As smart grids - redes inteligentes - são essenciais para
transformar as redes de eletricidade e assim lidar com a crescente demanda, a
geração intermitente e distribuição renovável e as pressões ambientais. Mas há
tantos desafios quanto oportunidades.
Cerca de 50 bilhões de dispositivos de diversos tipos podem estar conectados um ao outro ao redor do mundo até 2020, de acordo com estimativas. E esse número pode ser até conservador, considerando os 6 bilhões de celulares existentes hoje no mundo. As redes de eletricidade serão o alicerce dessa "constelação de microrredes", fornecendo eletricidade para praticamente todos os outros componentes de uma forma ou de outra, mas também explorando as novas possibilidades oferecidas pelas primorosas tecnologias de informação e comunicação (ICT).
A soma dessas possibilidades geralmente é chamada de "smart grid", com o foco de gerenciar melhor a energia do sistema através da coordenação de microrredes. As definições variam, mas, em um sentido amplo, o termo é usado para descrever as redes de eletricidade com capacidade bidirecional de comunicação e energia, da geração - convencional e renovável- ao uso final: comercial, industrial e residencial. A rede inteligente é tanto uma criadora quanto um requisito do setor de energia, que evolui em resposta a diversas demandas. No setor tradicional de energia, a maior parte dela é produzida principalmente por grandes geradores alimentados por combustíveis fósseis, sendo então enviada para os clientes que pagam um preço de varejo médio e determinado uma única vez. A comunicação sempre foi um processo de mão única, com o consumo previsto e financeiramente reconciliado através de leituras de medidores - feitas manual e individualmente - meses após a entrega.
Os meios atuais de produção de energia operam com emissões de CO2 excessivamente altas. Seguindo
as tendências atuais, por exemplo, as emissões anuais de CO2 crescerão dos aproximados 30 Gt do momento para aproximadamente 43 Gt até 2035, quando a produção global de petróleo deverá ter alcançado seu pico. Então, muita coisa está em jogo. As smart grids estão no topo da agenda dos legisladores e estiveram presentes na Conferência Rio+20, com o objetivo de ajudar a fornecer acesso universal a energia para todos. A rede inteligente já é um requisito do setor de energia.
Cerca de 50 bilhões de dispositivos de diversos tipos podem estar conectados um ao outro ao redor do mundo até 2020, de acordo com estimativas. E esse número pode ser até conservador, considerando os 6 bilhões de celulares existentes hoje no mundo. As redes de eletricidade serão o alicerce dessa "constelação de microrredes", fornecendo eletricidade para praticamente todos os outros componentes de uma forma ou de outra, mas também explorando as novas possibilidades oferecidas pelas primorosas tecnologias de informação e comunicação (ICT).
A soma dessas possibilidades geralmente é chamada de "smart grid", com o foco de gerenciar melhor a energia do sistema através da coordenação de microrredes. As definições variam, mas, em um sentido amplo, o termo é usado para descrever as redes de eletricidade com capacidade bidirecional de comunicação e energia, da geração - convencional e renovável- ao uso final: comercial, industrial e residencial. A rede inteligente é tanto uma criadora quanto um requisito do setor de energia, que evolui em resposta a diversas demandas. No setor tradicional de energia, a maior parte dela é produzida principalmente por grandes geradores alimentados por combustíveis fósseis, sendo então enviada para os clientes que pagam um preço de varejo médio e determinado uma única vez. A comunicação sempre foi um processo de mão única, com o consumo previsto e financeiramente reconciliado através de leituras de medidores - feitas manual e individualmente - meses após a entrega.
Os meios atuais de produção de energia operam com emissões de CO2 excessivamente altas. Seguindo
as tendências atuais, por exemplo, as emissões anuais de CO2 crescerão dos aproximados 30 Gt do momento para aproximadamente 43 Gt até 2035, quando a produção global de petróleo deverá ter alcançado seu pico. Então, muita coisa está em jogo. As smart grids estão no topo da agenda dos legisladores e estiveram presentes na Conferência Rio+20, com o objetivo de ajudar a fornecer acesso universal a energia para todos. A rede inteligente já é um requisito do setor de energia.
GERANDO A MUDANÇA
Com a rede inteligente, a comunicação se torna multidimensional, com as informações fluindo entre diversos dispositivos participantes e pontos de consumo em tempo real. Isso permitirá que todo o sistema opere de forma mais flexível e facilite a penetração de tecnologias de baixo carbono, tais como veículos elétricos. As redes inteligentes também devem liderar a evolução de políticas de energia, trazendo vantagens aos usuários de eletricidade similares às experimentadas em outras áreas, como a comunicação. O preço da eletricidade também pode flutuar hora a hora ou minuto a minuto, conforme a disponibilidade de energia no sistema.
Renováveis fazem parte da solução. A energia eólica, solar, geotérmica e marítima crescerá mais rápido do que outras fontes no mundo, em uma taxa de 7,2% ao ano até 2030. A energia renovável precisa ser integrada em um sistema consistente de gestão de energia, cujo papel é equilibrar toda a rede de transmissão e distribuição através de instalações de geração e armazenamento de energia distribuída em tempo real, em pequena escala, tais como instalações solares em telhados ou veículos elétricos operando em sistema plug-in. As redes inteligentes melhorarão a utilização de recursos de rede dando aos clientes o incentivo para alterar o consumo para períodos de alta disponibilidade de energia (períodos fora de pico, ou períodos renováveis de pico). A melhor eficiência da rede também reduzirá a necessidade de uma nova infraestrutura, especialmente em áreas congestionadas onde os
custos - e a oposição pública - estão subindo. Aqui, a eletrônica de potência ajudará a aumentar a densidade da vazão de energia sobre a capacidade existente.
As redes inteligentes também melhorarão a eficiência geral do sistema, permitindo maior integração entre regiões ou países. Para regiões cobrindo diferentes horários e climas, as redes inteligentes melhorarão muito o equilíbrio entre consumo de energia e geração renovável, aumentando, assim, a eficiência da rede. Oportunidades parecidas existem na América do Norte, onde a maior parte da infraestrutura da rede é regionalizada. Além dos benefícios econômicos, as redes inteligentes facilitarão o desenvolvimento de redes de larga escala e zero carbono. Embora o consumo de eletricidade represente apenas 17% do uso total de energia hoje, ele leva a 40% de emissões globais de CO2, o que se deve em grande parte ao fato de a eletricidade ser produzida com combustíveis fósseis. As redes inteligentes ajudarão a reduzir pela metade essa contribuição, diretamente através de uma melhor eficiência do sistema da rede, e indiretamente através do suporte a veículos elétricos e renováveis.
As redes inteligentes podem liderar a evolução das políticas energéticas.
Com a rede inteligente, a comunicação se torna multidimensional, com as informações fluindo entre diversos dispositivos participantes e pontos de consumo em tempo real. Isso permitirá que todo o sistema opere de forma mais flexível e facilite a penetração de tecnologias de baixo carbono, tais como veículos elétricos. As redes inteligentes também devem liderar a evolução de políticas de energia, trazendo vantagens aos usuários de eletricidade similares às experimentadas em outras áreas, como a comunicação. O preço da eletricidade também pode flutuar hora a hora ou minuto a minuto, conforme a disponibilidade de energia no sistema.
Renováveis fazem parte da solução. A energia eólica, solar, geotérmica e marítima crescerá mais rápido do que outras fontes no mundo, em uma taxa de 7,2% ao ano até 2030. A energia renovável precisa ser integrada em um sistema consistente de gestão de energia, cujo papel é equilibrar toda a rede de transmissão e distribuição através de instalações de geração e armazenamento de energia distribuída em tempo real, em pequena escala, tais como instalações solares em telhados ou veículos elétricos operando em sistema plug-in. As redes inteligentes melhorarão a utilização de recursos de rede dando aos clientes o incentivo para alterar o consumo para períodos de alta disponibilidade de energia (períodos fora de pico, ou períodos renováveis de pico). A melhor eficiência da rede também reduzirá a necessidade de uma nova infraestrutura, especialmente em áreas congestionadas onde os
custos - e a oposição pública - estão subindo. Aqui, a eletrônica de potência ajudará a aumentar a densidade da vazão de energia sobre a capacidade existente.
As redes inteligentes também melhorarão a eficiência geral do sistema, permitindo maior integração entre regiões ou países. Para regiões cobrindo diferentes horários e climas, as redes inteligentes melhorarão muito o equilíbrio entre consumo de energia e geração renovável, aumentando, assim, a eficiência da rede. Oportunidades parecidas existem na América do Norte, onde a maior parte da infraestrutura da rede é regionalizada. Além dos benefícios econômicos, as redes inteligentes facilitarão o desenvolvimento de redes de larga escala e zero carbono. Embora o consumo de eletricidade represente apenas 17% do uso total de energia hoje, ele leva a 40% de emissões globais de CO2, o que se deve em grande parte ao fato de a eletricidade ser produzida com combustíveis fósseis. As redes inteligentes ajudarão a reduzir pela metade essa contribuição, diretamente através de uma melhor eficiência do sistema da rede, e indiretamente através do suporte a veículos elétricos e renováveis.
As redes inteligentes podem liderar a evolução das políticas energéticas.
INVESTIMENTOS EM
TECNOLOGIAS
Investimentos significativos são necessários para que seja possível extrair benefícios integrais dessas tecnologias. Uma rede inteligente completamente funcional nos EUA exigiria investimentos entre US$ 338 e US$ 476 bilhões, de acordo com o Electric Power Research Institute (EPRI). O EPRI estima benefícios entre US$ 1,3 e US$ 2 trilhões. No entanto, o setor tem visto um gasto relativamente baixo e decrescente em P&D ao longo dos últimos anos. A boa notícia é que as tecnologias que acabarão por compor a rede inteligente não precisam ser empregadas ao mesmo tempo; a rede inteligente pode ser gradualmente implementada ao longo de anos, até décadas, com veículos de distribuição renovável a longo prazo. A abordagem é identificar e desenvolver sinergias entre essas tecnologias de componentes críticos. Definimos 15 iniciativas de soluções inteligentes críticas, cobrindo as salas de controle de rede, as soluções de subestação digital e a eletrônica de potência. As atividades de rede inteligente cobrem as tecnologias na cadeia de valor: eletrônica de potência incluindo os sistemas de HVDC, FACTS, conversores para renováveis, compensadores estáticos de VAr, além de STATCOMs (soluções de automação de subestação cobrindo toda a proteção e o controle para aplicativos de transmissão e distribuição, assim como TI da sala de controIe). Nosso objetivo é fornecer soluções inteligentes para diversas escalas geográficas, ecodistritos e microrredes através de cidades inteligentes até redes regionais e internacionais. No futuro, em cidades como São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte, as energias renováveis e os veículos elétricos precisarão ser integrados através de comunidades virtuais de energia para garantir que ela seja usada o mais próximo possível de seu local de produção – evitando o congestionamento nas redes de transmissão.
A rede inteligente também se tornará uma espinha dorsal para a integração de futuros sistemas de transporte elétrico para permitir vazão bidirecional de energias entre infraestrutura de transporte e redes de concessionárias.
Esses exemplos ilustram o fato de que a rede inteligente não trata apenas de medidores inteligentes, mas principalmente de comunicação em pontos anteriores do processo, automação e TI de gestão de energia.
A rede inteligente pode ser desenvolvida gradualmente.
Investimentos significativos são necessários para que seja possível extrair benefícios integrais dessas tecnologias. Uma rede inteligente completamente funcional nos EUA exigiria investimentos entre US$ 338 e US$ 476 bilhões, de acordo com o Electric Power Research Institute (EPRI). O EPRI estima benefícios entre US$ 1,3 e US$ 2 trilhões. No entanto, o setor tem visto um gasto relativamente baixo e decrescente em P&D ao longo dos últimos anos. A boa notícia é que as tecnologias que acabarão por compor a rede inteligente não precisam ser empregadas ao mesmo tempo; a rede inteligente pode ser gradualmente implementada ao longo de anos, até décadas, com veículos de distribuição renovável a longo prazo. A abordagem é identificar e desenvolver sinergias entre essas tecnologias de componentes críticos. Definimos 15 iniciativas de soluções inteligentes críticas, cobrindo as salas de controle de rede, as soluções de subestação digital e a eletrônica de potência. As atividades de rede inteligente cobrem as tecnologias na cadeia de valor: eletrônica de potência incluindo os sistemas de HVDC, FACTS, conversores para renováveis, compensadores estáticos de VAr, além de STATCOMs (soluções de automação de subestação cobrindo toda a proteção e o controle para aplicativos de transmissão e distribuição, assim como TI da sala de controIe). Nosso objetivo é fornecer soluções inteligentes para diversas escalas geográficas, ecodistritos e microrredes através de cidades inteligentes até redes regionais e internacionais. No futuro, em cidades como São Paulo, Rio de Janeiro e Belo Horizonte, as energias renováveis e os veículos elétricos precisarão ser integrados através de comunidades virtuais de energia para garantir que ela seja usada o mais próximo possível de seu local de produção – evitando o congestionamento nas redes de transmissão.
A rede inteligente também se tornará uma espinha dorsal para a integração de futuros sistemas de transporte elétrico para permitir vazão bidirecional de energias entre infraestrutura de transporte e redes de concessionárias.
Esses exemplos ilustram o fato de que a rede inteligente não trata apenas de medidores inteligentes, mas principalmente de comunicação em pontos anteriores do processo, automação e TI de gestão de energia.
A rede inteligente pode ser desenvolvida gradualmente.
NORMAS: UM ELEMENTO
VITAL
Além disso, as normas são cruciais para a integração de tantos tipos diferentes de equipamentos e usos entre várias entidades conectoras da rede - consumidores, veículos, prédios, parques renováveis. Elas também são essenciais para alcançar o retorno tecnológico sobre o investimento para as concessionárias. Um conjunto comum de normas para garantir a interoperabilidade entre a infraestrutura da rede inteligente gerará confiança do mercado nesses novos usos e estimulará o investimento das concessionárias.
O tempo é um dilema. Se a normatização for prematura, ela poderia inibir a adoção de tecnologias posteriores; se ocorrer tarde demais, os custos de transição para a nova norma evitariam a disseminação da tecnologia em larga escala. Muito trabalho foi dedicado para a adoção da norma IEC; é importante complementá-la com novos usos de rede inteligente e acelerar a transição. No entanto, a interoperabilidade trará novas dificuldades. Embora os sistemas de controle de rede tenham ficado historicamente isolados da infraestrutura pública de TI, novos pontos de conexão com o cliente abrirão novos riscos para invasão digital. A segurança digital é então crítica para os futuros sistemas de rede.
Além disso, as normas são cruciais para a integração de tantos tipos diferentes de equipamentos e usos entre várias entidades conectoras da rede - consumidores, veículos, prédios, parques renováveis. Elas também são essenciais para alcançar o retorno tecnológico sobre o investimento para as concessionárias. Um conjunto comum de normas para garantir a interoperabilidade entre a infraestrutura da rede inteligente gerará confiança do mercado nesses novos usos e estimulará o investimento das concessionárias.
O tempo é um dilema. Se a normatização for prematura, ela poderia inibir a adoção de tecnologias posteriores; se ocorrer tarde demais, os custos de transição para a nova norma evitariam a disseminação da tecnologia em larga escala. Muito trabalho foi dedicado para a adoção da norma IEC; é importante complementá-la com novos usos de rede inteligente e acelerar a transição. No entanto, a interoperabilidade trará novas dificuldades. Embora os sistemas de controle de rede tenham ficado historicamente isolados da infraestrutura pública de TI, novos pontos de conexão com o cliente abrirão novos riscos para invasão digital. A segurança digital é então crítica para os futuros sistemas de rede.
AVANÇOS
As soluções de redes inteligentes tem sido aplicadas em redes de transmissão ao longo dos últimos anos e estão sendo expandidas em direção a novos usos de distribuição. As próximas etapas - projetos de grande escala integrais - envolverão todos os operadores e stakeholders do negócio de energia. O projeto Fenix é considerado pela Comissão Europeia como um primeiro passo nessa área. O projeto TWENTIES será um protótipo de ferramentas de gestão online de estabilidade e demonstrará tecnologias críticas necessárias para estabelecer uma rede de transmissão em toda a Europa, híbrida entre CD e CA, capaz de responder à crescente porção de renováveis até 2020. O projeto de rede inteligente Noroeste do Pacífico, nos EUA, testa novas tecnologias de central de controle de geração para otimizar o desempenho da infraestrutura da rede até os usuários finais residenciais.
As redes inteligentes também afetarão a forma como negociamos energia quando interações em tempo real ocorrerem entre todos os responsáveis pela cadeia de valor.
As soluções de redes inteligentes tem sido aplicadas em redes de transmissão ao longo dos últimos anos e estão sendo expandidas em direção a novos usos de distribuição. As próximas etapas - projetos de grande escala integrais - envolverão todos os operadores e stakeholders do negócio de energia. O projeto Fenix é considerado pela Comissão Europeia como um primeiro passo nessa área. O projeto TWENTIES será um protótipo de ferramentas de gestão online de estabilidade e demonstrará tecnologias críticas necessárias para estabelecer uma rede de transmissão em toda a Europa, híbrida entre CD e CA, capaz de responder à crescente porção de renováveis até 2020. O projeto de rede inteligente Noroeste do Pacífico, nos EUA, testa novas tecnologias de central de controle de geração para otimizar o desempenho da infraestrutura da rede até os usuários finais residenciais.
As redes inteligentes também afetarão a forma como negociamos energia quando interações em tempo real ocorrerem entre todos os responsáveis pela cadeia de valor.
EUROPA E RESTO DO
MUNDO
NORMATIZAÇÃO DAS REDES INTELIGENTES
O IEC definiu um Grupo Estratégico em rede inteligente em 2008. Ele produziu um mapa e uma lista de 100 normas de IEC relevantes, incluindo o IEC 61970 (CIM), IEC 61850 (Automação de Subestação) e IEC/TS 62351 (Segurança). O Instituto Nacional dos EUA de Normas e Tecnologia (NIST) emitiu um quadro de trabalho e mapa para normas de interoperabilidade das redes inteligentes. O IEEE tem trabalhado de perto com o NIST para desenvolver um mapa de normas e padrões de testes e certificação para a rede inteligente. A Comissão Europeia reconheceu a importância do desenvolvimento da rede inteligente ao futuro econômico da Europa. Ela estabeleceu uma força-tarefa de redes inteligentes e emitiu diversos mandatos para as organizações de normas europeias. O Instituto Europeu de Normas de Telecomunicação (ETSI) e o Comitê Europeu de Normatização Eletrotécnica (CEN/CENELEC) estão trabalhando juntos no Mandato M490 para cobrir as necessidades de redes inteligentes para todos os setores. Um primeiro con- junto de normas de redes inteligentes e uma arquitetura de referência estarão disponíveis no final de 2012.
O NIST desempenha um dos principais papeis no desenvolvimento das redes inteligentes - ligando concessionárias, órgãos regulamentadores, fabricantes, consumidores e fornecedores de energia para desenvolver interoperabilidade. O processo de trabalho do NIST é liderado pelo Painel de Interoperabilidade de redes inteligentes (SGIP). O SGFAC oferece instruções a liderança do NIST para seu trabalho atual e futuro em redes inteligentes, incluindo os processos do SGIP.
Em julho de 2011, o SGIP registrou as seis primeiras entradas em seu Catálogo de Normas, um guia para todos os envolvidos em tecnologias relacionadas a redes inteligentes. Em agosto de 2011, a Comissão Federal Regulatória de Energia (FERC) decidiu que não estabeleceria uma regra sobre as normas de redes inteligentes, mas encorajou os públicos de relacionamento a participarem do processo de interoperabilidade do NIST, que hoje é a base para desenvolver normas de interoperabilidade. Com este apoio da FERC, uma maior participação de concessionárias nas atividades do SGIP ajudará a obter os níveis adequados de "consenso" que devem ser adaptados e implementados pela indústria.
O interesse em redes inteligentes tem crescido rapidamente no Brasil, e o país está desempenhando um papel ativo em diferentes iniciativas internacionais, sendo anfitrião de diversas grandes conferências sobre rede inteligente em 2012, inclusive a DistributechBrasil2012.
Artigo da revista GTD – energia elétrica, edição jul/ago 2012 por Ricardo Hering (Brasil), Dr Lawrence Jones (EUA) e Laurent Schmitt (França), da Alstom.
NORMATIZAÇÃO DAS REDES INTELIGENTES
O IEC definiu um Grupo Estratégico em rede inteligente em 2008. Ele produziu um mapa e uma lista de 100 normas de IEC relevantes, incluindo o IEC 61970 (CIM), IEC 61850 (Automação de Subestação) e IEC/TS 62351 (Segurança). O Instituto Nacional dos EUA de Normas e Tecnologia (NIST) emitiu um quadro de trabalho e mapa para normas de interoperabilidade das redes inteligentes. O IEEE tem trabalhado de perto com o NIST para desenvolver um mapa de normas e padrões de testes e certificação para a rede inteligente. A Comissão Europeia reconheceu a importância do desenvolvimento da rede inteligente ao futuro econômico da Europa. Ela estabeleceu uma força-tarefa de redes inteligentes e emitiu diversos mandatos para as organizações de normas europeias. O Instituto Europeu de Normas de Telecomunicação (ETSI) e o Comitê Europeu de Normatização Eletrotécnica (CEN/CENELEC) estão trabalhando juntos no Mandato M490 para cobrir as necessidades de redes inteligentes para todos os setores. Um primeiro con- junto de normas de redes inteligentes e uma arquitetura de referência estarão disponíveis no final de 2012.
O NIST desempenha um dos principais papeis no desenvolvimento das redes inteligentes - ligando concessionárias, órgãos regulamentadores, fabricantes, consumidores e fornecedores de energia para desenvolver interoperabilidade. O processo de trabalho do NIST é liderado pelo Painel de Interoperabilidade de redes inteligentes (SGIP). O SGFAC oferece instruções a liderança do NIST para seu trabalho atual e futuro em redes inteligentes, incluindo os processos do SGIP.
Em julho de 2011, o SGIP registrou as seis primeiras entradas em seu Catálogo de Normas, um guia para todos os envolvidos em tecnologias relacionadas a redes inteligentes. Em agosto de 2011, a Comissão Federal Regulatória de Energia (FERC) decidiu que não estabeleceria uma regra sobre as normas de redes inteligentes, mas encorajou os públicos de relacionamento a participarem do processo de interoperabilidade do NIST, que hoje é a base para desenvolver normas de interoperabilidade. Com este apoio da FERC, uma maior participação de concessionárias nas atividades do SGIP ajudará a obter os níveis adequados de "consenso" que devem ser adaptados e implementados pela indústria.
O interesse em redes inteligentes tem crescido rapidamente no Brasil, e o país está desempenhando um papel ativo em diferentes iniciativas internacionais, sendo anfitrião de diversas grandes conferências sobre rede inteligente em 2012, inclusive a DistributechBrasil2012.
Artigo da revista GTD – energia elétrica, edição jul/ago 2012 por Ricardo Hering (Brasil), Dr Lawrence Jones (EUA) e Laurent Schmitt (França), da Alstom.
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