17

Engenharia Eltrica

Pesquisa sobre Smart Grid

So Paulo2015

Pesquisa sobre Smart Grid

Trabalho apresentado na matria de Conservao de Energia do curso de Engenharia Eltrica.

Orientador:

So Paulo2015

SUMRIO

1 INTRODUO32 OBJETIVO43 CONCEITOS54 DEFINIES65 APLICAES76 CUSTO-BENEFCIO87 ESTUDO DE CASO108 VANTAGENS E DESVANTAGENS149 CONCLUSO16REFERNCIAS17

1 INTRODUOO sistema eltrico est preste a sofrer uma grande transformao.Esta transformao consiste na modernizao e automao dos sistemas de transmisso, gerao, distribuio e uso final da energia eltrica.Esta tecnologia ser conhecida pelo nome Smart Grid ou Redes Eltricas Inteligentes. O nome Smart Grid deve ser mais conhecido como um conceito e no uma tecnologia ou um equipamento especifico, pois sua utilizao consiste nas tecnologia j existente.Sera a utilizao em massa das redes de informaes automao e comunicao para monitorar e controlar as redes eltricas.Com isso ser possvel implantar estratgias de otimizao e controle muito mais eficiente do que estamos vendo atualmente.Teremos sistemas de medio centralizadas baseadas na utilizao de medidores inteligentes (Smart Meters) e redes de comunicao de dados dedicadas, com isso permitiro uma comunicao bidirecional entre as empresas concessionrias de servio de energia e os clientes.Alm do medidores inteligentes sero utilizados sensores, atuadores e controladores inteligentes distribudos ao longo das redes eltricas, isso permitir a reconfigurao da rede eltrica em caso de falhas reduzindo o tempo de interrupo do fornecimento da energia.Tambm facilitar as conexes e desconexes rede eltrica de geradores de pequenos e mdio porte e dipositvos de armazenagem de energia, utilizando procedimentos similar ao plug-and-play dos equipamentos de computao.

2 OBJETIVOEm particular, apresentar um dos conceitos mais importantes nesse movimento: Smart Grids e suas aplicaes.

3 CONCEITOSO conceito de Smart Grid, em portugus redes inteligentes, dar mais autonomia e segurana para o consumidor, com redes automatizadas e medidores de qualidade e de monitoramento, consumo de energia em tempo real, gerando menos interrupes no fornecimento de energia eltrica.

4 DEFINIESA lgica da Smart Grid est na palavra inteligncia. Isso quer dizer que as novas redes sero automatizadas com medidores de qualidade e de consumo de energia em tempo real, ou seja, a sua casa vai conversar com a empresa geradora de energia e at fornece eletricidade para ela. A inteligncia tambm ser aplicada no combate ineficincia energtica, isto , a perda de energia ao longo da transmisso. Alm disso, o furto de energia deve ser diminudo, mais preciso nas medies de consumo e funes adicionais como identificao de falhas distncia so algumas novidades desta nova rede. O benefcio de smart grid inclui ainda o gerenciamento pelo lado da demanda que permitir aos consumidores se beneficiar de tarifas diferenciadas, que variaro de acordo com o horrio que a energia utilizada, tal como j acontece com a telefonia. Ao adequar seu comportamento de consumo de energia aos horrios de tarifas menores, o cliente poder se beneficiar reduzindo seus gastos com energia. Tais benefcios podem ainda ser obtidos atravs da interao com fontes de gerao e armazenamento distribudos de energia, conectados diretamente na rede ou nas unidades consumidoras.

5 APLICAESCom o uso do medidor inteligente e de toda a parafernlia tecnolgica que a ele deve estar atrelada como sensores e detectores de falhas. Isto torna uma rede eltrica automatizada com um sistema robusto de transmisso de dados, sendo assim possvel o monitoramento em tempo real de cada cliente conectado a rede.Podemos citar como exemplo A portuguesa EDP, que foi pioneira no pas e comeou a testar a viabilidade de uma rede inteligente de energia em Aparecida, municpio paulista de 35000 habitantes, em 2011. L, a concessionria finaliza a troca do medidor analgico pelo digital inteligente para a totalidade de seus 13000 clientes at meados de maio.Onde obteve um nvel de 76% de diminuio nas reclamaes de clientes.

6 CUSTO-BENEFCIOAlgumas experincias com smart grids que esto sendo desenvolvidas nos Estados Unidos e na Europa j comprovaram a viabilidade das tecnologias de monitoramento em tempo real e a comunicao de mo dupla entre a casa do consumidor e a concessionria. Essa tendncia, que tambm vai chegar ao Brasil em algum momento, um movimento natural no sentido de aprimorar as formas de medio de consumo, o relacionamento com o cliente e o monitoramento da rede como um todo, minimizando fraudes e obtendo mais preciso na medio do consumo. Isso porque as redes inteligentes so automatizadas com medidores em tempo real.As vantagens so inmeras, comeando pelo combate inefi cincia energtica, uma vez que as concessionrias tero mais controle sobre os caminhos da eletricidade at a casa do cliente. Alm disso, como as smart grids contemplam monitoramento em tempo real, as concessionrias podero tambm interferir e tomar providncias em relao ao uso de energia, com sinergia, por exemplo, para programar o consumo de eletrodomsticos ou sistemas de calefao/ar-condicionado. Nos Estados Unidos j esto sendo feitos testes desse tipo. Com uma comunicao de mo dupla entre a casa do consumidor e a concessionria, eventuais falhas podem ser detectadas e corrigidas mais rapidamente. Porm, o principal ponto de discusso sobre as smart grids que, com todas essas inovaes, a implantao do servio demanda grandes investimentos por parte das concessionrias de energia, que precisam incorporar sistemas de telecomunicaes em suas estruturas para dar conta do desenvolvimento desses processos. Este talvez seja o principal obstculo para a implantao do sistema no Brasil, onde as relaes custo-benefcio ainda no se mostram equilibradas. Para implantar uma rede inteligente as empresas de energia precisam ou construir a prpria rede de telecomunicaes, ou fi rmar parcerias com operadoras de telefonia que forneam o suporte necessrio para a transmisso das informaes. Uma alternativa, que pode ser considerada bastante vivel, a utilizao da prpria rede eltrica para a transmisso dos dados, por meio da tecnologia PLC (Power Line Communications), que j foi implantada com sucesso em Portugal e est em fase de testes no Brasil.O problema que os inmeros benefcios relacionados s smart grids ainda no so sufi cientes para impulsionar a implantao do sistema em solo brasileiro. Uma das alternativas poderia ser um incentivo vindo do prprio governo, uma vez que as vantagens proporcionadas por esta tecnologia favorecem diretamente toda a sociedade.Para ter uma ideia, uma smart grid, no topo de suas potencialidades, possibilitaria inclusive a comercializao de energia eltrica a partir das prprias residncias, ou mesmo dos carros eltricos, que poderiam acumular eletricidade em perodos em que o valor mais baixo e devolv-la em perodos de pico, quando o preo mais alto. Alm disso, existe a opo de acompanharmos o consumo de energia eltrica de nossas residncias em tempo real, por meio de um banco de dados, o que poderia gerar um controle maior sobre o consumo de energia e menos desperdcio, acarretando maiores benefcios financeiros e at mesmo ambientais.Quando tudo isso ser realidade no Brasil ainda um pergunta sem resposta exata, mas certo que essas evolues chegaro por aqui. A barreira inicial ser a troca dos medidores de energia na casa de cada cliente, pois um modelo digital ter de ser introduzido. A infraestrutura de captao dos dados desses novos aparelhos tambm dever ser aprimorada. No ser uma tarefa simples, mas no h dvidas de que o investimento em aes que busquem o desenvolvimento sustentvel e as smart grids se encaixam perfeitamente nesse conceito ter de ser uma bandeira de qualquer governo, rgos reguladores e companhias. esperar para ver. Consumidores e meio ambiente vo agradecer.

7 ESTUDO DE CASOEste captulo apresenta um estudo sobre o projeto InovCity Aparecida, que um exemplo de smart grid aplicado na prtica. Esse apenas um exemplo pois atualmente vrias empresas do ramo de energia esto desenvolvendo projetos de smart grid em cidades pr-selecionadas. Alguns exemplos:- CPFL /IBM Campinas SP- AES Eletropaulo Barueri SP- Cemig Sete Lagos - MGO projeto InovCity, lanado em outubro de 2011 pela empresa EDP Bandeirante (EDP-Energias de Portugal), est fazendo de Aparecida a primeira cidade dotada de uma rede inteligente de energia (smart grid) no Estado de So Paulo. O projeto piloto do InovCity na cidade de Aparecida prev o teste de viabilidade de um conjunto de tecnologias que permitiro uma maior eficincia e qualidade na prestao de servios ao cliente, a medio inteligente, a iluminao pblica eficiente, a microgerao com fontes renovveis de energia, a mobilidade eltrica, bem como um conjunto de aes de eficincia energtica e de educao das comunidades locais. A empresa responsvel pelos servios tcnicos de implementao da rede smart grid a EDP Bandeirante e os medidores inteligentes foram fornecidos pela empresa Ecil Energia.

Dados:Esses dados fornecem uma pequena ideia de como ser para instalar smart grid em outras cidades, em Aparecida os nmeros fornecidos pela empresa EDP so:- 35.000 habitantes;- 15.400 pontos de consumo;- 121 km;- Medidores BT(baixa tenso) Total: 15.400- Monofsicos: 2.200- Bifsicos: 12.600- Trifsicos: 600

Equipamentos utilizados:Medidores Inteligentes (Ecil Energia);- Controle on line do consumo de energia nas residncias;- Corte/ religamento remoto;- Alertas de fraude; - Inverso de quadrante; - Nmero de desligamentos; - Medidor sem carga;- Medio nos 4 quadrantes (para fins de antifraude);- Medio de energia ativa;- Porta tica de comunicao;- Comunicao Zigbee Mesh, 2,4 GHz;- Aplicaes em AMR e AMI;- Medio de energia ativa;- Display LCD com 6 dgitos.- Medio de corrente de neutro;- Medio de energia ativa e reativa;- Memria de massa para 37 dias;- Suporte futura medio pr-paga;- Bateria e supercap internos para RTC;- DIC e FIC.

Alm dos medidores, utilizado para comunicao 300 unidades de coordenadores ZigBee. O coordenador responsvel pela inicializao, distribuio de endereos, manuteno da Rede, reconhecimento de todos os Ns, entre outras funes podendo servir como ponte entre vrias outras Redes ZigBee.Caractersticas:- At 8 redes ZigBee;- 8 antenas direcionais;- GPRS/GSM/ 3G compatvel;- Ethernet, Bluetooth, Wi-Fi e Wi-MAX;- Bateria de Backup;- IP66 Instalao de uso interno.

Para o tratamento dos dados, utilizado um software de gesto da medio inteligente (SMM Smart Mettering Management), que o sistema responsvel pela coleta da telemetria, alm de ser o gestor da soluo aplicada no InovCity, apresentando o status do componentes instalados na cidade de Aparecida. O software possui as seguintes funes:- Gesto de Rede;- Gesto de Perdas;- Alarmes de Processo;- Portal de Medio;- Integrao com o CCS;- Gesto de Tarifas.

Para as HAN, so utilizados dois equipamentos essenciais, alm dos roteadores, so os home display e os smart tugs. Os home display tem as seguintes funcionalidades:- Acompanhamento do consumo em grandeza acumulada do ms e totalizado;- Crdito totalizado em grandeza ou em valores monetrios;- Faixa de tarifa de energia do perodo corrente;- Alarmes de consumo;- Campo de texto para informaes da concessionria como: promoo de energia, programao de desligamento entre outras.J os smart tugs apresentam as seguintes funcionalidades:- Interliga ao home display, por comunicao ZigBee - RF;- Permite a concessionria ou consumidor comandar remotamente diversos eletrodomsticos de forma fcil e intuitiva;- Como medidor tipo shunt de baixo custo, possibilita ao consumidor acompanhar o consumo individual dos eletrodomsticos.

Nos quesitos de eficincia energtica, destaca-se a troca das lmpadas de vapor de sdio, pelas de LED, no caso da iluminao pblica, garantindo a melhoria da qualidade de iluminao e reduo de consumo em 44%. Para os consumidores de baixa renda feita a troca dos chuveiros convencionais, pelos chuveiros hbridos ou chuveiros inteligentes, pois incorporam automao no seu funcionamento, na figura 28 tem-se o diagrama de seu funcionamento, o chuveiro hbrido tem as seguintes funcionalidades:- Permite o monitoramento automtico da potncia para que a gua do banho atinja temperaturas de conforto.- Evita o desperdcio da gua residual que fica fria na tubulao, com aquecimento instantneo.- Permite o estabelecimento de potncia especfica em dias e horrios indicados.- Possibilita a configurao de tempo de banho e de intervalo entre banhos, inclusive com indicadores sonoros.

- dotado de comunicao wireless para comunicao com o software gerenciador.

No quesito mobilidade urbana, disponibilizado no momento 5 pontos de recarga de veculos eltricos, e a populao conta com motos eltricas para locomoo no centro da cidade, diminuindo o ndice de poluio.

No caso da gerao distribuda, esto em fase de construo os painis solares fotovoltaicos com capacidade de 24kW, e para as residncias os telhados verdes, que sero utilizados na microgerao. Os medidores inteligentes instalados em Aparecida possuem funcionalidade de medio em quatro quadrantes, portanto j esto aderentes a fazer as medies necessrias, o que ainda se encontra em falta de aprovao, uma regulamentao sobre as tarifas e valores que sero cobrados na microgerao.

Atualmente o projeto InovCity tem gerado uma economia de energia girando entre 20% e 40%, com a finalizao do projeto espera-se uma economia ainda maior.

8 VANTAGENS E DESVANTAGENSHoje no mundo, em qualquer mudana que se realize, existe uma preocupao com os valores investidos ou at mesmo vantagens e desvantagens, com rede de energia integrada ao sistema smart grid, no diferente. Temos como parmetros para citar estas vantagens e desvantagens, dados retirados de cidades pelo mundo onde esta tecnologia j est totalmente aplicada. Iremos comear pelas vantagens podemos citar vrios exemplos, como a eficincia, o que implica consumir menos energia da empresa concessionria, para fornecer o mesmo nvel ou at melhor da qualidade do servio atual aos seus clientes. Reduzir os custos e reduzir as emisses de carbono. Outra vantagem que podemos citar a confiabilidade. A rede inteligente detecta quando os ativos de uma rede esto comeando a falhar ou esto com desempenho em declnio, a rede os identifica para a concessionria poder repar-los ou substitu-los antes que haja uma interrupo de energia real. A rede inteligente tambm ir detectar uma falha e localiz-la com preciso, permitindo a concessionria responder a ela com muita rapidez. O smart grid permiti isolar o impacto de uma falha aos clientes, de forma que menos clientes so afetados quando h uma falha de energia. H vantagens tambm para quem gera, transmite e distribui energia estas vantagens so muito mais conhecidas e chegaram muito mais rpido. Para as concessionrias, este um timo negcio, pois podero ter maior controle de perda comercial, que um dos principais problemas no fornecimento de energia. Em relao aos consumidores, as novas instalaes podero usufruir do Smart Grid mais rapidamente, considerando que os engenheiros eletricistas podero prever a instalao com automao predial ou pr-automao para receber os novos medidores. Esta uma tecnologia que muda todo o conceito e a cultura do uso da energia eltrica. O grande desafio transferir esta nova tecnologia para o usurio final para que ele possa economizar e usufruir de seus benefcios.Alm de tudo j citado no podemos esquecer uma vantagem muito importante que pode at ser citado como o significado do smart grid que a integrao de ponta, que pode ser qualquer coisa, desde a leitura de um medidor inteligente para interagir com o sistema de gesto do cliente em casa, para painis solares, para veculos eltricos, que vai exigir a interao com a rede para ser bem sucedido.J temos dados de que a implantao da rede inteligente tem muitas vantagens, mas veremos a seguir algumas desvantagens desta tecnologia.Em projetos de smart grid, temos como uma das reas mais importantes a medio eletrnica e remota do consumo de energia dos consumidores. Os novos medidores eletrnicos alm de realizar a medio do consumo incorporam outras funcionalidades tais como: bloqueio do consumo de energia, histrico das cargas durante o dia, entre outras. Na rea de medio os desafios so grandes. Uma questo que deve ser resolvida a depreciao dos novos equipamentos eletrnicos que no podem seguir o critrio dos atuais medidores analgicos que de 13 anos. Equipamentos eletrnicos devem ser depreciados no mximo em cinco anos. Isso implica na substituio de milhes de medidores eletrnicos depois do perodo de depreciao.Podemos citar tambm outra desvantagem que a atualizao do software dos medidores para corrigir erros, incorporar novas facilidades e melhorias na robustez do cdigo. Com o avano e sofisticao dos crimes cibernticos, os softwares ficam comprometidos em mdia no perodo de seis meses. Nesse tempo, os crackers quebram as chaves de segurana usando tcnicas de fora bruta e obtm acesso ao cdigo dos equipamentos. Um exemplo concreto o mercado de fraudes dos sistemas de TV por assinatura onde as instrues de acesso atravs de equipamentos clandestinos so publicadas na Internet.Alm disso, podemos citar que no setor de telecomunicaes, embora a medio seja realizada de forma centralizada, ainda existe incorreo na tarifao. Os erros so tantos que existem empresas de consultoria especializadas em recuperar valores cobrados indevidamente e so remuneradas por taxa de sucesso.H de se ressaltar tambm que por caractersticas fsicas da energia s possvel medio no ponto de consumo. O desafio garantir que o software instalado no medidor remoto no foi alterado e que as atualizaes realizadas pela concessionria tenham sido certificadas pelo rgo fiscalizador.

9 CONCLUSONo decorrer deste trabalho notou-se a necessidade urgente de mudanas no sistema eltrico no s no cenrio nacional, mas sim mundial. O atual sistema utilizado para gerao, transmisso e distribuio de energia apresenta muitas falhas, que so evidenciadas pelos apages e quedas constantes de energia.O smart grid vem como uma soluo para os problemas, pois ele busca englobar o que h de mais avanado na tecnologia de automao, comunicao e computao para a melhoria do sistema eltrico.

REFERNCIAS InovCity Aparecida. Disponvel em: Acesso em: 20 mai. 2015

Cemig. Disponvel em: Acesso em: 10 mai. 2015

TecMundo. Disponvel em: Acesso em: 13 mai. 2015