Eficiência Energética

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1 Eficiência Energética Smart Grid - Redes Inteligentes Anderson D. Carvalho, Helionay F. Rocha, Jeiza P. Bittencourt, Jéssica M. Ribeiro, Luiz F. Rocha, Wellerson C. Leite, Vinicius M. Pacheco. Centro Universitário do sul de Minas Unis s: adomingueticarvalho@gmail.com, helionay1@yahoo.com.br, jeiza.vga@hotmail.com, jessica_18mr@hotmail.com, luiz.fer.rocha@hotmail.com, wellersonc@gmail.com, vinicius.pacheco@unis.edu.br Abstract Electrical grids, since its inception, has received improvement or change slowly and gradually. In constant need of the search for greater energy efficiency for the electric system, Smart Grids are under studies in Brazil, and already on probation abroad. This system consists of intelligent networks monitored, which will be not only able to improve the quality of electricity consumption, as will maintain a system of energy generation and consumption to the concessionaires Keywords electrical grids, energy efficiency, Smart Grid, quality, consumption. Resumo As redes elétricas, desde a sua criação, vem recebendo melhoria ou mudança de forma lenta e gradativa. Tendo em vista necessidade constante da busca por maior eficiência energética para o sistema elétrica, Rede Elétricas Inteligentes (Smart Grid) está sendo estudadas no Brasil, e já em fase de teste no exterior. Este sistema consiste em redes inteligentes monitoradas, que serão não só capazes de melhorar a qualidade no consumo da eletricidade, como manterá um sistema de consumo e geração de energia para as concessionárias. Palavras Chaves redes elétricas inteligentes, eficiência energética, Smart Grid, qualidade, consumo. 1. Introdução A busca pela eficiência energética cada vez mais se torna importante, principalmente nos dias atuais, onde os baixos índices de chuva no Brasil ameaçam a geração de energia elétrica e podem comprometer as atividades econômicas no país. Neste cenário, a sustentabilidade se torna um item a ser considerado no desenvolvimento de sistemas de energia elétrica mais eficientes. Sustentabilidade é um termo utilizado para definir a capacidade de atender as necessidades atuais sem comprometer as gerações vindouras. Diversos estudos vem sendo realizados com o objetivo de aumentar a eficiência energética em todo o sistema elétrico brasileiro, compreendendo geração, transmissão, distribuição e consumo. Como isso, todos os agentes integrantes do sistema se beneficiam. A implantação de Smart Grid (Redes Elétricas Inteligentes) é um tema que está sendo amplamente discutido em todo o mundo, tendo potencial para contribuir com sistemas elétricos mais eficientes e sustentáveis. Smart Grids podem trazer benefícios entre os quais se destacam a redução do custo energético ou o aumento de produção com o mesmo custo, a confiabilidade, qualidade do fornecimento e a redução no impacto de mudanças climáticas. Com a publicação da Portaria nº 440, de 15 de abril de 2010, foi criado o Grupo de Trabalho para estudo do conceito de redes elétricas inteligentes, composto por diversas entidades dos mais variados setores, com objetivo de nivelar os conhecimentos sobre o estado da arte das redes inteligentes. A ANEEL (Agência Nacional de Energia Elétrica) vem estudando a regulamentação de instalação de medidores eletrônicos em estabelecimentos que consomem média tensão. O regulamento consiste em exigir novas funcionalidades para integrar aos 1

2 sistemas de telecomunicações e informática e, com isso, compor uma rede inteligente. 2. O que é Smart Grid Smart Grid está mais ligado à um conceito do que à equipamentos, e pode ser definida como uma rede que utiliza tecnologia capaz de monitorar o consumo de energia em tempo real e gerenciar fluxos de energia e informações entre todos os agentes conectados à rede, sejam geradores, distribuidores ou consumidores de energia. Figura 1. Exemplo de Smart Grid. As principais características da Smart Grid são: Auto recuperação; Participação ativa de consumidores; Resistir a ataques físicos e cibernéticos; Fornecer uma energia de melhor qualidade; Permitir vários tipos de geração e armazenagem de energia; Menor impacto ambiental; Maior envolvimento do mercado; Permitir uma maior utilização de geração intermitente de energia. 3. Geração distribuída Um dos elementos integrantes de uma rede inteligente é a geração distribuída. Ao atender a carga no próprio ponto de consumo, a geração distribuída irá diminuir o consumo nas grandes centrais e, com isso, reduzir a demanda média atendida por essas unidades. Em larga escala, a geração distribuída irá proporcionar um melhor manejo das hidrelétricas, o que possibilita reduzir a participação das termelétricas. A geração distribuída também possibilita a redução de perdas técnicas e diminui o carregamento das redes de transmissão e distribuição e, consequentemente, irá reduzir futuras ampliações do sistema. A implantação de novas fontes na matriz energética aumenta a segurança energética do sistema e diminui o risco de racionamento. 4. Expectativas para o Brasil Há grandes expectativas em relação aos benefícios do investimento em Smart Grids no Brasil. Devido ao maior monitoramento de consumo de energia, espera-se uma diminuição de perda por roubo e fraude. O monitoramento e gerenciamento mais inteligente permite a otimização do uso da capacidade instada no horário de ponto. Além disso, é possível detectar falhas e tomar ações corretivas de forma mais rápida, melhorando a qualidade no fornecimento de energia elétrica. Smart Grids possibilitam redução de custos de operação, manutenção ou postergação dos investimentos por parte de concessionárias de energia elétrica, o que pode levar à redução da tarifa de energia para os consumidores. O aumento da participação de energia renováveis possibilita um melhor manejo das hidrelétricas e redução nas futuras ampliações de sistemas de transmissão. 5. Sustentabilidade Do ponto de vista da sustentabilidade, Smart Grids podem integrar uma grande diversidade de fontes limpas alternativas 2

3 de forma distribuída e maior interação entre consumidor e distribuidor de energia. A descentralização da produção de energia é uma das propostas das Smart Grids. Sendo assim, um consumidor pode produzir energia, armazená-la ou até mesmo vender o excedente. O conceito de rede inteligente também pode se estender para tornar os eletrodomésticos mais inteligentes e mais econômicos, sendo possível programar o uso somente nos horários em que a energia é mais barata, evitando assim alto custo e também o desperdício. Smart Grids também visam a redução no impacto ambiental do sistema produtor de eletricidade, evitando possíveis perdas e utilizando fontes de baixo impacto ambiental. Existe ainda a questão do efeito estufa. A implementação da tecnologia inteligente possibilita a redução de CO 2 emitido por geradores movidos à combustíveis fósseis. Assim, com a transição para o uso de fontes de energia renováveis e a contribuição para a redução da emissão de gases de efeito estufa, Smart Grid cria uma economia sustentável para assegurar a prosperidade das gerações atuais e também futuras. 6. Barreiras para implantação de Smart Grids Apesar dos benefícios obtido pela implantação de Smart Grids, existem barreiras tanto do ponto de vista técnico, quanto no ponto de vista regulatório. Tecnicamente, os possíveis obstáculos são: Custo relativamente alto de equipamentos de medição e comunicação, e de pequenos e micros geradores elétricos; Garantia de condições de estabilidade e de funcionalidade dos sistemas de proteção; Planejamento do setor elétrico, que envolve ferramentas de simulação e expansão do mesmo, que deverão ser levados em conta o grande número de micro geradores próximo aos centros de carga. Na esfera regulatória brasileira, observa-se: Falta de regulamentação no fornecimento de energia excedente à rede de baixa tensão e remuneração desse excedente. Padrões de normas técnicas para inversores que precisam estar conectados à rede. Padrões para evitar a energização indevida nas redes quando estas forem desativadas. Procedimentos para manutenção. É necessário também que sejam definidos como os custos serão distribuídos e a manutenção do sistema. Tais definições de como os pequenos geradores e concessionárias irão dividir os danos ao sistema e equipamentos de terceiros. Tendo em vista os possíveis obstáculos e com o objetivo de incentivar a geração distribuída de fontes de energia renováveis de pequeno porte, e iniciar discussões de como o regulador irá amenizar as barreiras existentes, a ANEEL realizou entre Setembro e Novembro de 2010, a Consulta Pública nº 015/ Investimentos e Rendimentos A implantação de Smart Grids exige investimentos em tecnologias capazes de agregar novas funcionalidades e integrar sistemas de telecomunicações e informática ao sistema elétrico. Para isso, se faz necessário, inicialmente, a substituição dos medidores atuais pelos eletrônicos. Segundo estudos realizados, a substituição de um medidor já instalado 3

4 custa em média R$ 278,50. Considerando a substituição de 45 milhões medidores, o custo total dessa instalação de aproximadamente R$ 12,5 bilhões. Figura 2. Relógios medidores (digital e analógico). Além da substituição dos medidores, é preciso que a rede tenha equipamentos de comunicação, processamento e teleinformática. Segundo o Ministério de Minas e Energia (2010): Um Grupo de Trabalho do Conselho Ministerial para Smart Grid na Austrália estimou que os medidores (compra e instalação) representam entre 71% e 80% do investimento necessário à implantação de redes inteligentes. O restante, de 20% a 29%, relaciona-se à adaptação dos sistemas de informática das distribuidoras, comunicação (PLC, telefonia fixa e GPRS) e equipamentos de controle de demanda. No Brasil, a Cemig pretende instalar o sistema na cidade de Sete Lagoas MG, o Projeto Cidade do Futuro. Segundo a Cemig a implantação envolve: Instalação de 95 mil medidores inteligentes; Adequação de 3 subestações; Instalação e substituição de equipamentos de medição nos 24 alimentadores que compõem a rede de média tensão da cidade; Ampliação e adequação de telecomunicações operacionais e sistemas computacionais; Implantação de soluções que permitem o monitoramento da geração distribuída. Segundo a Cemig o sistema de medição custaria R$ 69,8 milhões e a parte de automação das subestações custariam R$ 34,3 milhões. Considerando o valor previsto pela Cemig, os custos com a inteligência da rede representam 50% do custo dos medidores. Figura 3. Casa inteligente. 8. Faixas de Consumo e Internet Com o avanço da internet, a rede inteligente ganha um adicional de proteção, confiabilidade e economia, através de monitoramento online feitos pelos medidores digitais de consumo de energia. Com os medidores digitais, a tarifa poderá ter valores de acordo com os horários de consumo. Estes horários podem ser divididos em três faixas, da seguinte maneira: Horário de pico - 18:00 a 21:00, tarifa superior às normais; Horário de pré/pós-pico 17:00 a 18:00 / 21:00 22:00, tarifa mais barata que as do horário de pico; 4

5 Demais horários, onde preço é reduzido chegando a custar cinco vezes mais barata que a do horário de pico). Assim o consumidor terá a possibilidade de controlar seu consumo de forma a reduzir a conta de energia. O controle das contas poderá ser feito através da internet, que é veículo que facilmente pode ser usado pelo medidor digital. Os consumidores terão um controle das suas contas, que será feito frequentemente ao longo do dia, através de um sistema, onde a concessionária recebe os dados direto do medidor e calcula o consumo instantâneo ao longo do período. Além disso, será desnecessário o serviço de leitura e a concessionária poderá ligar ou desligar a energia de um consumido por acesso remoto, descartando também a utilização de técnicos para efetuar esses trabalhos. O consumidor terá acesso à medidas exatas de tensão e corrente, podendo verificar a qualidade da energia fornecida, se beneficiando, por exemplo, em caso de danos à equipamentos decorrentes de anormalidades na rede de distribuição. 9. Conclusão Smart Grid é um conceito inovador para as redes elétricas, sendo sua utilização extremamente benéfica ao país. É justo dizer que seu investimento é razoavelmente alto, porém os benefícios e economias são mais valiosos diante dos seus custos. Todos os agentes do sistema elétrico, desde o gerador até o consumidor de energia elétrica, s beneficiarão com este conceito. O consumidor tem a perspectiva de redução de gasto com energia elétrica, a possibilidade de monitorar e gerenciar o consumo da energia. Além disso, poderá ser um consumidor produtor de sua própria energia, sendo que a energia produzida poderá ser utilizada para o próprio consumo, ou vender a energia excedente. As distribuidoras de energia elétrica, por sua vez, se poderão se beneficiar da redução de perdas no sistema, tanto técnicas quando àquelas decorrentes de furtos e fraudes, e da redução do carregamento das linhas de distribuição, o que permite eliminar ou adiar a necessidade de investimento na expansão da rede. Smart Grid é uma inovação das redes elétricas que não só beneficiará os consumidores e produtores de energia, mas também o meio ambiente, evitando construções de novas usinas hidrelétricas, devido à autonomia para produção de energia que o sistema proporciona. Smart Grid tem a perspectiva de aumentar a eficiência no sistema de produção, distribuição e consumo de energia elétrica. Diante deste cenário, a coordenação entre estudos por entidades de pesquisa e ações governamentais se faz cada vez mais necessária no sentido de implementar Smart Grid no Brasil, possibilitando o crescimento sustentável do país. 10. Referências Bibliográficas [1] CAMARGO, Camila. Smart Grid: a rede elétrica inteligente Disponível em: < [2] CGEE - Centro de Gestão e Estudos Estratégicos. Redes elétricas inteligentes: contexto nacional [3] ALMEIDA, Fernando. Eficiência Energética Sustentável Agnys Disponível em: < comites/eficiencia%20energetica%20sust entavel.pdf> [4] Grupo de Trabalho de Redes Elétricas Inteligentes Disponível em: < /Relatxrio_GT_Smart_Grid_Porta ria_ pdf/> [5] FALCÃO, D. M. Integração de Tecnologias para Viabilização da Smart 5

6 Grid. In: III Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos, 2010, Belém [6] FALCÃO, D. M. Smart Grids e Microredes: O futuro já é presente. In: VIII Simpósio de automação e sistemas elétricos. Rio de Janeiro Brasil [7] PANESI, André R. Q. Fundamentos de eficiência energética: industrial, comercial e residencial. São Paulo, SP: Ensino Profissional, 2006 [8] GELLINGS, Clark W. The smart grid: enabling energy efficiency and demand response. The Fairmont Press, Inc. Lilburn, GA, USA, [9] CEMIG - Companhia Energética de Minas Gerais. Projeto Cidades do Futuro. Disponível em: nossos_programas/redes_inteligentes/pa ginas/conheca_o_projeto.aspx 6