Este documento discute as redes inteligentes e sua implantação no Brasil. Ele apresenta o conceito básico de rede inteligente, os benefícios esperados e as principais áreas técnicas envolvidas, como sistemas de potência, telecomunicações e tecnologia da informação. Também compara a motivação e urgência dos EUA para aumentar a inteligência de sua rede com a situação no Brasil, destacando iniciativas, peculiaridades e dificuldades brasileiras.
b) Quanto ao Fluxo Elétrico: quais são os 7 setores de consumidores de eletri...
REDES INTELIGENTES E A SUA IMPLANTAÇÃO NO BRASIL
1. 1
REDES INTELIGENTES E A SUA IMPLANTAÇÃO NO BRASIL
Marcos José Rodrigues dos Santos
Engenheiro Eletricista
Metrologista
marcos.major@gmail.com
21/12/2011
Resumo: Este artigo apresenta o conceito básico de Rede Inteligente (“Smart Grid”) e
os principais benefícios esperados com a aplicação concreta deste conceito. Também
são discutidas as principais áreas técnicas do conhecimento que estruturam uma rede
inteligente e o desafio mais relevante enfrentado em cada área. Por outro lado, são
discutidas a motivação e grau de urgência dos Estados Unidos da América para o
aumento do “grau de inteligência” da sua rede de energia elétrica em comparação com o
Brasil, evidenciando-se as principais iniciativas, peculiaridades e dificuldades brasileiras.
Palavras-chave: Rede Inteligente, Smart Grid, Sistemas Elétricos, Microredes, Smart
Meters, Automação de Redes, Barreira.
Abstract: This paper presents the basic concept of "Smart Grid" and the main expected
benefits of the practical application of this concept. Also are discussed the main technical
areas of knowledge that build an intelligent network and the most significant challenge
faced in each area. On the other hand, discusses the motivation and degree of urgency
of the United States of America to increase the "degree of intelligence" of its electricity
network in comparison to Brazil, demonstrating the Brazilian key initiatives, peculiarities
and difficulties.
Keywords: Smart Grid, Power Systems, Microgrid, Smart Meters, Network Automation,
Barrier.
1. INTRODUÇÃO
Desde a criação das primeiras redes de energia elétrica, os desenvolvimentos1
promovidos nas áreas de automação e instrumentação vinham sendo aplicados mais
intensamente nos segmentos de geração e de transmissão, do que no segmento de
distribuição de energia elétrica. Assim sendo, tais avanços foram aumentando
paulatinamente o “grau de inteligência” das redes, mas ainda com pouco impacto no
âmbito da distribuição da energia.
Os primeiros esforços especificamente voltados a para a área de arquitetura de
redes inteligentes, e já considerando ativamente as necessidades do segmento de
distribuição de energia, se deram nos Estados Unidos na década de 2000. O
1
Naturalmente, no início, foram incorporados desenvolvimentos eletromecânicos à Rede e, posteriormente,
foram sendo incorporadas aplicações relacionadas às tecnologias de eletrônica, telecomunicações e
informação, à medida que estas últimas foram surgindo e se consolidando.
2. 2
“Intelligrid2
Architecture Report” (EPRI, ELECTRICITY INNOVATION INSTITUTE, 2002)
é retratado no “Profiling and Mapping of Intelligent Grid R&D Programs” (EPRI, EDF
R&D, 2006), como o primeiro programa de trabalho na área em questão, cujo objetivo
era aumentar a inteligência da infraestrutura de energia elétrica.
Uma combinação de mudanças observadas nos últimos anos tem acelerado a
evolução das redes de energia elétrica. As principais mudanças são:
a) o aumento da demanda por energia, acompanhada do aumento de emissões de
poluentes;
b) a desregulamentação do setor de energia elétrica;
c) uma maior oportunidade de negócios para as concessionárias, à medida que
serviços adicionais possam ser oferecidos aos consumidores;
d) a viabilização e proliferação de fontes renováveis de energia e de projetos de
mobilidade que demandam conexão inteligente à rede;
e) um maior senso crítico dos consumidores.
Contudo, somente a partir de 2009, o termo “Smart Grid” se consolidou
concomitantemente ao desenvolvimento do modelo norte-americano de rede inteligente,
a cargo do National Institute of Standards and Technology (NIST) – instituição designada
pelo governo norte-americano para coordenar o desenvolvimento de tal modelo. Assim
foi criado o NIST-SGIP (NIST - Smart Grid Interoperability Forum). Neste fórum, até julho
de 2011, foram estabelecidos 19 PAPs (Priority Action Plans), correspondentes a 19
temas considerados mais relevantes, dentre eles: distribuição, medição, aprimoramento
da relação do cliente com a rede inteligente e comunicação (NIST, 2011). Ao mesmo
tempo em que o modelo americano vem se estabelecendo, também vem sendo adotado
por diversos países. Contudo, há exceções como a Inglaterra e o Canadá que têm
trabalhado nos seus próprios modelos.
Segundo (WOLLMAN, 2011, p. 5948), por meio de comunicações, recursos de
computação, processamento de sinal e novas facilidades de medição, a Rede Inteligente
vai melhorar a confiabilidade e eficiência do sistema de energia elétrica e, ao mesmo
tempo, permitir a integração de fontes distribuídas de energia renováveis ao segmento
de transmissão, assim como, reduzir o uso de energia nos edifícios e instalações
industriais por meio da inteligência e automação.
É oportuno mencionar que três instituições tem se destacado mundialmente no
desenvolvimento e organização dos modelos de interesse, a saber:
a) O Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) e a International
Electrotechnical Commission (IEC), ambos concentrando-se, principalmente, no
desenvolvimento de padrões técnicos.
b) O NIST, dedicado à organização dos padrões técnicos já existentes, oriundos das
instituições desenvolvedoras (como o IEEE e o IEC), identificando lacunas e
incentivando o desenvolvimento de padrões complementares.
2. A DEFINIÇÃO DE REDE INTELIGENTE (“SMART GRID”)
Há várias definições para uma rede inteligente. O NIST, em especial, prefere não
apresentar uma definição específica. Limita-se a comentar: “Definições e terminologias
2
Intelligrid foi um programa de trabalho, operante entre 2001 e 2005, gerenciado pelo EPRI - Electric Power
Research Institute e dedicado ao desenvolvimento de uma arquitetura de nível industrial para comunicações
de sistemas de computadores distribuídos que efetivamente integrasse equipamentos inteligentes.
3. 3
variam um pouco, mas todas invocam noções de uma rede de energia avançada
destinada a mudança de rota das redes de energia prevista para o século 21, no que se
refere à adição e integração de vários sistemas computacionais, tecnologias de
comunicação e serviços associados à infraestrutura de despacho de energia. Fluxos
bidirecionais de energia e de comunicação e a capacidade de controle permitirão uma
série de novas funcionalidades e aplicações que vão muito além dos medidores
inteligentes para residências e empresas” (NIST, 2011, p. 21, tradução nossa).
Para aqueles que preferem uma definição mais específica, é possível traduzir “Smart
Grid” como “Rede de Energia Elétrica Inteligente” ou, simplesmente, “Rede Inteligente” e
defini-la como sendo uma rede que, a partir de instrumentação inovadora e de
Tecnologias de Informação e Comunicações (TIC) aplicadas a sistemas elétricos de
potência, adquire um nível de automação capaz de permitir o gerenciamento de falhas
de fornecimento de forma mais eficiente, bem como, a implantação de novos serviços
aos consumidores e a introdução de outras facilidades como a geração distribuída e o
abastecimento de veículos elétricos; tudo de forma harmonizada e segura.
Autores como GRANATO DE ARAÚJO; GONÇALVES VIEIRA (2011) e GRZEIDAK
et al. (2011, p. 1) defendem que com o “alcance da inteligência”, espera-se que as redes
de energia elétrica adquiram capacidades muito interessantes. Em síntese, tais
capacidades são:
a) recuperar do funcionamento (“selfhealing”) diante da ocorrência de falhas no
Sistema;
b) integrar e gerenciar os mais variados tipos e potências de cargas, geradores e
armazenadores de energia;
c) enfrentar e resistir a ataques físicos e cibernéticos, sem a transferência de efeitos
negativos para o Sistema;
d) oferecer energia de acordo com os parâmetros de qualidade definidos pelas
normas pertinentes;
e) considerar os hábitos dos consumidores no desenvolvimento das Redes,
dispensando aos mesmos, um tratamento mais personalizado;
f) permitir maior transparência no que se refere a quantidade e período de falhas,
tanto para o fornecedor como para os órgãos reguladores;
g) colaborar para a criação de novos produtos, serviços e mercados;
h) colaborar para uma maior competitividade da pequena geração e do mercado de
varejo;
i) explorar a infraestrutura disponível com o máximo aproveitamento possível e com
o mínimo de sobrecarga, de modo a reduzir perdas e impactos ambientais;
j) reduzir a intervenção humana e os custos de manutenção do Sistema;
k) colaborar com a otimização de recursos e operação eficiente de um modo geral.
3. PRINCIPAIS ÁREAS TÉCNICAS DO CONHECIMENTO QUE FUNDAMENTAM UMA
REDE INTELIGENTE E OS PRINCIPAIS DESAFIOS ENFRENTADOS POR CADA
ÁREA
Basicamente, uma rede inteligente está fundamentada por três áreas do
conhecimento, a saber:
a) Sistemas de potência e instrumentação, que têm como desafio principal o
desenvolvimento de metodologias, sensores e atuadores apropriados, cabendo às
metodologias e aos sensores a identificação de falhas efetivas ou iminentes no
Sistema e a comunicação de tais eventos aos equipamentos supervisores locais, que
4. 4
por sua vez, se encarregarão de repassar as informações aos centros de supervisão
e controle. É conveniente que a comunicação ocorra em mão dupla, de modo que os
atuadores possam, quando for o caso, receber alguma ordem de ação. Atualmente,
muitas redes de distribuição não são capazes de identificar a queda de um condutor
sobre o solo, uma vez que a corrente de curto-circuito circulante, em muitos casos,
não é alta devido à resistência elétrica significativa formada por um contato mal
estabelecido entre o condutor e o solo. Tudo se passa como se a corrente circulante
correspondesse à demanda de consumidores. O desperdício de energia e o risco de
acidentes são evidentes. Naturalmente, fora da condição de falhas, novos sensores
devem ser capazes de rapidamente detectar alterações de carga, entrada e saída de
geração distribuída e inadequação de parâmetros da qualidade da energia circulante.
b) Telecomunicações, que deve proporcionar tecnologia capaz de transmitir as
informações de interesse. Alguns exemplos de tecnologias de telecomunicações
para automação e controle dos sistemas de distribuição são: Linhas telefônicas
convencionais, Fibras ópticas, Infraestrutura de TV a cabo, “Power Line
Communication”(PLC), Rádio de espalhamento espectral (“Spread Spectrum Radio”),
Rádio “VHF/UHF” de banda estreita (“VHF/UHF Narrow Bandwidth Packaged Data
Radio”), Rádio troncalizado (“Public Packet-Switched Radio”), “Celular, “Paging” e
Comunicações via satélites de baixa órbita (MANASSERO JUNIOR, 2011). A
escolha da tecnologia está associada ao projeto considerado, tendo-se em vista o
alcance de robustez, possibilidade de expansão e segurança. Entretanto, o maior
problema enfrentado nos últimos anos tem sido a falta de padronização de
protocolos de comunicação. Porém, os desafios não param por aí. Tomando-se
como exemplo as tecnologias PLC e Celular, facilmente percebe-se alguns pontos
críticos. Se por um lado a tecnologia PLC proporciona economia e perenidade ao
sistema de comunicação, por utilizar a própria rede elétrica para transmitir o sinal de
comunicação, por outro lado, dificulta a circulação dos dados no segmento da Rede
denominado distribuição, haja vista o elevado número de interrupções físicas neste
segmento - consequência natural da existência de transformadores. A comunicação
por tecnologia Celular parece promissora, mas coloca as concessionárias de energia
elétrica e “stakeholders” do Sistema à mercê das mudanças de tecnologias de
comunicação estabelecidas, unilateralmente, pelas concessionárias de telefonia.
c) Tecnologia de Informação, que evoluiu enormemente nas últimas décadas e, em
si, não tem sido uma dificuldade para as redes inteligentes – muito pelo contrário. A
criatividade das equipes de análise de sistemas e de programação associada à
crescente capacidade de processamento dos computadores tem colaboradores
ativamente para o aumento da inteligência das Redes. Em 15/12/2011, o Brasil
possuía 69,28 milhões de consumidores (ANEEL, 2011). Isto significa que, com uma
rede inteligente, um mesmo número de medidores inteligentes de energia estaria
enviando informação aos centros de controle a cada 15 minutos ou em tempo menor.
Adicionalmente haveria ainda o trafego de dados correspondente à proteção e
manobra, bem como tráfego correspondente a outros serviços a serem oferecidos
pelas concessionárias. O desafio desta área do conhecimento está em fazer com
que as ferramentas já existentes evoluam e sejam capazes de tratar todos os dados
a serem enviados aos centros de controle das redes e, além disso, interagirem entre
si.
5. 5
4. AS MOTIVAÇÕES E URGÊNCIA NORTE-AMERICANA EM COMPARAÇÃO COM
AS DO BRASIL
Segundo a Intenational Energy Agency (IEA), os Estados Unidos da América
consumiram 4113 TWh de energia elétrica em 2007, o que representa um consumo
cerca de dez vezes maior do que o do Brasil, enquanto que, no mesmo ano, a
população do primeiro era apenas cerca de 1,5 vezes a população do segundo. A tabela
1 reúne estes dados àqueles apresentados a seguir e indica suas referências
bibliográficas.
Tomando-se como base o consumo de energia elétrica dos Estados Unidos nos anos
de 1960 e de 2008 e calculando-se a taxa de crescimento deste consumo, a partir de
uma função exponencial, chega-se a um valor anual de 3,7%, ou seja, mais que o dobro
da taxa de crescimento anual de 1,5%, atribuída aos países da OECDE3
para o período
entre 1971 e 2003. Com estes números, fica fácil perceber o exagero norte-americano e
a pertinência das pressões internacionais para redução de consumo em questão, como
forma de redução de emissão de poluentes.
Ainda segundo a IEA, os Estados Unidos geraram 390 GWh por meio de fontes
renováveis (não considerando hidrogeração) em 2008, o que representa
aproximadamente 180 vezes a geração equivalente brasileira no mesmo ano. Trata-se
de grande quantidade de energia que deve ser bem integrada ao Sistema, sob risco de
desperdício e de degeneração de parâmetros da qualidade da energia já estabelecidos.
3
OECDE - Organisation for Economic Co-operation and Development - reúne o 30 países mais desenvolvidos
do mundo e foi criada com a finalidade de promover políticas de desenvolvimento econômico para os países-
membros a partir da criação e análise de dados estatísticos em diversas áreas.
6. 6
Tabela 1 - Parâmetro comparativos entre Estados Unidos e Brasil
PARÂMETROS EUA BRASIL
Capacidade instalada de geração de energia
elétrica em 2007(GW)
994,91
88,02
Potencial de geração em 2007 (TWh):
Capacidade instalada x 8760
8.715,0 770,9
Consumo de energia elétrica em 2007 (TWh) 4.113,1
3
412,7
4
População em 2007 (milhões de pessoas) 302,1
3
191,6
4
Consumo per capta em 2007 (MWh/pessoa) 13,6 2,15
Taxa de crescimento do consumo
(% ao ano)
OECDE
5
:
1,5
8
EUA base
OECDE
3
:
3,7
6
OECDE
5
:
6,1
BRASIL
Base NON-
OECDE
4
:
6,0
7
Geração por fontes renováveis -2008
(GWh)
390
3
2,14
4
Poder da agência reguladora FERC
9
:
Complementar à
estadual
ANEEL
10
:
Amplo
Cultura de mobilização do povo Mais alta Mais baixa
Investimento em redes inteligentes até 2010
(US$)
8,17 bilhões
11
856,9 milhões
12
Notas e referências bibliográficas:
1- (EIA-U.S. ENERGY INFORMATION
ADMINISTRATION, 2011)
2 - ONS(2010)
3 - IEA (2009a, p. II 150)
4 - IEA (2009b, p. II 296)
5 - (GOLDEMBERG; LUCON, 2011, p. 323)
6 - Intervalo para cálculo: 1960 a 2008
7 - Intervalo para cálculo: 1971 a 2007
8 - Intervalo para cálculo: 1973 e 2003
9 - FERC: Federal Energy Regulatory Commission
10 - ANEEL: Agência Nacional de Energia Elétrica
11 - ZPRYME (2010)
12 - ZPRYME (2011)
7. 7
Apesar de os Estados Unidos disporem de excedente energético em determinada
regiões do país, enfrentam dificuldades para transferir energia entre regiões. Embora
seja atribuição da FERC4
a aprovação de projetos de transmissão de energia elétrica
proposto pelas concessionárias de energia e o estabelecimento das tarifas no mercado
de atacado, os projetos aprovados também precisam de uma autorização de todos os
estados cuja linha irá atravessar e as tarifas estabelecidas estão sujeitas à aprovação
dos investidores-proprietários das concessionárias de 48 estados da união (KAPLAN,
2009). Assim sendo, a construção de linhas de transmissão em longas distâncias
depende de discussões de naturezas social, econômica e ambiental, implicando
necessidade de entendimento entre as agências estaduais, a federal (FERC), as
companhias de energia e a sociedade. Vale comentar que a sociedade norte-americana
parece manter uma cultura de mobilização mais intensa do que a sociedade brasileira e,
assim, tende a se opor mais ativamente à construção de torres de transmissão, seja por
motivos ecológicos ou simplesmente por questões estéticas. Desta forma, o estado da
Califórnia convive com possibilidade de apagões por sobrecarga, principalmente no
verão. Em recente visita ao Brasil, a Profª. Suedeen Kelly – um dos cinco membros
dirigentes da FERC – citou a necessidade de melhores definições das regras de
funcionamento do mercado de energia em seu país, de modo que os investidores se
animem a aportar recursos neste negócio. Também reforçou o ponto crítico
socioambiental já citado neste parágrafo e informou que o prejuízo do estado da
Califórnia, devido ao blecaute de agosto de 2003, foi da ordem de 4 a 10 bilhões de
dólares (KELLY, 2011).
É provável que o cenário discutido até este ponto tenha levado o governo norte-
americano a investir intensamente no desenvolvimento de formas de geração distribuída
de energia renovável e em formas modernas de integração dessa nova energia ao
sistema elétrico do país. É neste contexto que o conceito de Rede Inteligente parece ter
ganhado força nos Estados Unidos. Analisando-se os dados de consumo de energia da
Tabela 1 é fácil notar que uma economia de 5% na energia elétrica consumida nos
Estados Unidos equivale à cerca da metade do consumo análogo de todo o Brasil.
Segundo KANNBERG et al. (2003), o benefício potencial total de implementação de
tecnologia de informação à rede elétrica norte-americana ao longo dos 20 anos
subseqüentes ao estudo era estimada (de forma conservadora) em cerca de US$ 75
bilhões em valor presente de 2003.
O “Energy Independence and Security Act” de 2007 (EISA) definiu uma política para
a modernização dos sistemas de transmissão e de distribuição de energia elétrica dos
Estados Unidos, por meio de uma rede elétrica inteligente. O EISA atribui ao NIST, a
responsabilidade de coordenar o desenvolvimento de um “roadmap” que inclui
protocolos e modelo de padrões para gerenciamento de informações para alcançar
interoperability de dispositivos de “Smart Grid”. Em resposta, o NIST desenvolveu e vem
executando um plano com três fases (NIST, 2011, p. 6):
a) acelerar a identificação de um conjunto inicial de padrões;
b) estabelecer um robusto “Painel de Interoperabilidade de Smart Grid” para
sustentar o desenvolvimento de muitos padrões adicionais que serão necessários, e
c) configurar uma infraestrutura de ensaios de conformidade e certificação
O “American Recovery and Reinvestment Act of 2009 (ARRA)” acelerou o
desenvolvimento de tecnologias Smart Grid, investindo US$ 4,5 bilhões para distribuição
4
FERC - The Federal Energy Regulatory Commission” é uma agência independente que regula a transmissão
interestadual de eletricidade, gás natural e petróleo. Também analisa propostas de construção de terminais de
gás natural liquefeito e gasodutos interestaduais, bem como, licenciamento de projetos de hidroelétricas.
8. 8
de eletricidade e atividades de confiabilidade de energia para modernizar a rede elétrica
e implementar programas de demonstração e implantação das tecnologias de interesse.
Em janeiro de 2011, o presidente Obama, reiterou publicamente a sua visão de uma
economia de energia limpa, e ressaltou o compromisso da sua administração no
programa “Blueprint for a Secure Energy Future”5
. Em junho de 2011, a Casa Branca
divulgou um relatório por meio do Conselho Nacional de Ciência e Tecnologia (NSTC),
intitulado “Um Enquadramento Político para a Rede do Século 21: Ativando nosso
Futuro Energético Seguro” (NIST, 2011, p. 5). A partir dos recursos citados acima, em
outubro de 2009, foram lançados 100 projetos voltados para o desenvolvimento de
redes inteligentes com até 50% de participação dos fundos do governo. Somando os
recursos do governo aos da iniciativa privada, foram investidos US$ 8,17 bilhões
(ZPRYME, 2010).
Se por um lado uma rede inteligente pode viabilizar a integração de novas fontes
distribuídas de energia (renováveis ou não) ao Sistema norte-americano, por outro lado,
pode proporcionar economia de energia como forma de atenuação do risco de blecaute
em regiões mais propensas a falhas de fornecimento, em meio a uma demanda
crescente. Além dos dólares não gastos, tal economia proporciona um ganho de tempo
para que as tecnologias de energias renováveis se desenvolvam plenamente e as
respectivas infraestruturas sejam modernizadas e complementadas. Simultaneamente,
os recursos injetados no desenvolvimento de Redes Inteligentes deliberadamente
colaboram significativamente com a retomada do crescimento da economia norte-
americana.
Diferentemente dos Estados Unidos, o Brasil conta uma agência reguladora de
energia elétrica (ANEEL6
) com mais poder sobre os estados da federação do que a
agência norte-americana, de modo que as dificuldades enfrentadas para se estabelecer
as regulamentações pertinentes e para se executar projetos de ampliação de
infraestrura de geração, transmissão e distribuição do sistema de energia elétrica
nacional acabam sendo grandes; porém, aparentemente menores do que aquelas
enfrentadas pela agência norte-americana. Neste aspecto, o Brasil pode ser
considerado mais desenvolvido do que os Estado Unidos, já que a regulamentação do
mercado de energia elétrica vem se aprimorando e se consolidado e a governança
brasileira permite mais agilidade às decisões de infraestrutura do Sistema.
O governo do Brasil também evidencia interesse no desenvolvimento da inteligência
das redes elétrica do País. A portaria no
440, de 15 de abril de 2010 (MINISTÉRIO DE
MINAS E ENERGIA, 2010) criou um “[...]Grupo de trabalho com o objetivo de analisar e
identificar ações necessárias para subsidiar o estabelecimento de políticas públicas para
a implantação de um Programa Brasileiro de Rede Elétrica Inteligente - “Smart Grid”,
abordando, principalmente, os seguintes aspectos: i) o estado da arte de programas do
tipo “Smart Grid”, no Brasil e em outros países; ii) proposta de adequação das
regulamentações e das normas gerais dos serviços públicos de distribuição de energia
elétrica; iii) identificação de fontes de recursos para financiamento e incentivos à
produção de equipamentos no País; e iv) regulamentação de novas possibilidades de
atuação de acessantes no mercado, o que inclui a possibilidade de usuários operarem
tanto como geradores de energia (geração distribuída) quanto consumidores[...]”. O
artigo 4 da mesma portaria estabeleceu”[...] prazo de até cento e oitenta dias, a contar
da publicação desta Portaria, para a conclusão das suas atividades e de até mais trinta
5
“Blueprint for a Secure Energy Future” é um programa de energia norte-americano baseado nas seguintes
estratégias: desenvolver e assegurar o fornecimento de energia à America; oferecer aos consumidores,
alternativas para reduzir custos e economizar energia; inovar o caminho para uma energia limpa no futuro.
6
ANEEL – Agência Nacional de Energia Elétrica.
9. 9
dias para apresentação de relatório técnico contemplando os estudos, as análises e as
propostas de medidas a serem adotadas.”
Se por um lado há interesse da comunidade na implantação de redes inteligentes,
por outro lado, também há dificuldades. QUINTEIRO PICA et al. (2011) identificaram as
seguintes barreiras gerais à implantação de redes inteligentes:
a) incerteza do mercado e a falta de regras e de políticas de estruturação do
mercado;
b) falta de sensibilização e compromisso público;
c) falta de garantia de interoperabilidade e escalabilidade;
d) incerteza da receita devido à falta de definição de regulamentação.
Outras barreiras mais particulares do Brasil também foram identificadas, a saber:
a) a rede elétrica de energia elétrica no Brasil é muito grande e exige uma enorme
montante de investimento;
b) mais de 70% da matriz energética brasileira é hidrelétrica e por esta razão, outro
tipo de sistema renovável não é facilmente aceito;
c) no Brasil existem grandes áreas que são rurais e remotas e têm baixa densidade
populacional; e
d) As agências de eletricidade e de telecomunicações não são alinhadas em relação
a um plano nacional para redes inteligentes.
Eventualmente, a escassez de recursos especificamente voltados para a elaboração
e execução de um plano nacional para redes inteligentes e o fato das iniciativas internas
não serem integradas, poderiam ser entendidas como barreiras adicionais.
Segundo uma empresa de consultoria e pesquisa (ZPRYME, 2011), os investimentos
no Brasil em Redes Inteligentes seguem na ordem de US$ 1bilhão em 2011 e há
previsões indicando que este valor alcance a marca de U$S 2,2 bilhões em 2015. Os
investimentos atuais estão assim distribuídos:
a) “Software e hardware”: 21%;
b) Medidor inteligente: 28%;
c) Sensores: 13%;
d) Infraestrutura de comunicação sem fio: 15%;
e) Equipamento de transmissão e distribuição: 17%;
f) Outros: 6%.
GRÜDTNER (2011) identificou os seguintes projetos de redes inteligentes no Brasil:
a) Projeto da companhia CEMIG na cidade de Sete Lagoas, considerando oito áreas
técnicas (AMI7
, Automação de Rede, Sistemas de Comunicação, Automação de
Subestações, Métrica e Comunicação, Integração de Sistemas, Rede em Área
Doméstica e Veículos Elétricos e Geração distribuída), envolvendo toda a cidade, ou
seja, 95 mil consumidores.
b) Projeto da companhia Eletrobrás na cidade de Parintins focando a análise das
tecnologias digitais nos hábitos do consumidor e o relacionamento entre a
Companhia e o consumidor. Cerca de 15 mil consumidores foram envolvidos.
c) Projeto da companhia Ampla na cidade de Búzios, considerando características
das tecnologias de telecomunicações e testando recomposição de circuitos,
telemetria e tarifa diferenciada. Cerca de 10,3 mil consumidores foram envolvidos.
7
AMI - Advanced Metering Infrastructure – sistema que coleta automática de dados de medidores de energia
e os transfere para um sistema centralizado de processamento de dados.
10. 10
FALCÃO (2011) relacionou os seguintes projetos e iniciativas no Brasil:
a) Projeto do Operador Nacional do Sistema (ONS) para a instalação de unidades de
PMU’s8
em pontos estratégicos do sistema interligado nacional, de modo a melhorar
a capacidade de oscilografia e estimação de estado. Ainda no mesmo projeto, o ONS
e o Centro de Pesquisas em Energia Elétrica (Cepel) pesquisam o desenvolvimento
de aplicações de PMU na segurança do sistema.
b) Projeto da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), em conjunto com um
fabricante nacional para medição fasorial sincronizada em baixa tensão, tendo como
objetivo a aquisição de conhecimento e experiência no uso dessa tecnologia.
c) Projeto do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de
Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (COPPE/UFRJ), em
colaboração como o Centro Elettrotecnico Sperimentale Italiano (CESI), que
desenvolve uma metodologia de detecção “on-line” da proximidade de colapso de
tensão por meio de medição fasorial sincronizada.
d) Projeto da companhia AES Eletropaulo que estabeleceu um plano de negócios
para “Smart Grid”, considerando aplicações em subestações, redes,
transformadores, medição eletrônica e recomposição automática.
e) Projeto da companhia Light para implementação de um sistema AMR9
para 150
mil consumidores.
f) Projeto da companhia Cemig voltado para a busca de novo patamar tecnológico
para o sistema elétrico baseada na tecnologia IntelliGrid10
, desenvolvida pelo EPRI11
.
São focados: o aumento da eficiência operacional e redução de perdas técnicas e
comerciais e prevê a implantação de um plano diretor de automação, proteção e
medição de energia.
g) Iniciativas da companhia Celg na área de PLC12
para aplicações de “Smart Grid” e
serviços de comunicações de dados.
h) Projetos da Fundação CPqD Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em
Telecomunicações relacionados à coleta e transporte de informações nas redes
elétricas.
i) Projetos piloto da Associação de Empresas Proprietárias de Infraestrutura e de
Sistemas Privados de Telecomunicações (APTEL) como o Opera, Samba e a Vila
Digital de Barreirinhas, relacionados ao estudo de tecnologia PLC, BPL13
e outras.
(QUINTEIRO PICA et al. (2011) também identificaram iniciativas de companhias de
energia elétrica relacionadas à redes inteligentes. Duas delas ainda não citadas
neste antigo são:
a) A COPEL tem trabalhado para implementar um sistema de veículos elétricos. Vem
testando uma plataforma de tecnologia com base em rede inteligente em Fazenda do
8
PMU -“Phasor Measurement Units” – é um instrumento de medidas de fasoriais de tensão e corrente, com
taxas de amostragem de até 60 fasores por segundo. Tais medidas são sincronizadas por um sinal de tempo
fornecido pelo sistema GPS (Global Positioning System).
9
AMR - “Automatic Meter Reading” – sistema que além de coletar automaticamente os dados de medidores
de energia e transferi-los para um sistema centralizado de processamento de dados, analisa tais dados e
interfere no consumo por meio de oferecimento de alternativas de preços e atuando em dispositivos nas
instalações dos consumidores. Para isso, exige comunicação nos dois sentidos.
10
Vide nota 2.
11
Vide nota 2.
12
PLC - “Power Line Communication” – tecnologia que permite que as informações sejam transportadas na
mesma linha que conduz a energia elétrica.
13
BPL - “Broadband over Power Lines” - é o uso de uma das classes de tecnologia PLC para fornecer acesso
de banda larga à Internet através das linhas de energia elétrica.
11. 11
Rio Grande - região metropolitana de Curitiba. Tais iniciativas são parte de um
programa que visa transformar Curitiba em uma cidade digital até 2014. O programa
da Copel está sendo formulado em paralelo com os de outros serviços públicos, sob
acoordenação da Secretaria de Estado de Desenvolvimento Urbano.
b) A CELESC tem investido em novos projetos de Pesquisa e Desenvolvimento
relacionados com a resposta à demanda em Florianópolis, sistema de medição em
Blumenau e em planejamento da rede de distribuição e geração sustentável de
energia.
A companhia EDP vem trabalhando num projeto voltado à implantação de redes
inteligentes no município de Aparecida-SP. A iniciativa é realizada em parceria com a
Secretaria de Energia de São Paulo e Prefeitura de Aparecida e permitirá uma maior
eficiência e qualidade na prestação de serviços ao cliente, como a medição inteligente,
iluminação pública eficiente, micro-produção com fontes renováveis de energia,
mobilidade elétrica, e ações de eficiência energética (EDP, 2011).
As indicações mostradas na Figura 1 correspondem a iniciativas que foram
espontaneamente notificadas ao Google (GOOGLE, 2011) por meio do endereço:
http://tinyurl.com/smartmapform e incluem eletricidade, gás e água. Mesmo não
refletindo totalmente a realidade atual, permitem uma comparação, mesmo que
grosseira, entre as iniciativas do Brasil e do restante do mundo.
Figura 1 - Smart Metering Projects Map, Google Maps
Legenda: vermelho = eletricidade; verde = gás; azul = água; triângulo = julgamento ou piloto; círculo =
projeto; AMI=”Advanced Metering Infrastructure” (mais modena, comunicação em dois sentidos); AMR
=”Automatic Meter Reading”.
12. 12
5. CONCLUSÃO
Os Estados Unidos parecem ver uma clara vantagem para investirem no “aumento
da inteligência” da sua rede de energia elétrica. São evidentes os benefícios
relacionados à ativação da economia interna, racionalização do uso de energia, redução
de emissão de poluentes, ganho de tempo para uma melhor regulamentação do
mercado e desenvolvimento, bem como, integração de novas tecnologias de geração,
transmissão e distribuição de energia ao Sistema.
O Brasil não evidencia a mesma objetividade norte-americana. As barreiras mais
específicas do Brasil para a implantação de redes inteligentes não se mostram muito
mais complexas e diferentes daquelas enfrentadas pelos países empenhados na mesma
tarefa. Entretanto, um menor nível de agravamento dos problemas associados a estas
barreiras em relação Estados Unidos, parece ser o principal motivo que o induz o Brasil
a seguir em marcha mais lenta.
Ao que tudo indica, enquanto o Brasil foca sua atenção em questões internas mais
críticas ou mais iminentes, a ampliação da inteligência da rede de energia elétrica
brasileira vai seguindo de maneira desintegrada e a reboque da tecnologia desenvolvida
e implantada em outros países, uma vez que tal tecnologia certamente virá incorporada
nos equipamentos a serem naturalmente adquiridos pelas concessionárias de energia
elétrica atuantes no Brasil. É provável que uma evolução insuficientemente organizada
incorpore à Rede nacional uma “inteligência ineficiente”, com óbvias conseqüências de
retrabalho futuro.
Certamente o Brasil não tem a mesma urgência que os Estados Unidos para a
consolidação de uma Rede cada vez mais inteligente, mas há que se lembrar que o
consumo de energia elétrica brasileiro cresce a uma taxa bem maior do que a norte-
americana (vide Tabela 1), direcionando o Brasil para alguns problemas semelhantes
aos ora enfrentados por aquele país. O cenário brasileiro para a questão é raro, pois é
um dos poucos em que o País tem algum tempo para planejar, pular etapas já vividas
pelos países mais desenvolvidos e se capacitar sem atropelos, evitando retrabalho e
desperdício de investimentos.
Naturalmente, não parece recomendável que o Brasil passe a se organizar para
desenvolver um “roadmap” semelhante àquele desenvolvido pelo National Standards of
Technology (NIST, 2011) ou venha a reinventar guias, normas e protocolos de
comunicação desenvolvidos pela International Electrotechnical Commission (IEC, 2010),
pelo Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE, 2011) ou por outros
organismos semelhantes. Entretanto, parece muito indicado que a comunidade encontre
formas integradas de estudar o trabalho de padronização já desenvolvido
internacionalmente e rapidamente definir uma padronização brasileira, de modo que ela
possa ser incorporada paulatinamente à Rede elétrica nacional, à medida que cada
segmento de padronização esteja maduro e, ao mesmo tempo, haja recursos para a
modernização. A decisão governamental de implantar um grupo de trabalho formado por
importantes instituições brasileiras (MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA, 2010) é bem
acertada; mas, o grupo poderia ser ampliado e, certamente, deveria dispor de todos os
recursos necessários e, ao mesmo tempo, agir sob um processo expedito de geração de
resultados, de modo que as padronizações estabelecidas pudessem estar à frente dos
projetos em andamento.
O atual estágio de desenvolvimento do sistema elétrico brasileiro tem permitido que o
País aguarde uma melhor definição das tendências tecnológicas das redes inteligentes,
ainda mantendo níveis toleráveis obsolescência. Contudo, o tempo de espera já passou.
Agora é hora de acelerar.
13. 13
6. AGRADECIMENTOS
O autor agradece aos professores Giovanni Manassero Junior (POLI/USP), Oswaldo
Lucon (IEE/USP) e José Goldemberg (IEE/USP) pela indicação de algumas das
referências bibliográficas consideradas e pela oportunidade de participação em debates,
aulas e exposições, que por sua vez, o incentivaram a elaborar este artigo.
7. RESPONSABILIDADE
As informações contidas neste artigo são de responsabilidade exclusiva do autor.
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