Smart City Búzios Experiência para a Expansão de Sistemas de Geração com Fontes Alternativas

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1 Políticas Energéticas para a Sustentabilidade 25 a 27 de agosto de 2014 Florianópolis SC Smart City Búzios Experiência para a Expansão de Sistemas de Geração com Fontes Alternativas Márcio Zamboti Fortes 1, Vitor Hugo Ferreira 2 Leonardo Baptista Arariba 3, Orestes L. Castaneda Pacheco 4 Weules Fernandes Correia 5 Renato da Silva Rosa 6 RESUMO Existem no mundo vários projetos de implantação de smart cities (Cidades Inteligentes), onde as tecnologias de ponta são aplicadas a integração inteligente de fontes de geração de energia independentes a redes de concessionárias com o objetivo de aproveitamento de fontes renováveis de energia para o bem estar do consumidor. Este trabalho apresenta as aplicações de pequenas centrais de distribuição de energia com fontes fotovoltaicas e com pequenos geradores eólicos instalados na cidade de Armação de Búzios no estado do Rio de Janeiro. Iniciado no ano de 2011, o projeto busca analisar novas tecnologias que irão promover Búzios ao posto de "1a Cidade Inteligente da América Latina", a fim de fomentar o uso dessas tecnologias e trazer conceitos de sustentabilidade e eficiência energética mais próximos à sociedade brasileira. Este artigo apresenta as ações implementadas no projeto relatando algumas ações com novas fontes de geração instaladas e seus respectivos sistemas de monitoramento. Palavras-chave: Smart Cities, Geração Energia, Fontes Alternativas. 1 Universidade Federal Fluminense, mzf@vm.uff.br, (21) Universidade Federal Fluminense, vitor@vm.uff.br, (21) Universidade Federal Fluminense, leonardoarariba@id.uff.br, (21) Ampla Energia e Serviços S/A, orestesc@ampla.com. 5 Ampla Energia e Serviços S/A, wcorreia@ampla.com. 6 Synapsis, renato.rosa@synapsis-it.com, (21)

2 ABSTRACT Worldwide, there are several projects to implement Smart Cities, where advanced technologies are used to integrate new independent generation sources to power networks. The objective is to use renewable energy sources to increment the well being consumer. This paper presents the applications of small power distribution sources with photovoltaic and small wind generators installed in Búzios town. Begun in 2011, the project seeks to analyze new technologies that will promote Búzios to the "first intelligent city in Latin America" put in order to promote the use of these technologies and bring concepts of sustainability and energy efficiency closer to the Brazilian society. This paper presents the actions implemented in the project reporting experiments with new generation sources installed. 1. INTRODUÇÃO Projetos voltados para criação de infraestrutura para desenvolvimento das chamadas Smart Cities estão se tornando uma realidade em diversas partes do mundo, onde se identifica uma necessidade de mudança do setor energético com vistas a integrar fontes renováveis à matriz energética. Uma revisão conceitual das definições adotadas por diversos grupos de pesquisa para smart cities esta apresentado em (Neiroti e outros, 2014). Um exemplo recente é o ocorrido na Índia (Acharjee, 2013), que após a promulgação da Lei da Eletricidade em 2003 ocorreu uma mudança global no setor de energia com grandes reformas nas concessionárias (foco na satisfação do cliente), racionalização de energia e introdução de tecnologia de redes inteligentes (Smart Grids). A implantação de uma cidade inteligente proporciona experiências que visam um melhor gerenciamento e monitoramento de energia, gerando assim maior confiabilidade. Além disso, ao implantar um projeto piloto de Smart City, estimativas mais adequadas para a realidade nacional em que o projeto está inserido sobre informações críticas, tais como : custos de implantação e operação, identificação das soluções tecnológicas ainda necessárias e seus impactos/benefícios para clientes, distribuidoras e sociedade como um todo, também constituem uma importante contribuição deste conceito de projeto. As transformações possíveis com 2

3 a implantação destes modelos de projetos estão descritas em (Naphade e outros, 2011). A criação de modelos que representem o comportamento futuro do sistema elétrico destas novas cidades é foco de pesquisas como na cidade de Tóquio (Yamagata e Seya, 2013). Trabalhos relacionados ao comportamento da sociedade impactada pela instalação de projetos deste tipo também são importantes como na experiência de São Francisco e Seul (Lee e outros, 2013), as facilidades que os sistemas proporcionam em termos de acesso a dados e facilidades para a rotina diária (Kramers e outros, 2014), impacto no habito de consumo da população (Khansari e outros, 2014) e gestão publica com centros de informações (Piro e outros, 2014). No Brasil, o tema cidade inteligente esta em pauta nos diversos setores (instituições de pesquisa, concessionárias, reguladoras, governo federal, universidades e sociedade), em que a tecnologia das redes inteligentes se une a implantação de geração de pequeno porte a partir de fontes alternativas, como comentado em (Mabub e outros, 2013). O projeto Cidade Inteligente Búzios visa à construção da primeira cidade inteligente da América Latina, localizada em Búzios, município da Região dos Lagos do Rio de Janeiro (VILACA e outros, 2014). A análise deste caso real possibilitará a obtenção de informações para o desenvolvimento de projetos para expansão do conceito de Smart City em outras regiões do Brasil e da América Latina e contribuem também para avaliar a integração de novas fontes alternativas de energia as redes de distribuição existentes. 2. O Projeto Cidade Inteligente Búzios O projeto Cidade Inteligente Búzios possui ações já implantadas ou em execução na cidade de Búzios, em vista a atender clientes, sendo 13 industriais, comerciais e serviços públicos e residenciais, contando também com uma previsão de instalação de 25 pontos de automação, além da utilização de 3 linhas de média tensão (15 kv), com 67 km de circuitos, 450 transformadores de média/baixa tensão e tendo como previsão de consumo de 55 GWh/ano. O projeto está sustentado em ações 8 blocos conforme apresentado na Figura 1. 3

4 Figura 1 Estrutura de implantação do projeto Estes blocos foram nomeados como: Comunicação com clientes e Sociedade Geração e Armazenagem Inteligente de Energia Medição Eletrônica Inteligente Telecomunicações e Sistemas Automação de Rede Veículos Elétricos Iluminação Pública Eficiente Edifícios Inteligentes 3 Ações de Geração previstas para o projeto O projeto prevê a instalação de 12 módulos de microgeração distribuída, em unidades diferentes com capacidade em potência instalada de 1,5 e 5 kwp. A princípio o somatório das potências instaladas será de 65 kw sendo: 45 kwp em fotovoltaica, 5 kw em baterias e 15 kw em eólica. A configuração de cada geração distribuída poderá ser: somente com geradores fotovoltaico ou eólico, ou os dois conjugados que serão definidos em acordo com a localização de cada imóvel, considerando a fonte de energia disponível (radiação solar e vento). Os sistemas quando mistos serão interligados, e estariam ligados ao quadro de carga do imóvel, através de um conversor DC/AC que por sua vez estará conectado a rede de distribuição de baixa tensão, pelo medidor de energia como as outras fontes instaladas. As potências dos geradores e armazenadores serão definidos na 4

5 elaboração do projeto que estará baseado no tipo do imóvel escolhido, considerando a demanda de consumo do mesmo onde poderão ser definidos sistemas que supram integralmente ou parcialmente a demanda máxima de cada unidade consumidora. Outro objetivo do projeto consiste na avaliação de alguns usos de energia elétrica alimentados por geração distribuída, a partir de fontes alternativas, principalmente para iluminação, bombeamento, refrigeração e/ou produção de gelo de fácil percepção pela população de Búzios. O desenvolvimento e produção de sistema de iluminação por microgeração distribuída de energia elétrica, também será abordada através de sistemas de geração distribuída instalados em bicicletas estacionárias, assim como o desenvolvimento e produção de sistema de bombeamento por energia elétrica gerada através de sistema de placas fotovoltaica instaladas nas principais praias de Búzios, chuveiros solares. Dentro desse mesmo objetivo será desenvolvimento um sistema de produção e armazenamento de frio (para conservação de alimentos ou produção de gelo) a partir de geração distribuída através de sistemas eólico e fotovoltaico. 4 Ações já implantadas Alguns projetos já estão instalados e em teste para verificar desempenho, coletar dados, comprovar estudos preliminares, teste de protocolos de comunicação e coleta de dados históricos. 4.1 Centro de Monitoramento (Figura 2). Instalação de sistemas fotovoltaicos e gerador eólico de pequeno porte. 4.2 Sistemas Fotovoltaicos em Escolas Municipais Instalação de Painéis Fotovoltaicos em Escolas Municipais, como por exemplo, a Escola Municipal Paulo Freire. (Figura 3). 4.3 Sistemas Fotovoltaicos em Áreas Esportivas Instalação de Painéis Fotovoltaicos no Clube de Tênis (Figura 4). 4.4 Sistemas Fotovoltaicos em Associações de Apoio Social Instalação de Painéis Fotovoltaicos na APAE-Búzios (Figura 5). 5

6 Figura 2 Instalações Eólicas e Fotovoltaicas no Centro de Monitoramento Ampla Figura 3 Instalações Fotovoltaicas no Colégio Municipal Paulo Freire Figura 4 Instalações Fotovoltaicas no Clube de Tênis 6

7 4.6 Geração Eólica em Áreas Públicas Figura 5 Instalações Fotovoltaicas na APAE-Búzios Instalação de aerogeradores no Porta da Barra Praça (Figura 6). Figura 6 Instalações de três Aerogeradores de Pequeno Porte 4.7 Iluminação de Áreas Públicas com Luminárias LED Substituição em vários trechos de iluminação pública das luminárias com lâmpadas de descarga por luminárias com lâmpadas LED (Figura 7). 4.8 Instalação de Medição Eletrônica Inteligente Foram desenvolvidos medidores inteligentes numa colaboração entre a Enel Distribuzione e a Landis + Gyr Equipamentos de Medição Ltda. Inicialmente instalaram-se 200 unidades para testes e atualmente (maio de 2014) esta em uma 2ª fase com a projeção de instalação de unidades até agosto de A Figura 8 ilustra uma instalação residencial após a troca dos medidores. 4.8 Instalação de Sistema de Automação de Rede Estão sendo instalados sistemas de religamento, bloqueio e chaveamento automáticos e com comando e registro remoto programáveis. A Figura 9 apresenta uma destas instalações. 7

8 Figura 7 Luminárias a LED atendendo a Iluminação Pública Figura 8 Novos medidores eletrônicos instalados em consumidores residenciais Figura 9 Sistema de Automação de Rede 5 Conclusões Este trabalho apresenta algumas ações implantadas pela concessionária Ampla no Projeto Cidade Inteligente Búzios, destacando as instalações de unidades de geração para expansão de sistemas de micro/mini geração com fontes renováveis. Apresentam-se ações referentes à automação de redes, medição inteligente, iluminação publica e fontes alternativas (eólica/solar) instaladas. Apresenta-se também o formato em blocos definido para o projeto, em que a concessionária, o poder público, a sociedade local, fornecedores de novas tecnologias e academia, se envolvem na pesquisa, desenvolvimento, divulgação e aplicação do projeto. 8

9 Vale destacar que o projeto é piloto e visa desenvolver conhecimento para possibilitar a interconexão de novas fontes geradoras a uma rede de energia elétrica flexível, altamente automatizada e totalmente integrada sobre os aspectos de controle, em consequência da implantação de um centro de monitoramento que viabiliza a possibilidade de diagnostico de problemas e reparos que poderão ser executados de forma eficiente e ágil devido aos investimentos feitos na malha de distribuição. Outro conceito e beneficio possível com a instalação da tecnologia de medidores inteligentes e a avaliação de novos modelos tarifários. Ou seja, o projeto apresenta-se como um laboratório vivo para teste e avaliação tecnológica de um conceito mundial que esta se realizando no Brasil, as smart cities. Referências Bibliográficas ACHARJEE, P.; Strategy and implementation of Smart Grids in India,Energy Strategy Reviews, vol. 1,p , doi: /j.esr KHANSARI, N.; MOSTASHARI, A.; MANSOURI, M.; Conceptual Modeling of the impact of Smart Cities on Household Energy Consumption, Procedia Computer Science, vol.28, p.81-86, KRAMERS, A.; HOJER, M.; LOVEHAGEN, N.; WANGEL, J.; Smart sustainable cities Exploring ICT solutions for reduced energy use in cities, Environmental Modeling & Software, doi: /j.envsoft (in press). LEE, J.H.; HANCOCK, M.G.; HU, M.C.; Towards an effective framework for building smart cities: Lessons from Seoul and San Francisco, Technological Forecasting & Social Change, doi: /j.techfore (in press). MABUB, M.O.A.; SILVA, C.H.F.; PORTO, M.A.D.; SILVA, E.L.B.; As implicações da Smart Grid no Cenário Energético Brasileiro., Revista SODEBRAS, vol. 8, p , NAPHADE,M.; BANAVAR, G.; HARRISON, C.; PARASZCZAK, J.; MORRIS, R.; Smarter Cities and their Innovation Challenges, Computer, vol.44, p.32-39, doi: /MC NEIROTI, P.; DE MARCO, A.; CAGLIANO, A.C.; MANGANO, G.; SCORRANO, F.; Current Trends in Smart City initiatives: Some stylized facts, Cities, vol. 38, p , doi: /j.cities PIRO, G.; CIANCI, I.; GRIECO, L.A.; BOGGIA, G.; CAMARDA, P.; Information centric services in Smart Cities, Journal of Systems and Software, vol.88, p , doi: /j.jss

10 VILACA, N.M.C.A.A.; FIGUEIREDO, V.N.; OLIVEIRA, L.B.; FERREIRA, V.H.; FORTES, M.Z.; CORREIA, W.F.; PACHECO, O.L.C.; Smart City Caso de Implantação em Búzios RJ. Revista SODEBRAS, vol.9, p , YAMAGATA,Y.; SEYA,H.; Simulating a future smart city: An integrated land useenergy model, Applied Energy, vol.112, p , doi: /j.apenergy