Rede Inteligente: por que, como, quem, quando, onde?

Todo lugar para onde volto meu olhar ultimamente vejo Smart Grid isso e Smart Grid aquilo. Deve ser algo ligado ao meio-ambiente ou mais uma rede de bandidos para ser citado com tanta frequência pela imprensa.

Meus estudos nesse tema ainda estão começando, mas tenho um bom conhecimento dos “antigos” sistemas de distribuição de energia (os atualmente em uso). Agora como escritor do Blog Smart Grid eu vejo dezenas de notícias e fóruns circulando pela internet todos os dias sobre o tema, sendo assim eu vou tentar aqui separar o joio do trigo e deixar mais claro sobre o que é esse tópico. Sinta-se livre, quando ler este artigo, para postar seu comentário ou me enviar um e-mail me corrigindo (a menos que você me chame de nomes feios, não irei censurar).

Sei que a wikipedia não é a melhor fonte, mas vamos começar com a sua definição para Smart Grid. O verbete não existe em português, mas em inglês sua definição ocupa um bom espaço. Vamos a uma “tradução de prateleira”:

“Uma rede inteligente distribui eletricidade dos fornecedores aos consumidores usando tecnologia digital para economizar energia, reduzir custos e melhorar a confiabilidade e a transparência. Uma rede de energia tão modernizada está sendo promovida por muitos governos como uma forma de lidar com a independência energética, aquecimento global e questões emergentes de elasticidade. Como qualquer iniciativa extremamente promovida, muitas propostas semelhantes têm nomes semelhantes, incluindo rede elétrica inteligente (Smart Electric Grid), rede de potência inteligente, rede inteligente (ou Intelligrid), Rede do Futuro (FutureGrid), e a mais moderna interrede e intrarede (Intergrid e Intragrid).”

Bem impressionante… mas permanece um pouco vago sobre o que a idéia é atualmente e o que ela faz. Que tal se aplicarmos a metodologia dedutiva de engenharia e quebrar a idéia em um questionário a ser respondido:

• Como a “rede” é hoje?
• Como será a “rede inteligente” do futuro?
• Por que ela precisa ficar “inteligente”?
• Como fazer para que ela fique “inteligente”?
• Quem irá torná-la “inteligente”?
• Quando ela se tornará “inteligente”?
• Que outras coisas pode fazer uma Rede Inteligente?

Como a “rede” é hoje?

Abaixo segue imagem simplificada de como é o atual sistema de distribuição de energia elétrica no Brasil.

Este é o diagrama básico simplificado da rede elétrica existente antes das fontes de energia alternativa serem adicionadas recentemente. Realmente muito simples de se entender. Grandes usinas de geração injetam eletricidade num sistema de fios que a transporta para casas e empresas. Precisando-se de mais energia… basta apenas aumentar a geração. O sistema é tão grande que pequenas flutuações na demanda local são meras pedras lançadas no oceano, assim não causam grandes mudanças no todo. Como você pode imaginar, aumentar ou diminuir a geração de grandes usinas é provavelmente consideravelmente ineficiente e muito inadequado para a atual demanda.

Como será a “rede inteligente” do futuro?

Como visão de futuro segue uma imagem simplificada do que será o Smart Grid:

Agora ao invés de um diagrama unidirecional tem-se um multidirecional, com a energia fluindo pela rede em todas as direções, das usinas para os consumidores, das fontes renováveis distribuídas pela rede para os consumidores, da geração residencial para a rede etc. Segue detalhamento:

1. Central de Operação do Sistema na concessionária;
2. Grandes usinas estado-da-arte em geração eficiente de energia;
3. Residências (consumidores e/ou fornecedores);
4. Subestações;
5. Comércio, indústria e governo (consumidores e/ou fornecedores);
6. Geração renovável de energia em pequena-escala;
7. Geração distribuída tradicional;
8. Armazenador distribuído de energia;
9. Geração distribuída renovável de energia;
10. Equipamentos eficientes energeticamente;
11. Veículos elétricos;
12. Informação de consumo em tempo real;
13. Programas de gerenciamento de energia pelo lado da demanda;
14. Medidores inteligentes;
15. Linhas de transmissão;
16. Linhas de distribuição.

Por que ela precisa ficar “Inteligente”?

Nos dias de hoje nós temos vários desafios a enfrentar que são do interesse da humanidade em geral e do mundo ocidental em particular. Não penso que preciso repeti-los aqui, mas basicamente eles são em sua natureza ambientais e geopolíticos. Só para constar houve um aumento de 37,9% da participação de fontes não renováveis na produção de energia elétrica no Brasil em apenas um ano, de 2007 para 2008, e diminuição de 1,5% das fontes de energia renovável, conforme dados recentes da EPE, e que essas fontes não renováveis são as principais fontes para geração de eletricidade no mundo… tais sistemas que lançam carbono na atmosfera e são ineficientes e poluentes devem ser repensados para serem substituídos por fontes de energia distribuídas e renováveis e assim ficarmos muito mais eficientes na geração e distribuição de eletricidade para os usuários finais.

As geradoras decidiram atacar este problema em várias frentes de uma vez… o que é uma boa ideia… finalmente.

Obviamente a primeira ideia a considerar… como em qualquer sistema de engenharia… é eficiência. Isso mesmo, muito pode ser alcançado em fazer as velhas usinas tanto hidráulicas quanto térmicas pelo mundo mais eficientes porque elas são justamente isso.. usinas muito velhas.

Pode-se ganhar mais eficiência pelo caminho melhorando a eficiência da transmissão e presumivelmente isso está sendo feito enquanto falamos. A anos a Eletrobrás e a Petrobrás desenvolvem programas de eficiência energética, o Procel e o Conpet e além disso o governo federal irá implantar plano de eficiência energética mais amplo, com possibilidade de que residências que implantem geração distribuída possam vender energia excedente para a rede elétrica. Essas iniciativas de eficiência energética podem resultar em economias nas contas da ordem de bilhões de reais, a exemplo do que aconteceu no apagão de 2001/02 no Brasil.

Sabe-se ainda que preços crescentes para a energia tendem a fazer com que os usuários finais busquem eficiências, seria o caso de ter-se uma tarifa diferenciada para o consumo no horário de ponta, uma tarifa amarela, como a ANEEL já vem divulgando estar estudando essa possibilidade… mas sem terem mais informação para se basearem, o que faz uma grande diferença, o consumidor não poderá decidir desligar o chuveiro no período de ponta. Assim, o que nós precisamos é alguma forma de monitorar cada uso individual da energia, assim eles podem ver o que estará lhes custando mais dinheiro… o que os permite assim alterar seus ambientes e hábitos se necessário.

A próxima solução parcial para o nosso problema de energia é a adição de fontes alternativas de energia tais como solar, eólica, marés etc. Como essas fontes tendem a depender da localização geográfica (i.e. energia das marés precisam ser nos oceanos e painéis solares precisam de um local ensolarado para funcionar) nós precisamos estar hábeis a conectá-los na rede existente, assim a eletricidade que eles geram pode fluir para os usuários finais. Eventualmente desejaríamos ser possível desconectar totalmente essas grandes usinas e usar apenas fontes pequenas, mais eficientes e amigas da Terra.

Apesar de isso soar muito simples quanto ao conceito, têm-se alguns problemas básicos que precisam ser levados em conta para que funcione. Como muitas dessas fontes alternativas de energia são intermitentes (i.e. o sol não brilha à noite) nós precisamos ter alguma forma de manter a quantidade de eletricidade nos fios igual ao montante que estamos usando em cada instante. Para fazer isso nós precisamos ser capazes de acompanhar o que cada um está usando… e balancear com as fontes de energia disponíveis.

Além de todos esses motivos outro motivo pelo qual as instalações de redes inteligentes está crescendo no Brasil é o combate às perdas não-técnicas, ou em bom português, combate ao furto de energia, o famoso “gato”. Monitorando o consumo em tempo real é possível saber exatamente quando houve um aumento repentino de consumo e analisar se deve-se fazer uma visitinha ao consumidor.

Como fazer para que ela fique “Inteligente”?

Entra o primeiro elemento de uma Rede Inteligente… chamado Medidor Inteligente (Smart Meter). Esse dispositivo irá substituir o velho medidor que é utilizado apenas para medir mensalmente o consumo para que a concessionária envie sua fatura. Segue uma foto de como se parece um Medidor Inteligente.

O que faz esses medidores serem inteligentes é que eles podem se comunicar eletronicamente com um sistema central via linha de energia (powerline communication – PLC) ou internet ou talvez outra rede eletrônica (celular etc.). Isso significa que a companhia de energia pode instantaneamente saber quanto de eletricidade você está usando. O que permite então o balanço de cargas e assim aumento da eficiência da rede. Isso permite também que a empresa gere sua fatura de energia sem que um leiturista precise ir até sua casa… o que teoricamente pode fazer você economizar dinheiro. Não apenas isso, o consumo de energia pode ser acessado baseado na hora do dia, períodos de carga etc.

Seguem algumas coisas que um medidor e uma rede inteligentes permitirão:

Para a empresa de energia:

• Gerenciamento do pico de carga;
• Controle preciso sobre dispositivos de gerenciamento de carga para oferecer programas superiores de resposta da demanda;
• Em conjunto com tecnologias de armazenamento distribuído de energia e de energias renováveis, permitindo que as empresas despachem geração limpa e eficiente de energia pela rede elétrica durante períodos de pico.

Basicamente elas poderão aumentar a eficiência de suas operações existentes e terão a habilidade de adicionar geração de energia intermitente (renovável).

Para o usuário final:

• Para usuários comerciais e industriais haverá uma multidão de oportunidades de economia de energia disponíveis com essa tecnologia. A habilidade de programar o uso de cargas não essenciais para horários fora de pico, por exemplo, poderá economizar energia e dinheiro.
• Sabendo quanta energia você está usando em qualquer instante… e quanto isso está custando para você baseado na hora do dia etc. dá a você um meio de cortar custos se você desejar por meio de programação ou cortando o uso. Com um medidor inteligente e uma rede inteligente você poderá ver exatamente o que está acontecendo em qualquer instante. Permitindo também economia de energia e dinheiro.

A ANEEL realizou consulta pública sobre o tema de medição eletrônica buscando subsídios para elaboração de resolução específica para o tema. Nada está definido ainda quanto a quais funcionalidades os medidores inteligentes deverão ter obrigatoriamente, mas esse é um caminho sem volta, várias empresas de energia no Brasil já estão realizando a substituição dos velhos medidores eletromecânicos por medidores eletrônicos e com a possibilidade de poderem utilizar a tecnologia PLC em benefício próprio, as redes inteligentes estão a um passo de se tornarem realidade e terem todo o seu potencial explorado.

Quem irá torná-la “Inteligente”?

Os principais interessados na adoção das Redes Inteligentes são, é claro, as companhias de energia. Elas se beneficiarão muito por estenderem a vida útil de suas usinas e de suas infra-estruturas e aumentar a eficiência dos seus sistemas.

Diferentemente de outros países o governo no Brasil ainda não criou um fundo específico para desenvolver esses tipos de projetos, como fez para o Luz para Todos, para o Programa de Troca de Geladeiras etc. e a ANEEL ainda está analisando as consequências na tarifa, pois todo investimento realizado pelas distribuidoras tem seu valor reconhecido na tarifa, se for um investimento prudente, conforme decisão da Agência. Mas como vimos recentemente… há um movimento mundial nessa direção… finalmente.

Muitas grandes empresas pelo mundo estão entrando na batalha, como por exemplo GE, IBM, Google, MicroSoft e outras, e assim parece que se está no caminho para implementar isto da forma correta. Elas serão as que projetarão sistemas, criarão equipamentos, financiarão projetos, instalarão e monitorarão os equipamentos e sistemas. Ao longo do caminho precisaremos de treinamento e educação também para vários profissionais a começar pelos Engenheiros Eletricistas e muitos outros. Praticamente todo segmento da economia pode se beneficiar com esse movimento.

Um exemplo do que estar por vir é a possibilidade pelo Google de se ter um log de medição inteligente no serviço e ver como é o seu consumo de energia. Veja em Google Powermeter para ver o que eles estão fazendo. Isso é coisa boa.

Quando ela se tornará “Inteligente”?

Isso já está acontecendo pelo Brasil e pelo mundo e eu tenho certeza que impulsionará outros a fazerem as suas tão rápido quanto possível. Fora do Brasil, na dianteira  existe uma companhia chamada Xcel Energy com seu projeto SmartGridCity em Boulder no Colorado, EUA. Esse sistema avançado e integrado de rede inteligente – quando totalmente implementando dentro de cinco anos – fornecerá aos consumidores um portfólio de tecnologias emergentes projetadas para fornecer benefícios ambientais, financeiros e operacionais.

Também, MEREGIO (Minimum Emissions Region), é um projeto de rede inteligente atualmente em desenvolvimento numa planta piloto na região de Karlsruhe-Suttgart  no sul da Alemanha, uma das áreas mais densas e populosas do país e amplamente considerada o maior local da Europa em fábricas de alta-tecnologia. O objetivo do projeto é criar uma rede otimizada e sustentável que reduzirá as emissões de CO2 tão próximas de zero quanto é tecnicamente e humanamente factível.

Há ainda o projeto Málaga SmartCity lançado recentemente na Espanha. O projeto de € 31 milhões envolvendo onze empresas sob a liderança da companhia energética espanhola Endesa está sendo realizado em Playa de la Misericordia uma seção de Málaga, envolvendo 300 clientes industriais, 900 prestadores de serviços e 11.000 famílias, durante um período de quatro anos. Fontes de energia renováveis serão ligadas à rede mais próximas dos clientes casando geração com consumo, sendo instalando painéis foto-voltaicos em edifícios públicos, utilizando micro-geração em alguns hotéis e instalando micro sistemas eólicos na região.

Nos EUA o governo Obama  liberou pacote de investimentos de $8,3 bilhões para o desenvolvimento de redes inteligentes, o que com certeza provocará um grande aumento de negócios nos próximos cinco anos. Obviamente se gastará certo tempo para se fazer os projetos de redes inteligentes pelo mundo, até se explorar todo o seu potencial, mas não há quem pare isso mais, redes inteligentes serão para a energia elétrica o que os sistemas celulares foram para as telecomunicações.

No Brasil quem está à frente são as concessionárias de energia, como ELETROPAULO, CEMIG, CPFL, e outras em conjunto com associações como a Aptel, Abradee e outros representantes do setor elétrico, bem como empresas produtoras de equipamentos, como por exemplo, a Landis Gyr que conseguiu recentemente homologação pelo Inmetro do seu sistema de medição eletrônica. A principal dificuldade é qual modelo utilizar no desenvolvimento das redes inteligentes, o que precisa do apoio da ANEEL com regulamentos adequados a essas várias possibilidades que se apresentam com a utilização de Smart Grid.

Que outras coisas pode fazer uma Rede Inteligente?

Eu posso dizer a você que estar apto a monitorar a energia é apenas um aspecto da visão Smart Grid… e ao final, pode não ser a força principal que levará a se instalar redes inteligentes na maioria dos lares.

O que acha se uma companhia de energia pudesse fornecer entretenimento e comunicações na sua casa através da rede inteligente, assim você se livrará das conexões a cabo e telefone e terá apena um conjunto de fios pela casa. Ligue aparelhos e tenha comunicação um com o outro. Faça uma ligação ou navegue pelo sistema residencial e ligue sua banheira e ela estará quente quando você chegar em casa ou desligue as lâmpadas que esqueceu ligadas. Ligue na tomada uma caixa de multimídia (set top box) e tenha ela conectada na internet e assim assista vídeo sob demanda… ou sintonize sua rede de TV favorita. Plugue um telefone e se comunique com seus amigos como se estivesse em um telefone convencional. Conecte seu carro e tenha ele fornecendo energia para sua casa… ou venda o excesso de volta para a companhia de energia.

Isso tudo não é um sonho e eu penso que você concordará que as companhias de energia acharão esse cenário muito mais rentável no longo prazo do que simplesmente poder aumentar a eficiência dos seus sistemas de energia ou combater o furto de energia.

Já existem no mundo sistemas de automatização de residências, desenvolvidos por empresas que vêm trabalhando por anos para fazer tornar esse sonho realidade e existem várias companhias já hoje com produtos no mercado que irão fazer exatamente o que eu estou falando acima.

Em qualquer caso, o futuro parece brilhante para aquelas companhias que se alinharem com a construção e manutenção do Smart Grid… não apenas no Brasil, mas ao redor do mundo. Se isso for feito corretamente… os principais beneficiários serão você e eu.

Relacionados:

1. Distribuidoras não poderão explorar serviço de Internet via rede elétrica Será dada hoje a largada para a exploração das redes de distribuição de energia elétrica para além de simplesmente fornecerem energia......
2. Quem somos   Bem-vindo ao site Rede Inteligente. Rede Inteligente é um site com atualização diária online sobre redes elétricas inteligentes e tecnologias e serviços associados, sendo um dos primeiros sites sobre o......
3. Smart Grid o que é isso? O que são Redes Inteligentes? Smart Grid em tradução livre do inglês significa Redes Inteligentes......
4. BPL/PLC e Smart Grid – Sinais de vida As tecnologias conhecidas como BPL (Broadband over Power Line) ou PLC (Power Line Communications), que permitem a transmissão de dados via cabos elétricos, têm uma história de décadas. Apesar de melhorias substanciais na capacidade destas tecnologias de transmitir dados, inclusive Internet de banda larga nos últimos anos, não parecem vingar em larga escala apesar dos numerosos testes realizados no Brasil e outros países do mundo......
5. Smart Grid inicia revolução no setor elétrico Rede inteligente significa alterar um modelo de negócio com um século de vida e dar mais poder ao consumidor, segundo agentes......