Tópicos. 1. Conceitos Gerais de Smart Grids. 2. Evolução das Redes Inteligentes e Resultados (PDRI) 3. Enerq em Smart Grids

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1 IEEE Workshop SMART GRID - Trends & Best Practices Smart Grid no Contexto da Geração e Distribuição 18/10/2013 NAPREI Núcleo de Pesquisas em Redes Elétricas Inteligentes enerq Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia Universidade de São Paulo 1 Tópicos 1. Conceitos Gerais de Smart Grids 2. Evolução das Redes Inteligentes e Resultados (PDRI) 3. Enerq em Smart Grids 2 1

2 1. Redes Inteligentes Conceitos Gerais Sistema Atual FONTE: EPRI 3 Redes Inteligentes Considerações Gerais Sistema Futuro: FONTE: EPRI 4 2

3 Redes Inteligentes Considerações Gerais Argumentos contrários: Indefinição do conceito Conservadorismo do setor Carência de Arcabouço regulatório adequado Problemas estruturais no setor de distribuição 5 Redes Inteligentes Considerações Gerais Fatos Relevantes: Avanço tecnológico Consciência ambiental Informação no topo da cadeia Desmassificação da Sociedade 6 3

4 O Porquê das Redes Elétricas Inteligentes Se Alexander Graham Bell fosse de alguma forma transportado para o século 21, ele não reconheceria os componentes de telefonia moderna - telefones celulares, mensagens de texto, torres de celular, etc., enquanto Thomas Edison, um dos principais arquitetos do sistema elétrico, estaria totalmente familiarizado com a rede elétrica. 7 Redes Inteligentes Definições NIST - National Institute of Standards and Technology:... modernização do sistema de distribuição de eletricidade para possibilitar o monitoramento, proteção e otimização automática da operação deste com seus diversos elementos interligados, desde geradores centralizados ou distribuídos passando pela rede de alta tensão e sistema de distribuição, até os usuários industriais e sistemas de automação predial... ETPS - European Technology Platform:...rede elétrica capaz de integrar de forma inteligente as ações de todos os usuários conectados a ela - geradores, consumidores e aqueles que assumem ambos os papéis - a fim de prover energia elétrica de forma eficientemente, sustentável, econômica e segura. 8 4

5 Redes Inteligentes Definições EPRI - Electric Power Research Institute:...uso da comunicação e de modernos recursos computacionais para melhorar a eficiência e confiabilidade das redes de transporte de energia e possibilitar a oferta de novos serviços aos consumidores. DOE - Department of Energy USA:...uso de tecnologia digital para melhorar a confiabilidade, segurança e eficiência do sistema elétrico: da geração de grande porte, passando pelos sistemas de distribuição de energia e um número crescente de recursos distribuídos geração e armazenamento 9 Busca de soluções para necessidades Restrições ambientais crescentes Exigência de qualidade pela sociedade Modicidade tarifária x viabilidade econômica Oportunidades Melhoria no negócio distribuição de energia Agregar novos negócios Otimização dos custos operacionais e de investimentos 5

6 - Abrangência Restrita do Negócio só exploração da utilização do fio para distribuição de energia elétrica - Ambiente Regulatório em Transição uma década de experiência e ajustes em andamento - Demandas por tarifas mais adequadas críticas da sociedade das distorções do sistema tarifário - Ofertas tecnológicas disponíveis automação, comunicação e eletrônica - Sub-utilização do potencial do sistema elétrico capilaridade, cadastro e logística - Possibilidade de integração com outros serviços urbanos água, gás, internet, segurança, trânsito, etc. Infra-estrutura (hardware), de Ferramentas (software) e de Procedimentos (processos) para a adequação do atual negócio de Distribuição de Energia Elétrica aos novos: Paradigmas técnicos - aplicação de tecnologia avançada Paradigmas econômicos - eficiência da distribuição de energia - ampliação do negócio - operação otimizada - otimização de investimentos -aumento do lucro Paradigmas sociais - diversidade de serviços integrados - qualidade -preço - impacto ambiental 6

7 Redes Inteligentes Convergência Infraestrutura de Comunicação Veículos Híbridos ou Elétricos Tecnologia da Informação Automação da Rede CONVERGÊNCIA TECNOLÓGICA Serviços de Rede (Web Services) 13 Medidor Inteligente Geração Distribuída Home Appliances 13 Um Cenário Internacional ESTADOS UNIDOS Grau Mediano de Automação do Sistema Quantidade Crescente Unidades de Geração Distribuída Conectadas ao Sistema EUROPA Médio/Alto Grau de Automação do Sistema Aumento Intensivo de Unidades de Geração Distribuída Conectadas ao Sistema Aumento Intensivo de Unidades de Microgeração Conectadas ao Sistema JAPÃO Alto Grau de Automação do Sistema Aumento Intensivo de Unidades de Geração Distribuída Conectadas ao Sistema Aumento Intensivo de Unidades de Microgeração Conectadas ao Sistema 14 7

8 Motivadores no Brasil Cenário Nacional Redução de Perdas Comerciais Redução de Custos Operacionais Aumento da Confiabilidade do Sistema Aproveitamento da Capilaridade do Sistema (Novos Serviços) 15 Motivadores no Mundo ESTADOS UNIDOS Escassez de Recursos Naturais Confiabilidade do Sistema Envelhecimento dos Ativos Prospecção de Novos Serviços EUROPA Questões Climáticas Escassez de Recursos naturais Envelhecimento dos Ativos Confiabilidade do Sistema Prospecção de Novos Serviços JAPÃO Escassez de Recursos Naturais Questões Climáticas Prospecção de Novos Serviços 16 8

9 Tendências Redes cada vez mais observáveis G T D GD Observabilidade Evolução técnica 17 Uso intensivo e complementar de tecnologias de: Automação Monitoramento Diagnóstico Localização de faltas Recursos distribuídos de geração e armazenagem de energia Medição como unidade remota no cliente Gerenciamento da demanda 18 9

10 Redes Elétricas Inteligentes Uma visão:

11 Exemplo de Funcionalidades de Automação - Caracterização 21 Interoperabilidade Requisito fundamental para a aplicação de funcionalidades em redes inteligentes IED IED Componente de TI IED IED Componente de TI Componente de TI Componente de TI INTEROPERABILIDADE 22 11

12 Interoperabilidade para Redes Inteligentes Interoperabilidade é a capacidade de um processo interagir com outro processo, de forma transparente e com elementos de relacionamento construídos de forma independente de cada um dos processos, É fundamental que sejam utilizados padrões abertos para os componentes tecnológicos envolvidos. Os processos interoperantes podem ser de quaisquer naturezas, operados por sistemas de informações ou não. Interoperabilidade Integração dependente da tecnologia (situação atual) Proposta de plataforma Intelligrid 24 12

13 Interoperabilidade Tendências SISTEMAS TI EQUIPAMENTOS Componente de TI IED Componente de TI Componente de TI IED IED IEC IEC 61850, DNP3, Interoperabilidade Sistemas IEC Application integration at electric utilities System interfaces for distribution management 26 13

14 Interoperabilidade Equipamentos IEC Communication networks and systems in substations FONTE: ZHANGAND, J.; GUNTER, C. A., IEC Communication Networks and Systems in Substations:An Overview of Computer Science University of Illinois at Urbana Champaign, Estados unidos

15 Síntese Metodológica 29 Integração dos Blocos MEDIÇÃO PENETRAÇÃO DE MEDIÇÃO REQUISITOS DE TEL/TI REQUISITOS DE MEDIÇÃO AUTOMAÇÃO REQUISITOS DE TEL/TI TELECO / TI PENETRAÇÃO E FUNCIONALIDADES DE GD GD / VE POLÍTICAS PÚBLICAS 30 15

16 Representação da Rede Conceito de Clusters Conjun to Conjun to Conjun Conjun to to Conjun to Conjun to Conjun Conjun Conjunto ConjuntoConjun Conjunto to Conjun Conjun Conjun to to Conjunto Conjun ConjuntoConjun Conjun Conjunto to to to Conjunto Conjunto Conjunto Conjunto Conjunto Conjunto Conjunto Conjunto Conjunto Conjun to Conjun to Conjun to Representante CLUSTER 1 Representante CLUSTER 30 Conjunto Conjunto Conjunto 31 Subestação de Distribuição SED Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Monitoramento de Carregamento Telecomando de Equipamentos Transferência Automática de Carga Entre Transformadores Sistema Automático de Rejeição de Carga Manutenção Preditiva Focada na Condição dos Equipamentos Ajuste Remoto dos Dispositivos de Proteção Análise Automática de Oscilografia Para Diagnóstico de Ocorrências Esquemas Lógicos de Proteção e Controle 32 16

17 Grupo 1 Sistema de Distribuição de Média Tensão SDMT Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4 Grupo 5 Grupo 6 Monitoramento de Carregamento ao Longo do Alimentador Telecomando de Equipamentos Monitoramento de "Power Quality" Localização de Defeito Nível I (Chaves e Religadores) Manutenção Preditiva Focada na Condição dos Equipamento s Localização de Defeito Nível II (Chaves, Religadores, AMR e/ou Localizadores de Falta Monitorados Isolamento Automático do Trecho em Falta e Recomposiçã o dos Demais (Self-Healing) -Nivel I (Automação Local) Isolamento Automático do Trecho em Falta e Recomposiçã o dos Demais (Self-Healing) - Nivel II (Automação Central) Reconfiguraç ão Automática para Gerenciamen to dos Índices Técnicos Controle de Tensão/VAR 33 FUNCIONALIDADES DE AUTOMAÇÃO Sistema de Distribuição de Baixa Tensão SDBT Grupo 1 Grupo 2 Resposta a Demanda Rejeição de Carga pela Baixa Tensão 34 17

18 Representação da Rede Formação dos Clusters Atributos do Cluster ANEEL Atributos Adicionais DEC FUNCs DEC CLUSTER Atributos Adicionais DEC ALTO Perda Comercial Taxa de Crescimento Custo da END DEC BAIXO 35 Evolução da Rede P I = Penetração Inicial do Conjunto de Funcionalidades a no Cluster b (Função dos Questionários) P F = Penetração Final do Conjunto de Funcionalidades a no Cluster b (Função do Cenário) T I = Tempo Inicial da Evolução da Penetração do Conjunto de Funcionalidades a no Cluster b (Função do Cenário) T F = Tempo Final da Evolução da Penetração do Conjunto de Funcionalidades a no Cluster b (Função do Cenário) 36 18

19 Evolução da Rede Rede Alvo Alto Cluster 1 Cenário 1 37 Funcionalidades de Redes Inteligentes - Modelo 38 19

20 39 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% Brasil percentual de unidades consumidoras com medidor inteligente 75,3% 60,6% 52,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% Premissas: Tx crescimento mercado 4,0 % aa Tx crescimento consumidores 1,78% aa Conservador Moderado Acelerado

21 milhões de UC 80,0 70,0 60,0 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0, Brasil número de unidades consumidoras com medidor inteligente 4, , , ,4 9,0 4, ,9 13,5 7, ,3 18,0 11, ,7 22,4 15, ,2 26,9 19, ,6 31,3 23, ,0 35,8 27, ,4 40,2 31, ,6 44,6 35, Conservador Moderado Acelerado 64,5 48,9 38, ,6 52,9 42, ,6 56,3 46, ,9 73,1 74,4 57,9 58,9 60,0 49,0 50,5 51, Brasil Investimentos correntes Cenário Acelerado R$ milhões Investimentos Correntes em Medição, incluindo TI e Telecom Subsídios para GD, incluindo TI e Telecom Investimentos Correntes em Automação, incluindo TI e Telecom Investimento Total 21

22 7.000 Brasil Investimentos correntes Cenário Moderado R$ milhões Investimentos Correntes em Medição, incluindo TI e Telecom Subsídios para GD, incluindo TI e Telecom Investimentos Correntes em Automação, incluindo TI e Telecom Investimento Total Brasil Investimentos correntes Cenário Conservador R$ milhões Investimentos Correntes em Medição, incluindo TI e Telecom Subsídios para GD, incluindo TI e Telecom Investimentos Correntes em Automação, incluindo TI e Telecom Investimento Total 22

23 Brasil Cenário Acelerado Valor presente de custos e benefícios R$ R$ bilhões milhões 50,0 40,0 15,8 Custo evitado GD Redução END 30,0 20,0 GD Automação 9,9 3,5 11,9 10,0 0,0 Medição 18,5 1,3 1,8 6,4 5,2 Custos Benefícios Acelerado inf Benefícios sup Medição Automação GD Med PNT Oper Ativos END Exp. GD Redução PNT Custo evitado Med 23

24 Brasil Cenário Moderado Valor presente de custos e benefícios R$ R$ bilhões milhões 50,0 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 GD Automação Medição 2,7 3,0 11,3 11,3 7,9 4,9 4,1 Custos Benefícios Acelerado inf Benefícios sup Medição Automação GD Med PNT Oper Ativos END Exp. GD Custo evitado GD Redução END Redução PNT Custo evitado Med Brasil Cenário Conservador Valor presente de custos e benefícios 50,0 R$ R$ bilhões milhões 40,0 30,0 20,0 10,0 0,0 Custo evitado GD 6,8 Redução END 2,2 3,6 Automação Redução PNT Medição 8,4 3,8 3,1 Custo evitado Med Custos Benefícios Acelerado inf Benefícios sup Medição Automação GD Med PNT Oper Ativos END Exp. GD 48 24

25 RESULTADOS OBTIDOS Eficiência Operacional Clusters Brasil 49 RESULTADOS OBTIDOS Confiabilidade Clusters Brasil 50 25

26 RESULTADOS OBTIDOS Gestão de Ativos Clusters Brasil 51 Plano de Implantação 52 26

27 Tema principal de pesquisa, projetos de P&D, desenvolvimento de modelos e ferramentas computacionais, dissertações e teses; IEEE ISGT LA 2013: IEEE Conference on Innovative Smart Grid Technologies. Coordenação do NAPREI Núcleo de Pesquisas em Smart Grids Smart Grid Lab: Ambiente de simulação para emular sistemas elétricos conectados a sistemas de automação, medição, TI e Telecomunicação reais. DMS OMS SinapGrid GIS Sistemas Legados EMS Gestão Ativos Outros Sistemas Barramento Interoperabilidade MDM Meios de Comunicação SCADA Energia Elétrica Remotas / Medição UACs Relés IED Religadores Agua, Gás, etc. Transdutor Ambiente digital / Ambiente físico Unidades GD e ugd Emulador de Rede SINAP ON 27

28 Obrigado! Nelson Kagan - enerq Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia NAPREI Núcleo de Pesquisas em Redes Elétricas Inteligentes Universidade de São Paulo 55 28

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