SMART GRID APLICADO NA REDE SUBTERRÂNEA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA DA CIDADE UNIVERSITÁRIA DE SÃO PAULO

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1 SMART GRID APLICADO NA REDE SUBTERRÂNEA DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA ELÉTRICA DA CIDADE UNIVERSITÁRIA DE SÃO PAULO Cyro V. Boccuzzi Marco Aguillera Daniel Bento Ricardo Gedra Apoio: PUC-USP SP IEE USP 1

2 SUMÁRIO Sobre a Cidade Universitária de SP O SIGNURB Objetivos do projeto da nova rede Avaliação da Situação Atual do Sistema Elétrico em Média Tensão Novos circuitos Automação Smart Grid Tangente Delta Conclusões Contato 2

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4 Universidade de São Paulo campus da CUASO Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira Campus da Capital SP - Sistema subterrâneo de energia em 13,8 KV 5 alimentadores primários supridos por subestação da concessionária local - implantado ao final dos anos 90 - Demanda atual 23 MVA

5 O SIGNURB: Sistema de Gestão da Infra-Estrutura Urbana Principais Processos Envolvidos em uma Cidade Inteligente, usando tecnologias de Internet de Todas as Coisas IoT: Água Potável Suprimento, reserva Água Pluvial Bocas de Lobo e Galerias Esgoto Doméstico, Químico e Hospitalar Resíduos Lixo Comum, Químicos Energia Elétrica Abastecimento em Alta Tensão (Rede Pública) e Usos Finais Iluminação Pública e interna aos edifícios Gás Gás Natural, Gás Liquefeito de Petróleo Estacionamento Público, Reservado Mobilidade Interna e Interligação com outras municipalidades Trânsito Interno e do Entorno Segurança - Pública, Patrimonial, Acesso Fauna Cães, Gatos e Aves Flora - Árvores e Plantas Telecomunicações Telefone, Wi-fi e IPTV Qualidade do ar Gases, Particulados Meteorologia Registro de ocorrências, Previsão Descargas atmosféricas - Registro Fonte: Prof Sidnei Martini, IlumeExpo SP

6 O SIGNURB: Sistema de Gestão da Infra-Estrutura Urbana Principais Processos Envolvidos em uma Cidade Inteligente, usando tecnologias de Internet de Todas as Coisas IoT: Água Potável Suprimento, reserva Água Pluvial Bocas de Lobo e Galerias Esgoto Doméstico, Químico e Hospitalar Resíduos Lixo Comum, Químicos Energia Elétrica Abastecimento em Alta Tensão (Rede Pública) e Usos Finais Iluminação Pública e interna aos edifícios Gás Gás Natural, Gás Liquefeito de Petróleo Estacionamento Público, Reservado Mobilidade Interna e Interligação com outras municipalidades Trânsito Interno e do Entorno Segurança - Pública, Patrimonial, Acesso Fauna Cães, Gatos e Aves Flora - Árvores e Plantas Telecomunicações Telefone, Wi-fi e IPTV Qualidade do ar Gases, Particulados Meteorologia Registro de ocorrências, Previsão Descargas atmosféricas - Registro Fonte: Prof Sidnei Martini, IlumeExpo SP

7 OBJETIVOS DO PROJETO DA NOVA REDE Avaliação da Situação Atual do Sistema Elétrico em Média Tensão Atendimento ao crescimento da Universidade para os próximos 20 anos, em duas etapas Buscar mapear evolução para integração com um Sistema de Gerenciamento maior do Campus: o SIGNURB Maior confiabilidade da rede de distribuição Menor tempo de indisponibilidade Suporte para sistemas geração distribuída 7

8 Avaliação da Situação Atual do Sistema Elétrico em Média Tensão Completo mapeamento de estado de instalações abrangência civil e eletromecânica: (poços, derivações, barramentos, desconectáveis, banco de dutos, etc.. e componentes em geral) Medições de trechos e manobras emergenciais de equilíbrio de carga Estudo das novas cargas e do crescimento esperado Avaliação e obras necessárias na subestação da concessionária Avaliação de novos circuitos necessários e sua configuração para atendimento de carga e da confiabilidade Avaliação do estado atual e envelhecimento dos cabos: tangente delta

9 TANGENTE DELTA - CONCEITOS Guia IEEE Tangente Delta: Medição da Degradação do Isolante Definição de tangente delta conforme Guia IEEE Fator de dissipação a 0,01Hz Tg δ em vários cabos XLPE envelhecidos Fortemente envelhecidos Moderadamente envelhecidos Ligeiramente envelhecidos 0,5 1 1,5 2 2,5 U/Uo 9

10 EVOLUÇÃO PLANEJADA DA REDE DA CIDADE UNIVERSITÁRIA DE SP Atual: 23 MVA 5 circuitos Banco de dutos enterrado Chaves de manobra manual Futuro: 7 circuitos Banco de dutos nas travessias Cabos duplados Chaves automatizadas 1ª fase 10 anos 30 MVA 2ª. Fase 20 anos 40 MVA com grande crescimento de recursos distribuídos de energia 10

11 AUTOMAÇÃO Diretrizes Gerais A concepção tem que fazer sentido coordenado e alinhado em todos os elos da cadeia. Adotado o critério N-1 (primeira contingência) para SE e a rede de média tensão, prevendo capacidade firme (20% de sobrecarga na SE) e capacidade reserva na rede de média tensão, sem sobrecarga. Locação das chaves na média tensão será feita em pontos notáveis e com carregamento compatível em cada alimentador cada trecho em falha pode ser automaticamente isolado e o restante da carga manobrado para outro alimentador ou trecho vizinho por chaves automáticas. Manobras de isolação de trechos menores, após a localização exata do defeito até a correção, serão manuais (load break já existentes). Prescreveu-se o uso de geradores e nobreaks para unidades consumidoras críticas e somente para as cargas realmente críticas dentro de cada unidade consumidora (motivação econômica). 11

12 SMART GRID: Foco nas tecnologias principais Monitoramento de Condição de Estado nas Subestação: Supervisão dos transformadores das subestações: Carregamento, Umidade e DGA (dissolved gas analisys) Proteção das Fontes Predição de defeitos Digitalização da proteção IEEE Monitoramento de Condição de Estado na Rede de Média Tensão: Supervisão de cabos de média tensão por fibra ótica: temperatura e carregamento ao longo dos novos alimentadores (sistema DTS distributed temperature sensing) Automação de Auto Restauração Adotada tecnologia de inteligência distribuída Uso de sistema de comunicação próprio e específico Back-up por fibra ótica existente Chaves semienterradas de três vias que se auto-reconfiguram e restabelecem os trechos sãos Integração de informações em um Centro de Controle Sistema de iluminação pública a LED Cabos de média Tensão Medição das cabines primárias das unidades 12

13 PI 1 ETD REDE ATUAL PI 18 PI 20 PI 35 PI08 PI 50 PI11 PI 13 PI 29 PI 64 PI 65 PI 31 PI 66 PI 33 LEGENDA USP USP USP USP USP PI 51 PI 52 PI 72 PI 58 PI 77 PI 59 PI 60 PI 84 PI 83 PI 79 HU 13

14 PI 1 ETD PI 18 NOVA REDE Cabos Diretamente Enterrados PI 20 PI 34 PI08 LEGENDA PI 50 PI11 IEE PI 13 PI 29 PI 64 PI 65 PI 31 PI 66 USP USP USP USP USP USP USP PI 51 PI 52 PI 72 Chave de Transferência PI 58 PI 77 PI 59 PI 60 PI 84 PI 83 PI 79 HU 14

15 SMART GRID: Exemplos de Operação Programados Premissas de Plano de Manobras em Contingências Cargas distribuídas adequadamente em relação aos circuitos Chaves de Transferências instaladas estrategicamente

16 MANOBRAS EM CONTINGÊNCIAS CIRCUITO USP 103 ETDPI 1 A1 B C PI 18 PI 20 PI 35 A2 LEGENDA PI11 PI 13 PI 29 PI 64 PI 31 USP USP USP Chave de Transferência

17 ETDPI 1 A1 Perda do Trecho A1 B C PI 18 PI 20 PI 35 MANOBRA A2 MANOBRA PI11 MANOBRA PI 13 PI 29 PI 64 PI 31 LEGENDA USP USP USP Chave de Transferência Resumo: Falha Trecho A1 A2 Atendido pelo USP 106 B e C Atendido pelo USP 104 Resumo: Manobras nas Chaves PI 18 Abre sentido ETD Abre sentido PI 29 PI 29 Fecha sentido PI 18 (USP 106) PI 20 Fecha sentido PI 31 (USP 104)

18 CONDIÇÃO NORMAL DE OPERAÇÃO CIRCUITOS USP 103, USP 104, USP 106 Via 1 PI 18 NF USP 103 A1 ETD PI 35 C PI 20 NF Via 1 Via 2 NF B NF Via 2 Via 3 NF A 2 B1 NA Via 3 USP 106 B ETD USP A104 USP 104 B C USP 104 PI 35 NA NA NF NF NF NF NF NF PI 29 PI 31 Via 1 Via 2 Via 3 Via 1 Via 2 Via 1 Via 2 Via 3

19 MANOBRAS EM CONTINGÊNCIAS PERDA DO TRECHO A1 USP 103 Via 1 PI 18 NA USP 103 A1 ETD PI 35 C PI 20 NF Via 1 Via 2 NA B NF Via 2 Via 3 NA A 2 B1 NF Via 3 USP 106 B ETD USP A104 USP 104 B C USP 104 PI 35 NF NF NA NF NF NF NF NF PI 29 PI 31 Via 1 Via 2 Via 3 Via 1 Via 2 Via 1 Via 2 Via 3

20 SMART GRID: Pontos adicionais e Evolução Isolamento dos Laboratórios de Altas Correntes em Transformador exclusivo Minimizar perturbações nas realizações de ensaios Uso de No Breaks e Geradores em Aplicações Críticas Diretrizes fornecidas no estudo em epigrafe HU e locais de Pesquisa de alto valor e duração Uso Eficiente de Energia Critérios de Promoção Continuidade e aprofundamento do Programa PURE já existente Programas de gerenciamento de demanda locais no futuro tecnologia inteligente de enfileiramento digital Geração Distribuída de Energia evolução futura Já existente em alguns prédios pioneirismo no Brasil IEE USP é Centro de Excelência e laboratório acreditado no tema Possível ampliação e integração com base de avaliação econômica Automação Predial evolução futura Possível evolução futuro dos sistemas de supervisão de cabines

21 A Rede do Futuro: crescimento dos Recursos de Energia Distribuídos Sigla DER Distributed Energy Resources Nome genérico atribuído às melhores práticas de: Geração de back-up e confiabilidade eficiência energética gerenciamento da demanda Cogeração geração renovável e distribuída de energia em pequena escala Automação predial Armazenamento de energia Microrredes Ilhamento Os DER são a base da tecnologia de energia do século 21 Foco do maior e mais rápido desenvolvimento tecnológico e penetração mercadológica Adoção pelos clientes foge ao controle e domínio das empresas de energia, e também em grande parte independem da regulação. A penetração destas tecnologias nos consumidores irá alterar a forma de operação e otimização dos ativos a rede elétrica será transformada em uma bateria virtual que assegura o atendimento. o excedente pode ser exportado e monetizado.

22 CONCLUSÕES A Universidade tem vocação não somente para o estudo mas deve liderar e fornecer o exemplo de modernidade, como fonte de inspiração das gerações futuras e contribuição para a sociedade atual. O sistema da eletricidade da CUASO - Cidade Universitária Armando de Salles Oliveira - foi inovador em seu tempo, há 15 anos atrás, e novamente se atualiza ao incorporar de forma integrada modernas tecnologias de restabelecimento automático e de predição de defeitos para assegurar uma confiabilidade condizente com os requisitos do século 21, a uma rede já existente. O atual sistema também é criado dentro de um conceito maior de integração em larga escala de serviços públicos, pelo sistema SIGNURB, semente e experiência viva pioneira do conceito de Cidades Inteligentes do Futuro no Brasil. O projeto SIGNURB evita a criação de silos de excelência, mas ao contrário permite a geração de uma plena integração entre os vários serviços públicos do Campus, abrangendo não apenas a infraestrutura elétrica e de iluminação, mas também outras funcionalidades de gerenciamento, e por isso a experiência e o conhecimento podem ser extrapolados para outras cidades brasileiras. A Rede está sendo preparada para os próximos 20 anos, em dois ciclos de 10 anos, onde no segundo ciclo se prevê um grande crescimento dos Recursos Distribuídos de Energia, sendo que grande parte do atendimento da demanda deverá ser suprido através de uso eficiente de energia, geração renovável local em pequena escala e sistemas avançados de gerenciamento da demanda. 22

23 Muito Obrigado 23

24 Sobre o Apresentador CYRO VICENTE BOCCUZZI tem 33 anos de experiência no setor elétrico brasileiro. Desde 2007 é sócio da ECOEE, empresa de engenharia e consultoria focada em gestão e tecnologia de energia, sendo a primeira empresa brasileira com expertise em redes e cidades inteligentes. É Presidente do Fórum Latino Americano de Smart Grid e Diretor da Divisão de Energia do Departamento de Infraestrutura da FIESP. Foi Vice-Presidente AES Eletropaulo e da ENERSUL. Foi também Diretor Executivo da consultoria Andrade & Canellas, além de ter ocupado cargos e funções em várias entidades do setor e também em Conselhos de Administração ao longo de sua carreira. É Engenheiro Eletricista ( Mackenzie), Pós Graduado em Administração de Empresas (FGV) e MBA em Finanças e Controladoria de Empresas ( FIA/FEA/ FIPECAFI -USP).