Title SMART GRID of present. SMART GRID 101ation

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1 Title SMART GRID of present SMART GRID 101ation Dymitr Wajsman Chairman of International Division UTC Diretor de Capacitação e Desenvolvimento de Negócios APTEL dymitr.wajsman@utc.org dymitr@aptel.com.br

2 Glossário AMR Automatic Meter Reading Elimina a necessidade da visita do leiturista ao consumidor. Normalmente o consumidor fica mais satisfeito com a privacidade, leitura mais precisa, possibilidade de programação por demanda e informação melhor ao consumidor. AMI Automatic Meter Infrastructure Sistema que mede, coleta e analisa o uso de energia empregando medidores de energia avançados e diversas tecnologias de telecomunicações. Esta infra estrutura inclui hardware, software, telecom, sistemas no cliente e gerência de dados (HW e SW) dos medidores. AMM Automatic Meter Management Relacionada a AMI, se refere a gerência e distribuição de dados obtidos dos medidores em toda a empresa, utilizados para melhoria das eficiências operacionais de vários departamentos da empresa.

3 Medidores América do Norte 300 milhões América do Sul 175 Milhões África e Oriente Médio 130 Milhões Europa 470 Milhões Ásia e Pacífico 1,3 Bilhões

4 Penetração de Medidores Automáticos no Mundo (2007) 6% 8% 4%

5 AMI

6 Benefícios da AMI Numa pesquisa do DOE que teve respostas de 74 empresas, apenas 24% disseram que a implantação de AMI foi devida a somente leitura de medidores.outros 15% (onze) disseram que implementariam todos os usos acima e ainda outras categorias.

7 Por que SMART GRID? Evitar Blackouts Aumento de uso de geradores intermitentes Grandes quantidades de geração intermitente e distribuída, não podem ser conectadas à infra estrutura de rede existente sem implantação de novas estratégias de balanceamento de carga e geração. Necessidade de redução de consumo de energia e ponta. Aumento da Eficiência Operacional Redução de Perdas Técnicas e Comerciais

8 Riscos atuais para implantação da SMART GRID Falta de Orientação Regulatória Até agora os regulamentos são de alto nível e, na maioria dos casos, limitados ao uso de fontes renovaveis e redução de emissões. Falta de Normas Tecnologicas Apesar de surgirem algumas normas, as atuais implementações utilizam grande variedade de tecnologias, aplicações e soluções de infraestrutura, podendo ser assim consideradas sob medida ou proprietárias. Vida Útil das tecnologias atualmente disponíveis É esperado que as tecnologias para implementação da Smart Grid venham a se tornar obsoletas muito mais rápido do que os componentes atuais da Rede Elétrica.

9 Nos USA, pressão do Governo e Reguladores Nível Federal Nível Estadual Title XIII of the Energy Independence and Security Act (EISA), de Dezembro de 2007 UTC demonstrou no Congresso, DOE e FERC a importância dos Sistemas de Telecom $ mil orçados para pilotos e testes de Smart Grid (ainda não alocados) CA e TX liderando o movimento para Smart Grid/AMI tanto no aspecto de investimento quanto em recuperação de custos. NY e outros deverão seguir A reunião de inverno da NARUC (National Association of Regulatory Utility Commissioners) teve um forte foco em Smart Grid

10 Title XIII of the (EISA) of December 2007 It is the policy of the United States to support the modernization of the nation's electricity transmission and distribution system to maintain a reliable and secure electricity infrastructure that can meet future demand growth and to achieve each of the following, which together characterize a smart grid: 1. Increased use of digital information and control technologies 2. Dynamic optimization of grid operations and resources with full cyber security 3. Integration of distributed resources including renewables 4. Incorporation of demand response, demand side resources, and energy efficiency 5. Deployment of real time, automated, interactive technologies for metering, communications, and distribution automation 6. Integration of smart appliances and consumer devices 7. Integration of electricity storage and peak shaving technologies including plug in electric vehicles and thermal storage air conditioning 8. Provision of timely information and control options to consumers 9. Development of standards for interoperability 10. Lowering of unnecessary barriers to smart grid technologies, practices, and services. bin/bdquery/z?d110:h.r.00006:

11 Relatório: DOE Grid 2030 A infra estrutura elétrica dos Estados Unidos vai exigir um investimento de $ 450 Bilhões para atender ao crescimento da carga. Uma porção significativa deste investimento deverá ser utilizada em sistemas avançados de telecomunicações e TI, necessários para integrar a rede do usuário final com redes das empresas elétricas (ou comercializadoras), promovendo melhorias nas tomadas de decisão e controle. Telecom and TI para Smart Grid até 2030 tem investimentos esperados de $70 a $130 Bilhões. Telecom and TI são fundamentais para esta transformação

12 UTC Industry Intelligence September 18, 2008 House Passes Energy Bill With Smart Grid Accelerated Depreciation Provisions This week, the U.S. House of Representatives passed a major energy bill, which includes provisions allowing utilities to accelerate the depreciation cycle for smart meters and smart grid systems. Under section 845 of the bill, qualified investments in smart meters and smart grid systems would be depreciated over a 5 year cycle. In order to qualify, a smart electric meter must be 1) capable of measuring and recording data on a time differentiated basis in at least 24 separate time segments of the day; 2) provide for the exchange of information necessary to support time based rates or other forms of demand response; 3) provide data for customers to monitor their energy usage electronically; and 4) provide net metering. In order to qualify, a smart electric grid system must be capable of (i) sensing, collecting, and monitoring data of or from all portions of a utility's electric distribution grid, (ii) providing real time, two way communications to monitor or manage such grid, and (iii) providing real time analysis and event prediction based upon collected data that can be used to improve electric distribution system reliability, quality, and performance. The bill faces an uphill climb in the Senate and the White House has threatened to veto it due to issues related to provisions regarding offshore drilling.

13 UTC Industry Intelligence September 25, 2008 Senate Passes Energy Tax Incentive Bill with Smart Grid/AMI Provisions The U.S. Senate passed an energy tax incentive bill on Tuesday which includes provisions for the accelerated depreciation of investments in smart meters and smart grid technologies. This follows on the heels of the passage of the House version of its energy reform bill last week (HR 6049), which included identical provisions for the accelerated depreciation of investments in smart meter and smart grid technologies. The Senate bill was passed by a vote of 93 2, and does not include controversial provisions regarding offshore drilling. The bill must now go to conference to resolve any differences before it goes to the President, who is expected to sign it.

14 UPLC Powerline Tuesday, October 21, 2008 CONGRESS: WALL STREET BILL INCLUDES PROVISIONS FOR SMART GRID/SMART METERS Section 306 of the "Emergency Economic Stabilization Act of 2008" allows utilities to obtain accelerated depreciation of smart meters and Smart Grid investments. The accelerated depreciation provisions are part of major legislation that was passed by Congress and signed into law by President Bush this month in response to the economic crisis. Specifically, the accelerated depreciation provisions will allow utilities to recover their costs over a ten year period for qualified investments in smart meters and Smart Grid equipment. In order to qualify for accelerated depreciation under the law, smart meters must be able to measure in at least hourly increments; support time based rates or other forms of demand response; and enable utilities to provide electronic billing and net metering. Meanwhile, Smart Grid equipment will qualify for accelerated depreciation if it can provide sensing, collecting and monitoring of data on the distribution grid; provide real time, two way communications to monitor and manage the distribution grid; and provide real time analysis of, and event prediction based upon, collected data that can be used to improve electric distribution reliability, quality and performance.

15 O que se busca? Geração Limpa Controle do Consumidor/ Responsabilidade da Utility Confiabilidade Flexibilidade Previsão Aquisição de dados e gerência/utilização

16 Riscos Existem grandes incertezas e riscos para Utilities e para a sociedade no processo de implementação da Smart Grid, tais como: Falta de orientação regulatória Falta de Normas Técnicas Vida Útil das tecnologias disponíveis (hoje) Geralmente é aceito o termo SMART GRID para denominar sistemas de suprimento de energia do futuro. A infra estrutura moderna de telecom e TI terá um papel relevante na SMART GRID.

17 SMART GRID Geração Sistema de Transmissão Consumidor Industrial SE Distribuição Consumid or Residencia l Resposta por demanda SE Transmissão Sistema de Distribuição Via da Informação Energia Wireless Sensores nas Linhas e Instalações Medidores de Energia, Gas e Água Sensores nos ativos ISO Centro de Controle da Distribuição Equipes Móveis

18 Criação da Visão e Estratégia para Smart Grid Passo 1 Preparação Estrutura de Trabalho, Comitê Coordenador (Visão), Grupos de Trabalho, Forças Tarefas, Seleção de Participantes, Treinamento, Cases e Conhecimento de Projetos. Passo 2 Definição de fatores internos e externos que afetarão a Visão e RoadMap Analise Regulatória, Analise dos Atributos do Consumidor Residencial e não Residencial que afetarão a Smart Grid, Analise de Aspectos Geográficos, Definição de Performance (disponibilidade, confiabilidade, segurança), Tecnologias (rede existente de telecom, TI, Automação, investimentos em AMI, serviços ao consumidor, normas adotadas)

19 Criação da Visão e Estratégia para Smart Grid (2) Passo 3 Criação da Visão (incrementos de 5 anos num horizonte de 15 anos) Qual é o nosso futuro preferido? Ser compatível com requisitos internos e externos; Baseado na missão, opinião e ambiente da organização; Descrever o que deseja ver no futuro; Ser específico (sem se deter na tecnologia e finanças); Seja inspirado e positivo; Não assuma que o futuro fará as coisas da mesma forma que hoje; Estar aberto a mudanças dramáticas.

20 Criação da Visão e Estratégia para Smart Grid (3) Passo 4 Criar o Roadmap Tecnológico para Smart Grid (passo a passo) Comunicação com a organização, Comunicação com stakeholders e formadores de opinião, Comunicação com os consumidores, Justificativa de Investimentos, Fornecer visibilidade para diferentes perspectivas, Facilitar entendimento de conceitos complexos, Informação de necessidades aos fornecedores, Trabalhar em ambiente de mudanças. Guia para Grupos de Trabalho e Forças Tarefa

21 Produtos do Roadmap para SMART GRID Descrição de alto nível do Roadmap (passo a passo) Master Plan de Comunicações Master Plan de Tecnologia Master Plan de Relacionamento com Consumidores Master Plan de Financeiro Master Plan de Regulatório Requisitos Funcionais de Alto Nível para Smart Grid Master Plan de Implementação

22 O que virá primeiro? Provavelmente: AMI benefícios visíveis Gerência do horário de ponta Resposta da Demanda / DSM Detecção de Falhas / Gerência

23 Aplicações novas e integradas Applications AMR/AMI Conservation Customer Care Distribution / Substation Automation Security And Valued Added Services More Data Interval Meter Reads Load Profiles Demand Usage Power Quality Curtailment Status Chiller Flow Data Critical Peak Pricing Outage Status Off Cycle Reads Theft Detection Outage Status Circuit Status Substation Power Quality Video Surveillance And Valued Added Services Enhancements /Additions Outage Detection From Manual Reads to AMR Energy Mgmt Services Demand Response Load Shedding Load as a Resource TOU Rates Outage Notification Billing Consolidation Trouble Account Management Customer Loyalty Programs Asset Management Mobile Mapping Reliability Enhancement / Outage Recovery Distribution Planning Automated Controls Asset Protection Homeland Security Internet and VOIP UTC Research

24 P&D IntelliGrid (EPRI + empresas) The Modern Grid Initiative (DOE OE + empresas) GridWise (DOE OE + empresas) Advanced Grid Applications Consortium (CTC (DOE) + empresas) Power Systems Engineering Research Center (PSERC + 13 Universidades + 35 Industrias) Consortium for Electric Reliability Technology Solutions (DOE +LABS+Universidades+empresas) California Energy Commission Public Interest Energy Research (+universidades+labs) New York State Energy Research and Development Authority European Union fifth and sixth Framework Programs Galvin Electricity Initiative.

25 P&D no Brasil APTEL e Universidade Mackenzie Projeto NOTRE2 Três Grupos de Trabalho: GT1 Medidores e Interface com o usuário GT2 Tecnologia (Telecom e TI) GT3 Aspectos Negociais e Regulatórios Esperado relatório para final de 2008 ABNT definição de Normas Técnicas de medidores

26 Standards Nos USA O National Institute of Standards and Technology (NIST) é o Laboratório Nacional de Medidas dos USA, similar a INMETRO. Com a emissão do 2007 Energy Independence and Energy Security Act (EISA), NIST tem a responsabilidade de coordenar a estrutura normativa para atingir a interoperabilidade de componentes e sistemas da Smart Grid, que inclui protocolos e normas de gerencia das informações. NIST emitirá relatórios com recomendações para FERC. Por sua vez a FERC decidirá o momento em que terá consenso suficiente da industria e iniciará o processo de regulamentação para a sua adoção.

27 O que estimula investimentos em Smart Grid? Conformidade com mandatos legislativos e regulatórios Crescimento continuo da carga dos consumidores Crescimento de recursos de geração intermitente Acomodação de grande penetração de geração distribuída, produzida por consumidores comerciais e residenciais, mantendo integridade do sistema elétrico e confiabilidade de suprimento Melhor utilização de recursos tradicionais de sistemas de potencia,incluindo geração, transmissão e distribuição, deslocando carga da ponta para não ponta Redução de perdas técnicas com a otimização de fator de potência e fluxo de energia e redução de perdas comercias com a melhoria da identificação e mitigação de fraudes

28 O que estimula investimentos em Smart Grid? (2) Evitar interrupções locais de energia e distúrbios no sistema com o re roteamento de fluxo, mudanças de carga, melhorando o perfil de tensão e tomando medidas corretivas rapidamente Economia de Energia Minimizar o custo total do suprimento (operação) utilizando operação automatizada, manutenção preditiva, redução de ocorrências e otimização de uso de ativos Necessidade de fornecimento de novas opções aos consumidores para gerencia de seus custos e usos de eletricidade Necessidade de estabelecer regras justas de preço para consumidores e fornecedores, considerando energia, serviços ancilares e utilização do sistema

29 Complicações? A tecnologia ainda está em desenvolvimento, assim como regulamentações, protocolos e procedimentos podem estar em elaboração ou inexistentes. As mudanças irão incluir: Uso de componentes avançados Controle de geração e demanda para balanço de potencia, controle de emergências e controle de tensão Estratégias para novo Controle centralizado, hierarquizado e local Nova e expandida infra estrutura de telecomunicações

30 Tecnologias para Smart Grid As aplicações de Smart Grid demandarão tecnologias de: Sistemas de Controle Proteção Infra estrutura de telecomunicações Tecnologias Internet Interface com Usuário para monitoração, controle, relatórios e entrada de dados Sistemas TI

31 Redes Críticas de Telecom Redes de Telecomunicações são fundamentais para Automação e Sistemas de Informação. Estas redes permitem a troca de informações entre dispositivos e estabelecem contato entre elementos da rede elétrica no campo e centros de operação. Consumidor Medidor Sensor RTU Camera Eletrodo mestico On/Off Ges. Ativos Financeiro RH Controle Compras Preço/Prod Receita/Cob Analise Orç/Prev

32 Redes Telecom para Smart Grid Home Home Area Network A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A A Intelligent Distribution Grid Neighborhoo d Area Network M M M M M M M S S S S S S C C C Access Network S S R R Intelligent Transmission Grid Backhaul Network R R R Core Network R R Outside ExtraNet Ext Grid Op Public Emergency Private PSTN Mobile Internet Vendor Legend: A Actuator M Meter S Sensor C Concentrator R Router Fonte: IBM

33 Futuro da AMI e Smart Grid As Empresas de Energia Elétrica tem tentado justificar AMR nos últimos 15 anos. AMI ainda hoje é a âncora para todas as analises de Smart Grid. Medidores digitais e a infra estrutura de telecomunicações associadas são os maiores investimentos a serem recuperados via tarifa. Rede de Telecomunicações adequada é considerada como o primeiro passo critico. Reguladores desejam reverter todas as vantagens da tecnologia para os consumidores e obter benefícios sociais que dificilmente poderão ter os custos recuperados pelas tarifas reguladas (existentes). Em último caso, os reguladores decidirão sobre os méritos da digitalização da rede após conhecer e entender o assunto Smart Grid. Na Europa o assunto é tratado pela European Commission.

34 Smart Meter Medidor Inteligente Hoje os medidores de energia, água e gás tem precisão superior a 97%. A necessidade é de medidores com características real time, upgradable, programável, two way e expansível. O custo aumenta com o incremento de características técnicas e o custo do medidor é o maior na implementação de Smart Grid. Com a escala o custo diminui, mas ainda está elevado. O medidor deve ser tratado como computador head end da plataforma e o valor real vem das aplicações que o medidor suporta e não, somente, relacionado as funções que ele substitui ou automatiza.

35 Smart Meter Medidor Inteligente

36 Normas Técnicas Regulador pode acelerar o processo de modernização dos medidores se permitir a recuperação do investimento (nos USA Energy Act 2007). A padronização das Normas Técnicas é entendida como um fator importante de redução de preço. Os fornecedores ainda têm a mentalidade proprietária. Trabalham com solução própria de meio de comunicação. Alguns são wireless ou powerline, mas dificilmente os dois. O numero de soluções de comunicação tem crescido bastante, incluindo WiFi, Wi Max, Zigbee, Z wave, DS2, Homeplug e uma variedade de padrões de celulares.

37 Escolhas Tecnologicas Uma avalanche de dados virá dos medidores, atuadores e sensores

38 Diversas Tecnologias Wireless Network Provider WiMAX VHF GSM CDMA VHF Private GSM CDMA Public 6LoWPA 2.4 MW N GHz T1 BPL BPL Mesh BPL MPLS PMP Metro Zigbe PLC 900 MW Etherne e MHz t PLC Mesh DSL A M C S D T1 FR Wireline Network Provider T1 FR MPLS MPLS End User Private Utility Operated Public Wireless Public Wireline A Actuato r M Meter C Concentrat or S Substation D Data Center Application Layer Presence Fonte: IBM

39 Implementação Fonte: BPL Global

40 Instalação de sistemas O tempo para instalação de AMI e Smart Grid é de vários anos até que o último medidor é instalado ou modificado e a gestão da implantação é um dos maiores riscos para o sucesso do projeto. O supply chain é complexo e de difícil gestão. Inclui fabricantes de medidores, telecomunicações, serviços de TI, instaladores, integradores, comercial, etc. A instalação de AMI/AMM/Smart Grid toca diretamente os consumidores e, eventualmente, causa confusão inicial e desconforto.

41 Opções As plataformas tecnológicas devem ser escaláveis, flexíveis para crescer e possibilitar interconexões (mesh) Os profissionais de telecomunicações devem assessorar a alta gerencia O master planning de telecomunicações deve ser feito mirando o futuro, longo prazo e não somente as necessidades imediatas

42 Benefícios para Consumidores Informações para gerenciamento de contas e uso de energia Dados num painel ou portal em casa Consumidor pode gerenciar utensílios DSM, via portal Possibilidade de participação em outras opções de tarifas Restauração mais rápida Conveniência de mais medidas Melhoria das faturas (detalhamento) Liga e desliga remoto (serviço) Etc.

43 Benefícios para Governo Interesse Público Benefícios Ambientais Infra estrutura de qualidade para negócios Segurança Nacional Prevenção de blackouts, falhas e desastres Segurança Pública Melhores Serviços Eficiência e Economia Melhor gestão de recursos

44 Benefícios para Utility Redução de custos operacionais Melhor gestão de falhas Redução de perdas técnicas e comerciais Menores custos de gestão de suprimentos Otimização de planejamento e gerencia de carga Melhores dados históricos da carga e uso do sistema Gestão de ativos e manutenção Redução de geração adicional e capacidade de transmissão Atende a requisitos de tarifas Atende a requisitos ambientais

45 Principais Obstaculos Negociações Regulatórias Recuperação via tarifa Aumento do custo de energia Riscos e redução de resultados (para investidores) Entendimento de ambiente de negócios e a necessária aplicação de tecnologia Comunicação entre pessoal técnico e comercial/financeiro Treinamento Entendimento de necessidades, desejos e comportamentos do consumidor Falta de Normas Técnicas adequadas (AMI, AMM, HAN, Smart Grid, etc.?)

46 Case Studies Quem já fez Pacific Northwest National Laboratory: GridWise Testbed Demonstration Project Financiado pelo DOE Austin Energy Piloto Ontario Energy Board: Smart Price Pilot CenterPoint Energy (Texas State) 2007 Hydro One Networks, Inc. (Ontario Canada) até 2025