas arranjadas em espirais que resultam numa bateria capaz de suportar aplicações extremas e de alta performance.


A Johnson Controls é um conglomerado baseado em Milwakee, Estados Unidos e tem uma história de experiencia tecnológica muito rica e longa.

A empresa foi fundada em 1885, por Warren Johnson em sociedade com o investidor Willian Plankinton, após a invenção do termostato elétrico de ambiente, que passou a ser usado para controle de temperatura de ambientes internos de edifícios, sendo os primeiros projetos implementados pela empresa a regulação térmica nos prédios da Biblioteca pública e da prefeitura de Milwakee.

Em 1895, a Johnson Electric Service Company patenteou e aperfeiçoou uma série de dispositivos atuadores e sensores para a tecnologia de controle pneumático de temperatura que foi o primeiro sistema de controle de temperatura por zona, para edifícios. Warren Johnson é considerado, hoje em dia, o “avô de todos os sistemas de controle” pela American Society of Mechanical Engineers – ASME.

Ainda no século XIX, a empresa iniciava negócios voltados a eficiência energética e entra também no mundo dos automóveis, fabricando, inclusive, carros e caminhões a vapor, especializando-se em carros de combate a incêndios, enquanto o negócio de buildings efficience continua em crescimento, fornecendo regulação de temperatura em prédios pelo mundo todo, incluindo o Capitólio, a Bolsa de Valores de Nova Iorque, o Palácio Imperial em Tóquio.

Em 1907 experimenta a produção de carros movido a gasolina, fabricando alguns veículos de alto luxo da época e também, posteriormente, fornece as unidades automotivas para o United States Postal Service. Nesta época, com a construção do Singer Tower, o primeiro arranha-céu do mundo em Nova Iorque, a Johnson Service Company o sistema de controle de temperatura do edifício, com pontos de medição em 1200 salas, controlando 1800 válvulas.

Com a morte de Warren Johnson em 1911, a companhia sofre uma grande reestruturação. As construções de edifícios se multiplicam rapidamente e o foco dos negócios é centrado em automação e controle de temperatura de ambientes, enquanto que o negócio de fabricação de veículos e outros fora do foco são encerrado. No entanto, o sucessor de Johnson, Harry Ellis, cria a empresa coligada Globe Electric Company que começa produzindo elétrica automotiva, iluminação pública e depois baterias automotivas.

Durante a primeira Grande Guerra, os negócios caem e os contratos com o governo são dificultados e reformar os sistema de controle térmico de prédios de prédios mais antigos, ajuda a empresa a se manter. Após a guerra, multiplicam-se as salas públicas de cinema e com elas a oportunidade de negócios de controle para condicionamento de ar, onde ela aposta na eficiência energética e segurança com seu sistema pneumático vantajoso sobre os que usavam combustíveis.

Em 1925 a companhia adquire a patente de um termostato pressostato, um dispositivo especial e inovador, capaz de detectar pela variação de pressão do ar, a presença de pessoas nas salas, economizando energias automaticamente quando as salas ficam vazias. Controles focados em eficiência energética derivados dessa tecnologia e de inovações nos sistemas de refrigeração e controle de unidade, ajudam a empresa a sobreviver e se manter no mercado durante o período da grande depressão econômica, mas não a isenta de ter que passar por medidas recessivas nos meados dos anos 30.

Durante a segunda grande guerra, o governo, as empresas e instituições passar a ter uma visão mais positiva com relação a sistemas de controle, classificando as tecnologias de resultem em eficiência energética como essenciais e os sistemas de controle de temperatura por zona baseados em tecnologia pneumática se consolidam no mercado com o fim da guerra e a Johnson, agora sob a administração do engenheiro Joseph Cutler reorganiza suas vendas e amplia a empresa até 1960.

A companhia, agora com ações abertas ao mercado de capitais, experimenta um período de elevado investimento em treinamento e qualificação de seus funcionários. O Johnson Technical Institute é criado em Nova Iorque e as vendas crescem de US$ 3 milhões em 1938 para US$ 67,3 em 1960. No Prédio das Nações Unidas a Johnson instala o sistema com 3600 termostatos e controladores auxiliares. Os laboratórios de produção de vacinas da Lilly adotam os sistemas da Johnson para salas limpas e climatizadas. A empresa cresce, enquanto os prédios ficam maiores e os sistemas de controle ficam mais complexos.

Nos anos '60 a Jonhson participa do programa espacial Apolo, entra em parceria com a NASA e expande os negócios também ao mercado europeu. Com a aquisição da Penn Controls visa o mercado de refrigeração comercial. Nos anos '70 desenvolve um histórico sistema computadorizado para controle de edifícios, o JC/80 e em seguida realiza uma fusão com a Globe-Union e se tornam o maior fabricante de baterias automotivas do mundo com as vendas ultrapassando US$ 1 bilhão, realiza uma evolução na tecnologia de baterias ao adotar caixas de polipropileno de espessura fina e de alta resistência mecânica e química. A empresa expande também sua atuação no segmento de assentos automotivos.

Com o avanço das técnicas digitais e da microeletrônica nos anos 80 a vendas da Johnson se multiplicam e na área de baterias e assentos automotivos grandes clientes, como a Honda, GM, Mazda, Toyota, Ford e outros, são conquistados e inicia um ciclo de fóruns sobre eficiência energética atraindo famosos palestrantes.

Em 1990 lança o Metasys, um revolucionário sistema de controle de instalações que integra todas as funções tradicionais de controles de prédios: climatização ambiental, gerenciamento de energia, controle de iluminação, gerenciamento de prevenção de incêndios e segurança. Também o negócio de automotivos na Europa é expandido, alcançando a marca marca de vendas globais de US$ 5.2 bilhões, ainda em 1992.

Em 2002 a Johnson adquire a divisão de baterias automotivas Varta e a Borg Instruments, ambas alemãs e em 2004 ganha um contrato para o desenvolvimentos de baterias de íons de Lítio para o Consórcio Avançado de Baterias dos EUA (USABC). Na área de condicionamento de ar e climatização, faz a importante aquisição da York International e na área do negócio global de baterias automotivas, a Delphi é adquirida e inicia a produção de baterias seladas na China.

Johnson Controls na Era dos Atuais Veículos Elétricos:

Johnson Controls estabeleceu uma parceria com a francesas Saft, da qual surgiu a Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions (JCS). A joint venture entre a Johnson Controls e a empresa francesa de bateria Saft Groupe, criada oficialmente em janeiro de 2006.

A Varta estabeleceu e abrigou um centro de desenvolvimento da JCS em sua sede alemã, após a criação da Varta-SAFT joint venture.

Em 31 de Janeiro de 2008 a Johnson Controls - Saft Advanced Power Solutions havia anunciado ea abertura oficial da sua nova fábrica de baterias automotivas de íons de Lítio, sediada em Nersac, França, para fabricar baterias de íons lítio para veículos híbridos plug-in e outros produtos.

Johnson Controls-Saft inicialmente investiu 15 milhões de euros na instalação, que está a produzir baterias para clientes globais de automóveis. Foi construído para ser escalável, de modo que o aumento da demanda pode aumentar a capacidade de produção para atender demandas dos clientes e do mercado.

A Johnson Controls esteve produzindo células de íons de Lítio pasra baterias de veículos híbridos na França sob a joint venture com a Saft e além da fábrica em Nersac, a Johnson Controls - Saft possuíam centros de pesquisa e desenvolvimento em Milwaukee (Minnesota) e Bordeaux (França), bem como engenharia de sistemas de testes e centros de integração em Milwaukee (Minnesota) e Hanover (Alemanha), onde os Conjuntos de bateria eram montados e Xangai (China).

Durante a parceria com a Saft, a Johnson Controls esteve apresentando um conceito de plug-in híbrido chamado de RE3, que incorporava as tecnologias que a empresa podia oferecer para as montadoras. Por outro lado, a Johnson Controls manteve também uma participação acionária na empresa canadense Azure Dynamics (especializada em tecnologia proprietária e híbrida de acionamento elétrico para veículos comerciais utilitários e pesados).

Em 2010, a Johnson alegou que as baterias de íons de Lítio empregadas nos veículos híbridos e veículos elétricos atuais e do futuro estariam a melhorar gradualmente, mas que o custo iria continuar sendo o desafio para a demanda da tecnologia por algum tempo.

Steve Roell, CEO da Johnson Controls considerou que alcançar economias de escala será um desafio grande. "O setor é um mercado muito imaturo, ela não tem escala e carece de normas", disse à Reuters Roell. "O que nós vamos ver ao longo do tempo é que vamos ver a química e o formato das células e até mesmo os sistemas de gestão das baterias começar a formar padrões, mas isso vai levar algum tempo."

Roell ainda tinha uma projeção relativamente otimista para o sucesso inicial de veículos híbridos e elétricos, dizendo que eles poderiam fazer-se tanto quanto 12% a 15% do mercado automobilístico dos EUA em 2020. Em 2010 as vendas de híbridos no EUA permaneceu próxima a 2% do mercado de automóveis novos.

Em agosto de 2009, o Departamento de Energia havia anunciado um montante de US$ 2,4 bilhões em doações para acelerar o desenvolvimento de veículos elétricos e suas baterias.

Até meados de 2010, US $ 1 bilhão daquele dinheiro havia sido concedido a empresas como a Johnson Controls, a A123 e a LG Chem. A Johnson Controls recebeu a maior parte da doação, US$ 299 milhões para construir uma fábrica de bateria híbrida em Michigan, com inauguração prevista para 2011.

No mesmo ano de 2011 a Johnson tomou medidas legais na Chancelaria do Tribunal de Delaware a fim de dissolver a empresa de parceria Johnson Controls - Saft.

Na ocasião, Alex Molinaroli, presidente da divisão de soluções de energia JC, afirmou que:
a Johnson Controls e a Saft tinham um desacordo fundamental sobre o futuro e sobre o escopo apropriado da parceria, alegando que a indústria estava evoluindo rapidamente e os investimentos necessários para alcançar liderança de mercado os obrigavam a fazer mais do que a joint venture tinha feito ou podia fazer e que aquela ação reafirmava o compromisso estratégico da companhia para a indústria de baterias avançadas.

A Saft bem que tentou opor medidas legais a JC destinada a afirmando que não via motivos legítimos para a dissolução da parceria. Fato é que a Saft detinha um maior expertise na tecnologia foco da parceria, quando esta foi estabelecida, cinco anos antes, o que fazia a parceria com  a Saft boa, principalmente para a JC.

O que eu creio que ocorreu, de fato (e me perdoem se eu estiver errado), foi que o desafio criado pela inclusão da JC no programa de incentivo do governo federal norte-americano, deve ter criado dificuldades sérias para ela pudesse continuar a operar uma parceria comercial internacional no âmbito do desenvolvimento e produção de baterias de íons Lítio, uma vez que a JC passou a ser conduzida pelo desafio do governo da sua sede, para a necessidade premente de apresentar resultados, gerar dividendos e empregos em território dos EUA, em contrapartida ao capital estatal que foi recebido.

Essa é uma questão circunstancial plenamente compreensível e, ao que me parece, a ação da Johnson foi baseada em ética plenamente justificada. O programa de incentivo do governo não poderia ter sido previsto com antecedência, de modo a evitar o início da parceria.

No final, Johnson Controls Inc. e Saft chegaram a um acordo para terminar a sua joint venture. Sob os termos do acordo, a Johnson Controls adquiriu a partes da Saft na empresa por US$ 145 milhões (que representa menos da metade da primeira parcela dos incentivo recebido do governo Obama). O acordo incluiu um pagamento pela Johnson Controls de royalties up-front para a Saft em troca de uma licença ampliada para a Johnson Controls usar a tecnologia de íons de lítio em todos os mercados.

Todos os ativos da joint venture foram retidos pela Johnson Controls, com exceção da fábrica em Nersac, França, que ficará apenas com a Saft a partir do final de 2012, disseram as companhias em comunicado conjunto feito na ocasião. Eu penso que foi lamentável o final da parceria, e torço para que aquilo não signifique o fim do projeto RE3, um veículo híbrido plug-in com desenho de aparência bastante atrativa ( bem mais atrativa do que a do iE:3 apesar deste ser um desejável VE elétrico puro).

Em 2011 a JC recebeu a visita do presidente Barack Obama sua nova planta de baterias em Holland (Michigan), ocasião em que a empresa anunciou planos de m ais uma nova planta para a produção de células de íons de Lítio e sistemas para veículos híbridos e elétricos. Em sua visita à fábrica da JC de Michigan, Obama elogiou os investimentos do país em energia limpa e anunciou rigorosos padrões de economia de combustível nos veículos a partir do ano modelo 2017, exigindo das montadoras a média de 54,5 milhas por galão (23,2 km/l).

A Johnson Controls Inc., com sede em Milwaukee ocupa atualmente o segundo lugar no ranque global de produção de baterias de íons de Lítio automotivas, focada principalmente em carros híbridos e ainda mantém forte proeminência global no mercado de baterias de chumbo ácido, que é, inclusive, o principal negócio dela no Brasil.

A empresa fornece baterias de íon de lítio para Mercedes, BMW, Ford e outros, mas não tem procurado com maior agressivamente sua participação neste mercado. A Johnson Controls não ganhou, por exemplo, o contrato de bateria para o Chevy Volt, o que é lamentável pois, as baterias escolhidas para ser empregadas neste veículo vem apresentando problemas quanto a segurança.

Na onda do sucesso tenológico do Nissan Leaf (no que concerne ao método de controle térmico da operação de baterias Li-íons), na virada do ano de 2012, a Johnson Electric lançou uma nova linha de produtos de ventiladores para veículos híbridos e elétricos. O módulo de ventilador de arrefecimento (sigla em inglês CFM EV) foi projetado para ter vida útil extremamente longa e continuamente controlar a temperatura da bateria durante a operação e ciclos de recarga em EV e HEV.

O CFM EV foi lançado sob a marca GATE e projetado para maximizar o fluxo de ar variável, com tamanho compacto, baixo peso e um funcionamento silencioso. A linha de produtos CFM EV proporciona um desempenho de fluxo de ar que variam de 30 a 70 litros por segundo, com pressão de ar até 600 Pa.

Este desempenho abrange os requisitos de um híbrido leves, híbrido completo e VEs. O fluxo de ar é variável para proporcionar o arrefecimento necessário para a gestão de temperatura da bateria controlado pela ECU veículo. A interface do CFM EV e a rotina de diagnóstico pode ser personalizada para qualquer plataforma de veículo.

A JC atualmente faz parte da lista Fortune das 100 maiores empresas americanas. A empresa possui cerca de 130.000 trabalhadores em seis continentes.

Na corrida pelo desenvolvimento de VEs brasileiros, a Johnson Controls tem sido menciona, atualmente, em associação com grupo VEZ do Brasil, em uma parceria para o desenvolvimento de uma tecnologia de bateria que está sendo chamada de "bateria de fluxo" ou  "baterias ECOPOWER", a qual é referida como não sendo baseada em tecnologia de íons de Lítio. A VEZ do Brasil alega que não está desenvolvendo veículos elétricos, mas sim veículos superleves. 

Segundo a empresa a tecnologia de VEs, somente irá deslanchar no mercado quando os carros tiverem um preço acessível e isto só ocorrerá quando a indústria conseguir utilizar baterias que não sejam de íon de Lítio. A  VEZ do Brasil busca por investidores, prevendo uma valorização de 200% no biênio entre 2013 e 2014, acredita que o Lítio utilizado na bateria pode até ser reciclado, porém a custos não permissíveis.


Obviamente que as restrições de oferta potencial de materiais devem ser considerados antes de embarcar em qualquer programa ambicioso de desenvolvimento de qualquer nova tecnologia. No entanto, a falta de previsão têm sido muitas vezes sem uma exploração adequada ou sem a consideração de incentivos à oferta que um aumento dos preços pode proporcionar. Por exemplo, em 1972, o Clube de Roma advertiu que o mundo iria acabar sem ouro em 1981, sem mercúrio e prata em 1985; sem estanho em 1987, e sem petróleo, cobre, chumbo e gás natural até 1992.

No caso de materiais para baterias de íon Lítio, parece que até mesmo um programa agressivo de veículos com acionamento elétrico pode vir a ser apoiado por décadas com as fontes de Lítio conhecidas, se a reciclagem for instituída. Vale lembrar que as baterias vendidas de 2010 até hoje só precisarão ser recicladas em 8 ou 10 anos e, é claro que, para os veículos maiores, com autonomias maiores, exige-se mais material e, que uma dependência tão pesada em tração elétrica pura poderia eventualmente forçar o fornecimento de lítio e cobalto.

É necessário mais trabalho para examinar a reciclagem dos elementos da bateria de íons de Lítio em mais pormenores, para determinar a quantidade de materiais que podem ser recuperados com os processos correntes ou com processo melhorados. Impactos ambientais de ambos, tanto processos de produção, quanto de reciclagem devem ser também quantificados.


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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