TECNOLOGIA PARA MONITORAMENTO E CONTROLE DO CONSUMO DE ENERGIA VIA INTERNET Fábio Gonçalves Jota Professor Titular do Departamento de Engenharia Eletrônica UFMG 30/11/2010 1
Sumário Histórico Plataforma CMUF Arquitetura CMUF Smart Grid Funcionalidades Smart Grid Outras Aplicações Constituição da Empresa Conclusões 30/11/2010 2
Histórico Em 16/04/2002, é encaminhada à FINEP proposta para obtenção de apoio financeiro do FNDCT (edital CT-ENERG FINEP 02-2002) que é aprovado logo em seguida. Em 10/03/2004, é celebrado convênio (FNDCT/CT- ENERG) entre a FINEP (como concedente) e FUNDEP (como convenente), tendo a CEMIG, como interveniente/co-financiador, a UFMG, como executora, e o CEFET-MG, como co-executor. Em outubro de 2004, são liberadas as primeiras parcelas, quando o projeto é efetivamente iniciado. Em fins de 2006, são iniciados os primeiros estudos para verificação da possibilidade de patenteamento da tecnologia derivada do projeto CMUF.
Histórico (cont.) Em maio de 2007, são realizadas as primeiras reuniões para discutir os mecanismos e procedimentos de proteção dos resultados de pesquisa obtidos pelo CMUF, avaliar a patenteabilidade e estabelecer competências para redação do(s) pedido(s) de patente(s) e elaboração de registro(s) de software(s). Em setembro de 2007 foi feito o depósito da patente no INPI. Em 08/08/2008, reuniram-se as 3 partes para discutir: 1) Divulgação da patente do CMUF para fins de licenciamento; 2) Depósito de patente internacional; 3) Pendências na questão da co-titularidade. Em setembro de 2008 é feito o depósito da patente internacional na WIPO ( World Intellectual Property Organization ).
Histórico (cont.) Em abril de 2009, o projeto CMUF é inscrito no Programa de Incentivo à Inovação (PII), objetivando buscar financiamento para realização de estudo de viabilidade técnica, econômica, comercial e do impacto ambiental e social (em parceria com a SECTES-MG e o SEBRAE). 05/05/2009: aprovação do projeto (PII 1ª Etapa 1) Em 28/09/2009, o projeto CMUF é selecionado para participar da Etapa 2 do PII (para desenvolvimento do protótipo dos produtos, os processos ou serviços e realizado o Plano de Negócios Estendido (R$ 30 mil para o desenvolvimento do protótipo).
Histórico (cont.) Em 02/10/2009 é submetida, dentro do programa P&D-2010, uma proposta para desenvolvimento do cabeça-de-série do CMUF (com empresa incubada na UFMG para viabilizar a execução deste projeto). Em abril de 2010, após divulgação da aprovação do projeto cabeça-de-serie (registrado na CEMIG como D373 no Programa P&D CEMIG/ANEEL 2010) são realizadas as devidas atualizações para sua implantação. Em 30/04/2010, é divulgado o resultado do processo seletivo da INOVA-UFMG, em que o CMUF é aprovado em primeiro lugar para o Programa de Incubação.
Centro de Monitoramento de Usos Finais (CMUF) Objetivos: projeto e construção de um sistema de monitoramento remoto (via Internet), de baixo custo, e instalação do sistema em 15 edificações selecionadas (curto prazo) A médio prazo: desenvolvimento de metodologia de gerenciamento de energia, por setor produtivo, estudo e proposição de novos índices indicadores de eficiência energética e industrialização do sistema de monitoramento
Centro de Monitoramento de Usos Finais (cont.) Objetivos a longo prazo: popularização do sistema de monitoramento e monitoramento contínuo de edificações diversas com redução efetiva do uso da energia Trata-se de sistema de monitoramento e controle composto por uma rede de sensores (de grandezas elétricas e de variáveis ambientais) espalhados pelas edificações formando um conjunto de unidades de aquisição e processamento de dados (de baixíssimo custo e baixíssimo consumo de energia)
Estágio de Desenvolvimento os nós da rede são interligados entre si e a um Web- Server (ou modem GPRS) que faz conexão de cada edificação ao Banco de Dados do CMUF capacidade de estabelecer relações de causa-e-efeito entre as variáveis medidas Instalado e totalmente operacional: CEMIG, DER-MG, Hemocentro BH, SERPRO, Fórum BH, dois hospitais, duas escolas municipais de BH e próprios campi da UFMG e do CEFET-MG (perfazendo um total de 650 medições a cada minuto) edificações monitoradas têm tipicamente várias dezenas de sensores (20 a 100) e alguns nós (3 a 15)
CMUF: sensores e atuadores 30/11/2010 10
Metodologia a escolha das cargas e outras grandezas a serem monitoradas é feita de comum acordo entre a equipe coordenadora do CMUF e os gerentes de energia de cada edificação. prévio estudo dos "usos finais" para determinação dos pontos a serem monitorados centro virtual distribuído por todas as edificações e laboratórios participantes os dados recebidos das edificações são decompostos em informações relevantes e armazenados em um Banco de Dados 30/11/2010 11
Metodologia (cont.) o Banco de Dados pode ser acessado de qualquer lugar do planeta, via Internet, pelos gerentes de energia de cada edificação (devidamente cadastrados) apenas o aplicativo PHP (página Web) faz acesso direto ao Banco de Dados solicitações de análises mais complexas são atendidas via um servidor de aplicativos (SciLab, Excel e Word) os gráficos e tabelas gerados são sempre fornecidos ao solicitante via página Web
Plataforma CMUF Acompanhamento do desempenho das instalações (energético, luminoso ou térmico), de uma forma distribuída, de acordo com o tipo de carga monitorada. Consumo estratificado da edificação por usos finais ou por centros de custos. Determinação de consumos específicos de cada centro de custo. 30/11/2010 13
Plataforma CMUF: Funções 30/11/2010 14
CMUF: funções Identificação dos pontos de desperdícios energéticos. Atuação pontual, melhorando o desempenho local de uma edificação. As informações são disponibilizadas em tempo real, via Internet, aos usuários cadastrados. 30/11/2010 15
CMUF: Vantagens Uso intensivo (a baixo custo) das tecnologias da informação e comunicação tanto na geração, transmissão e distribuição ( Smart Grid a baixo custo). Ferramenta para combate a perdas não técnicas (furto, fraude, inadimplência, clientes clandestinos, etc.). Detalhamento da rede, com a localização dos gargalos e o perfil do consumo dos clientes. Aplicação efetiva em programas de medição e verificação - M&V. 30/11/2010 16
Arquitetura CMUF Smart-Grid 30/11/2010 17
Funcionalidades Smart-Grid 1. Monitoramento da Rede de Distribuição 2. Monitoramento dos Consumidores na própria Rede da Concessionária 3. Monitoramento Interno dos Consumidores 4. Controle de Cargas 30/11/2010 18
1. Monitoramento da Rede de Distribuição Curva de carga de cada transformador (carregamento em função do tempo, crescimento histórico e necessidade de expansão). Perfil de temperatura do transformador (interna e ambiental). Registro de eventos de qualidade de energia (afundamentos de tensão, sobre-tensões, transitórios). Harmônicos de tensão e de corrente. Avaliação dos sistemas de iluminação urbana. Monitoramento de variáveis climáticas 30/11/2010 19
Curva de Carga e Distribuição entre fases desequilíbrio entre fases: não é incomum
2. Monitoramento dos Consumidores na Rede 30/11/2010 Balanço de energia do sistema (separação de perdas técnicas das comerciais). Avaliação de furtos de energia, identificando o consumidor diretamente. Back-up da medição. Determinação da distribuição de correntes nas fases ao longo do dia e a melhor redistribuição de carga entre as fases. Detecção de falhas, na rede de baixa tensão, e geração automática de alarmes (facilidade de diagnóstico do ponto de falha). 21
Curvas de Carga por Setor 30/11/2010 22
3. Monitoramento Interno dos Consumidores 30/11/2010 Sub-divisão das cargas em grupos (ou individualmente), agrupadas conforme seu tipo, tais como: iluminação, refrigeração, aquecimento, área de serviço, área de lazer, etc. Informações adicionais: percentual da carga total, divisão por horário de funcionamento, análise de curva de carga, avaliação de stand-by, etc.. Possibilidade de estabelecimento de metas de consumo, com avaliação diária e projeção do consumo mensal. O consumidor tem acesso aos dados e pode acompanhar a evolução de seu consumo em tempo 23 real.
Tempo Real: Previsão 30/11/2010 24
4. Controle de Cargas 30/11/2010 Cargas podem ser desabilitadas evitando ultrapassagem de metas de consumo diário, em residências ou mesmo de demanda em edifícios de maior porte. No sistema de distribuição, cortes automáticos de consumidores, em regiões de difícil acesso podem ser acionados remotamente (GLD). O sistema de controle pode ser ajustado em função da estratégia adotada para acionamento. Prioridade entre cargas é facilmente programada e o acionamento pode ser comandado remotamente por um operador ou automaticamente por programação. 25
Consumo acumulado em um dado período
Outras Aplicações Monitoramento de um sistema fotovoltaico (gerador e irradiação solar do CPEI/CEFET- MG). Acionamento remoto de um equipamento de ar condicionado Detecção de desperdício em "standby" de arcondicionado de grande porte. Estabelecimento de correlação entre medições de grandezas ambientais e o consumo e geração de energia elétrica (radiação solar e temperatura e umidade do ar) 30/11/2010 27
Micro-Geração Monitoramento Irradiação solar W/m2 700 600 500 400 300 200 100 30/11/2010 0 00:01 01:15 02:29 03:43 04:57 06:11 07:25 08:39 09:53 11:07 12:21 13:35 14:49 16:03 17:17 18:31 19:45 28 20:59 22:13 23:27
Consumo x Temperatura 30/11/2010 29
Gerenciamento pelo Lado da Segurança
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Considerações Iniciais Redes de Transmissão e Distribuição Inteligentes: abrangem desde a geração até as redes de transmissão e distribuição, os consumidores industriais, a automação predial e residencial (domótica), os sistemas de armazenamento de energia e os usos finais (e sistemas associados). 30/11/2010 32
Considerações Iniciais Benefícios das Redes Inteligentes: Confiabilidade e Qualidade Segurança Eficiência Energética Conservação Ambiental Retorno Financeiro 30/11/2010 33
Histórico de Constituição da Empresa Programa de Incentivo à Inovação na UFMG 2010 30/11/2010 34
Contexto de mercado 16,5% de toda a energia elétrica produzida no Brasil é perdida (CNI) Aumento de 150% das tarifas de energia entre 2001 e 2006 (CNI) Perda de competitividade das indústrias brasileiras 73% das empresas adotarão a eficiência energética como alta ou moderada prioridade nos próximos dois anos Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000 (ANEEL) Programa de Apoio a Projetos de Eficiência Energética do BNDES Financiamento de R$ 100 milhões em projetos de conservação de energia em dois anos (Procel- ABESCO- 2009) Segundo a Agência Internacional de Energia os investimentos em eficiência energética e tecnologias limpas serão de USS 400 bilhões por ano durante os próximos 20 anos.
Desenvolvimento Projeto de Incentivo a Inovação (Iniciativa: UFMG, SECTES, SEBRAE, FUNDEP) Fases: 1) Estudo de Viabilidade Técnica, Econômica, Comercial e do Impacto Ambiental e Social (EVTECIAS) (maio/09-ago/09); 2) Plano de Negócios Estendido (PNE) (out/09 jul/10) 3) Processo de Incubação (abr/10-ago/10) 4) Constituição da empresa (propriamente): nov/10 30/11/2010 36
Empresa Incubada (INOVA / UFMG) 30/11/2010 37
Empresa Constituição: 1. Equipe técnica - Pesquisadores: Prof. Fábio Jota, PhD (UFMG), Profa. Patricia Jota, Doutora (CEFET-MG), Prof. Euler C. Martins, Doutor (CEFET-MG) - Corpo técnico contratado 2. Equipe Gerencial - Júlia Araújo Tiso Mudrik (Eng. Produção) Localização: INOVA - UFMG 30/11/2010 38
Incubação INOVA UFMG - Espaço Físico (Infra-estrutura) - Capacitação/Apoio (gestão, finanças, marketing ) - Ambiente estimulador (Network) - Proximidade com os laboratórios de pesquisa - Captação de recursos (Fundos de fomento, Investidores) - Licenciamento - Marca da UFMG 30/11/2010 39
Planejamento Início do funcionamento: setembro/2010 Projetos iniciais: - Contatos realizados no desenvolvimento do PII - Demandas já colocadas (pendentes) - Projeto Cabeça-de-Série 30/11/2010 40
Conclusões Plataforma CMUF: parte integrante da infraestrutura necessária à implantação de medição e acionamento em tempo real via Internet. O baixo custo do sistema torna sua instalação viável tanto técnica quanto financeiramente em qualquer tipo de edificação (residencial, comercial ou industrial), com impacto mínimo no custo da energia. A plataforma viabiliza a implantação plena de programas de GLD com acionamento remoto de cargas (manual ou automaticamente). 30/11/2010 41
Conclusões Da experiência adquirida com o sistema, em funcionamento ininterrupto 24h/dia, pode-se concluir que gerenciamento efetivo da energia só pode ser feito a partir de medições estratificadas e devidamente analisadas. A plataforma demonstrou também sua eficácia na medição de energia proveniente de microgeradores (no caso, um sistema fotovoltaico). Está sendo feita uma aplicação do sistema na medição distribuída nos transformadores, como forma efetiva de determinação de perdas técnicas (e comerciais), planejamento da expansão e melhoria da qualidade dos serviços. 30/11/2010 42
Obrigado! fgjota@ufmg.br 30/11/2010 43