etricos de Potˆ encia do Futuro Smart Grids - Perspectivas e Desafios para os Sistemas El´ etricos de Potˆ encia do Futuro Filipe de Oliveira Saraiva Laborat´ orio de An´ alise de Sistemas de Energia El´ etrica - LASEE Escola de Engenharia de S˜ ao Carlos - EESC Universidade de S˜ ao Paulo - USP 03 de outubro de 2012
etricos de Potˆ encia do Futuro Sobre o autor Filipe de Oliveira Saraiva ´ e doutorando em engenharia el´ etrica pela EESC-USP. Seu principal tema de pesquisa ´ e simula¸ c˜ ao computacional de smart grids utilizando t´ ecnicas de inteligˆ encia artificial distribu´ ıda, sistemas multiagentes e m´ etodos metaheur´ ısticos.
etricos de Potˆ encia do Futuro Conceitos preliminares Sistemas el´ etricos de potˆ encia S˜ ao sistemas de energia de grande magnitude, subdivididos em etapas de gera¸ c˜ ao, transmiss˜ ao e distribui¸ c˜ ao de energia el´ etrica.
etricos de Potˆ encia do Futuro Como algumas tecnologias evolu´ ıram - Sistemas El´ etricos de Potˆ encia Os Sistemas El´ etricos de Potˆ encia evolu´ ıram no ´ ultimo s´ eculo?
etricos de Potˆ encia do Futuro Mudan¸ cas nos Sistemas El´ etricos de Potˆ encia A conjuntura: Preocupa¸ c˜ oes com a sustentabilidade; Aumento do investimento em pesquisas sobre energia renov´ avel; H´ a algum esfor¸ co para a migra¸ c˜ ao da matriz energ´ etica: da poluente para renov´ avel e menos poluente; Desenvolvimento t´ ecnico-social requer cada vez mais energia - dispon´ ıvel e de qualidade;
etricos de Potˆ encia do Futuro Mudan¸ cas nos Sistemas El´ etricos de Potˆ encia A conjuntura (cont.): Preocupa¸ c˜ oes com energia atˆ omica; Sistemas el´ etricos ainda distantes (em termos de comunica¸ c˜ ao e automa¸ c˜ ao), do desenvolvimento t´ ecnico cient´ ıfico da computa¸ c˜ ao e telecomunica¸ c˜ oes; Mercado energ´ etico descentralizado.
etricos de Potˆ encia do Futuro Mudan¸ cas nos Sistemas El´ etricos de Potˆ encia Precisamos de um sistema el´ etrico: Que suporte e gerencie uma alta quantidade de geradores distribu´ ıdos, de v´ arios tipos; Que permita a an´ alise e acompanhamento do estado do sistema el´ etrico, de forma distribu´ ıda; Que tenha um certo n´ ıvel de autonomia suficiente para responder ` as necessidades do sistema el´ etrico, de forma dinˆ amica; Que seja mais adequado ` a atual configura¸ c˜ ao do mercado energ´ etico.
etricos de Potˆ encia do Futuro Mudan¸ cas nos Sistemas El´ etricos de Potˆ encia Pergunta: Temos um sistema el´ etrico, hoje, adequado a esta conjuntura e robusto o suficiente para agregar as solu¸ c˜ oes propostas e vencer estes desafios?
etricos de Potˆ encia do Futuro Caracter´ ısticas dos Smart Grids Smart Grids ser˜ ao poss´ ıveis a partir de: Adi¸ c˜ ao de uma camada de comunica¸ c˜ ao entre os equipamentos alocados ` a rede. Automa¸ c˜ ao na tomada de decis˜ ao sobre a configura¸ c˜ ao da rede pelos equipamentos.
etricos de Potˆ encia do Futuro Caracter´ ısticas dos Smart Grids Esta nova gera¸ c˜ ao se utiliza de avan¸ cos tecnol´ ogicos das ´ areas de telecomunica¸ c˜ oes, computa¸ c˜ ao, inteligˆ encia artificial e outros, para garantir um controle distribu´ ıdo ao sistema.
etricos de Potˆ encia do Futuro Caracter´ ısticas dos Smart Grids O que esperamos encontrar em um sistema el´ etrico de distribui¸ c˜ ao tipo smart grid: Fonte: Wei, Yu-hui e Jie-lin, 2009.
etricos de Potˆ encia do Futuro Caracter´ ısticas dos Smart Grids A adi¸ c˜ ao da camada de comunica¸ c˜ ao permitir´ a ao sistema de distribui¸ c˜ ao monitorar medidas relativas ao consumo, carga, qualidade, seguran¸ ca, gera¸ c˜ ao distribu´ ıda e outras. A partir destas informa¸ c˜ oes, ´ e poss´ ıvel realizar tomadas de decis˜ ao atrav´ es de sistemas especialistas.
etricos de Potˆ encia do Futuro Caracter´ ısticas dos Smart Grids O que um Smart Grid deve prover? Auto-recupera¸ c˜ ao do sistema; Alta qualidade da energia; Resistˆ encia a ataques cibern´ eticos; Acomodar e gerenciar uma grande quantidade de geradores e dispositivos de estoque de energia distribu´ ıdos; Otimizar sua configura¸ c˜ ao; Minimizar custos relativos ` a opera¸ c˜ ao e manuten¸ c˜ ao; ...
etricos de Potˆ encia do Futuro Mudan¸ cas nos Sistemas El´ etricos de Potˆ encia Smart Grids em ambiente de produ¸ c˜ ao - ´ e poss´ ıvel? V´ arios grupos de pesquisa, em universidades, institutos e empresas, se debru¸ cam sobre o tema; Pa´ ıses de v´ arios continentes est˜ ao investindo no desenvolvimento dessa tecnologia; J´ a existem instala¸ c˜ oes funcionais de Smart Grids, mas em pequena escala e com poucas funcionalidades; Estima-se que as instala¸ c˜ oes completas estar˜ ao funcionais a m´ edio ou longo prazo.
etricos de Potˆ encia do Futuro Investimentos em Smart Grids Diferentes iniciativas ao redor do mundo prop˜ oem a cria¸ c˜ ao de uma nova gera¸ c˜ ao de sistemas el´ etricos de potˆ encia. FRIENDS
etricos de Potˆ encia do Futuro Investimentos em Smart Grids Mais pa´ ıses com investimentos em Smart Grids: Uni˜ ao Europeia Portugal (cidade de ´ Evora) Estados Unidos da Am´ erica China Coreia do Sul Jap˜ ao ...
etricos de Potˆ encia do Futuro ETP SmartGrids - Uni˜ ao Europeia Relat´ orio da European Commission Energy, Energy 2020: A Strategy for Competitive, Sustainable and Secure Energy (...)smart grids to link the whole electricity grid system, from the offshore wind farms in the North Sea, solar plants in the South and existing hydro-electric dams, to individual households, while making power networks more intelligent, efficient and reliable. Fonte: European Commission Energy, 2011. Dispon´ ıvel em http://ec.europa.eu/energy/strategies/2010/2020_en.htm
etricos de Potˆ encia do Futuro ETP SmartGrids - Uni˜ ao Europeia Os objetivos da Uni˜ ao Europeia para o futuro de seu sistema el´ etrico: Atingir a eficiˆ encia energ´ etica; Utilizar prioritariamente fontes alternativas de energia n˜ ao poluidoras; Obter redes de energia flex´ ıveis quanto a reconfigura¸ c˜ ao e expans˜ ao da acessibilidade aos usu´ arios. Tudo isso a partir de redes que tenham tecnologia que as tornem “mais inteligentes, eficientes e robustas”.
etricos de Potˆ encia do Futuro ETP SmartGrids - Uni˜ ao Europeia Com este objetivo, a Uni˜ ao Europeia iniciou ainda em 2005 o seu projeto de estudo e desenvolvimento de redes inteligentes, chamado ETP SmartGrids - European Technology Platform SmartGrids. H´ a v´ arios textos e documentos sobre este projeto dispon´ ıveis em http://www.smartgrids.eu/. Fonte: European Commission Energy, 2006.
etricos de Potˆ encia do Futuro InovGrid - ´ Evora/Portugal ´ Evora - o laborat´ orio portuguˆ es para Smart Grids Projeto da EDP Fonte: http://www.inovcity.pt/
etricos de Potˆ encia do Futuro InovGrid - ´ Evora/Portugal O projeto InovGrid j´ a tem algumas funcionalidades instaladas: Acompanhamento do consumo de energia de sua casa via internet; Saber o valor da energia em dado momento; Ilumina¸ c˜ ao p´ ublica inteligente que adequa sua luminosidade (e, por consequˆ encia, seu consumo); Possibilidade de cria¸ c˜ ao de um perfil de consumo personalizado;
etricos de Potˆ encia do Futuro InovGrid - ´ Evora/Portugal E ainda h´ a v´ arias funcionalidades do InovGrid a serem instaladas: Cria¸ c˜ ao de uma rede de abastecimento de carros el´ etricos; Gest˜ ao da gera¸ c˜ ao distribu´ ıda a partir de microgeradores instalados nas residˆ encias e escrit´ orios comercias dos pr´ oprios consumidores; Disponibilidade da venda da energia produzida por consumidores para a concession´ aria de distribui¸ c˜ ao.
etricos de Potˆ encia do Futuro GridWise - EUA Objetivos: Modernizar a infraestrutura e opera¸ c˜ ao das redes de distribui¸ c˜ ao, adicionando um fluxo de m˜ ao-dupla tanto de eletricidade quanto de informa¸ c˜ ao entre consumidores e subesta¸ c˜ oes.
etricos de Potˆ encia do Futuro GridWise - EUA GridWise acabou por fomentar a cria¸ c˜ ao de dois outros projetos, tamb´ em financiados pelo U.S. Department of Energy: GridApps e GridWorks.
etricos de Potˆ encia do Futuro GridWise - EUA GridApps cons´ orcio de empresas de tecnologia que trabalham para fornecer aplica¸ c˜ oes que visam modernizar a opera¸ c˜ ao dos sistemas el´ etricos de transmiss˜ ao e distribui¸ c˜ ao. GridWorks tem como alvo fortalecer a confiabilidade dos sistemas el´ etricos atrav´ es da moderniza¸ c˜ ao de cabos, condutores, subesta¸ c˜ oes e sistemas de prote¸ c˜ ao, utilizando principalmente a eletrˆ onica de potˆ encia.
etricos de Potˆ encia do Futuro Distribution Vision 2010 - EUA Objetivos: Atrav´ es da combina¸ c˜ ao de redes de comunica¸ c˜ ao de alta velocidade, dispositivos de chaveamento de redes e controladores inteligentes, criar uma rede de distribui¸ c˜ ao virtualmente “` a prova de falhas”.
etricos de Potˆ encia do Futuro Distribution Vision 2010 - EUA Entretanto: a ideia ´ e criar uma ´ area premium onde esse servi¸ co funcionaria, destinada para consumidores com necessidades cr´ ıticas de energia (grandes ind´ ustrias, data centers e outras) e que poderiam pagar um valor adicional por um servi¸ co de alta qualidade.
etricos de Potˆ encia do Futuro IntelliGrid - EUA Projeto da EPRI. Fonte: Jiang, Li, Qiao, Sun, Wan, Wang, Xia, Xu, e Zhang, 2009 e http://intelligrid.epri.com/
etricos de Potˆ encia do Futuro IntelliGrid - EUA Objetivo: Criar uma nova infraestrutura de distribui¸ c˜ ao de energia integrando avan¸ cos na comunica¸ c˜ ao, computa¸ c˜ ao e eletrˆ onica.
etricos de Potˆ encia do Futuro IntelliGrid - EUA ADA IntelliGrid acabou gerando um novo projeto chamado ADA - Advanced Distribution Automation, que visa criar os sistemas de distribui¸ c˜ ao do futuro, onde a infraestrutura ser´ a totalmente automatizada atrav´ es de uma arquitetura de opera¸ c˜ ao flex´ ıvel.
etricos de Potˆ encia do Futuro China A China ´ e atualmente um dos pa´ ıses que mais se expandem economicamente no mundo. Com o crescimento da economia, aumenta tamb´ em a demanda por energia. Estima-se que o pa´ ıs, que em 2010 tinha uma capacidade de gera¸ c˜ ao instalada de 792 milh˜ oes de kilowatts, dever´ a necessariamente dobr´ a-la at´ e 2020 Fonte: Bi, Liu, Huang, e Hadjsaid, 2010
etricos de Potˆ encia do Futuro China Apostas do governo chinˆ es: Apostar na gera¸ c˜ ao distribu´ ıda a partir de fontes renov´ aveis para suprir sua demanda energ´ etica nesse tempo; Criar uma rede de transmiss˜ ao e distribui¸ c˜ ao que dˆ e suporte ` a integra¸ c˜ ao destas fontes;
etricos de Potˆ encia do Futuro China A estrat´ egia da East China Power Grid Company A partir de 2010 - constru¸ c˜ ao de centrais para monitoramento das redes de distribui¸ c˜ ao; At´ e 2020 - implementa¸ c˜ ao de uma camada de comunica¸ c˜ ao na rede de distribui¸ c˜ ao com capacidade de automa¸ c˜ ao preliminar; A partir de 2030 - capacidade do sistema de se auto-recuperar em funcionamento.
etricos de Potˆ encia do Futuro China A estrat´ egia da Shangai Municipal Electric Power Company e North China Power Grid Company 2008 e 2009, respectivamente - projeto com foco na medi¸ c˜ ao inteligente Pr´ oximo passo ´ e o desenvolvimento e implementa¸ c˜ ao da automa¸ c˜ ao da distribui¸ c˜ ao, intera¸ c˜ ao com o usu´ ario e mais outras funcionalidades.
etricos de Potˆ encia do Futuro E o Brasil? Praticamente s´ o h´ a projetos de medi¸ c˜ ao, mas com poucos (ou sem) projetos para implementa¸ c˜ ao de funcionalidades a partir destes dados medidos.
etricos de Potˆ encia do Futuro Oportunidades com Smart Grids No LASEE - Laborat´ orio de An´ alise de Sistemas de Energia El´ etrica - desenvolvemos estudos sobre simula¸ c˜ ao computacional de Smart Grids usando sistemas multiagentes e outros m´ etodos de inteligˆ encia artificial convencional e/ou distribu´ ıda.
etricos de Potˆ encia do Futuro Simula¸ c˜ ao Computacional de Smart Grids A adi¸ c˜ ao da camada de comunica¸ c˜ ao entre os equipamentos e a consequente possibilidade de tomada de decis˜ ao sobre funcionalidades da rede, impacta significativamente tanto projeto de sistemas de distribui¸ c˜ ao quanto na simula¸ c˜ ao computacional dos mesmos.
etricos de Potˆ encia do Futuro Simula¸ c˜ ao Computacional de Smart Grids Simula¸ c˜ ao de redes el´ etricas de nova gera¸ c˜ ao, ter˜ ao que levar em conta que: Um Smart grid ´ e um sistema computacional distribu´ ıdo; Um Smart grid provˆ e suporte ` a tomada de decis˜ ao para reconfigura¸ c˜ ao realizada pelos equipamentos alocados ao sistema.
etricos de Potˆ encia do Futuro Simula¸ c˜ ao Computacional de Smart Grids Caracter´ ısticas similares Sistemas Multiagentes Sistemas Multiagentes s˜ ao intrinsecamente distribu´ ıdos Poss´ ıvel modelar cada agente como componente diferente do Smart Grid Smart Grids Smart Grids necessitam de um ambiente de controle distribu´ ıdo V´ arios equipamentos com fun¸ c˜ oes diferentes comp˜ oem um Smart Grid
etricos de Potˆ encia do Futuro Porque Sistemas Multiagentes? Disserta¸ c˜ ao: Aplica¸ c˜ ao de sistemas multiagentes para gerenciamento de sistemas de distribui¸ c˜ ao tipo Smart Grids http://va.mu/WEOu
etricos de Potˆ encia do Futuro Oportunidades com Smart Grids Sendo uma ´ area de pesquisa e desenvolvimento ainda muito recente, diversos t´ opicos-chave referentes ` as redes inteligentes ainda est˜ ao em aberto.
etricos de Potˆ encia do Futuro Oportunidades com Smart Grids Exemplos de t´ opicos ainda em aberto: Qual algoritmo ´ e melhor para determinada funcionalidade? Quais dados devem ser levados em conta e quais ser˜ ao descartados para cada funcionalidade? Qual tecnologia de comunica¸ c˜ ao ´ e a melhor para prover a troca de informa¸ c˜ oes entre os equipamentos do sistema el´ etrico? Como lidar com a quantidade de informa¸ c˜ ao a ser gerada pelo sistema el´ etrico?
etricos de Potˆ encia do Futuro Oportunidades com Smart Grids Exemplos de t´ opicos ainda em aberto (cont.): Qual protocolo de comunica¸ c˜ ao ser´ a utilizado? Podemos tornar este protocolo padr˜ ao e independente de fornecedor? Como garantir a seguran¸ ca do sistema el´ etrico em um cen´ ario onde ele est´ a suscet´ ıvel a ataques de crackers? Precisamos de equipamentos que desempenhem as fun¸ c˜ oes imaginadas para os Smart Grids; Smart Grids s˜ ao tecnologias cuja caracter´ ıstica invasiva ´ e aceit´ avel ou n˜ ao para nossa privacidade? ...
etricos de Potˆ encia do Futuro Oportunidades com Smart Grids Dado o montante de investimentos, a disponibilidade de v´ arios governos e empresas e o vasto campo de pesquisa, ´ e poss´ ıvel trabalhar com smart grids em universidades, centros de pesquisa p´ ublicos e particulares, empresas, etc. Al´ em da possibilidade de abrir uma empresa em alguma ´ area a partir do know-how em alguma das aplica¸ c˜ oes de smart grids que vocˆ e vier a adquirir.
etricos de Potˆ encia do Futuro Oportunidades com Smart Grids Smart Grid tamb´ em ´ e uma ´ area interdisciplinar, onde h´ a necessidade e campo de pesquisa para diversas proficiˆ encias. Precisam-se de: Engenheiros eletricistas; Cientistas da computa¸ c˜ ao; Engenheiros de computa¸ c˜ ao; Engenheiros de telecomunica¸ c˜ oes; Matem´ aticos; F´ ısicos; Programadores; ...
etricos de Potˆ encia do Futuro Conclus˜ ao Os Smart Grids s˜ ao o futuro dos sistemas el´ etricos de potˆ encia, poss´ ıveis a partir de uma infraestrutura de redes de comunica¸ c˜ ao entre os equipamentos do sistema e um maior n´ ıvel de automa¸ c˜ ao na rede. Esses dois elementos combinados proporcionar˜ ao interessantes funcionalidades aos sistemas el´ etricos do futuro.
etricos de Potˆ encia do Futuro Conclus˜ ao Sendo um campo de pesquisa recente, que chama a aten¸ c˜ ao e investimento de governos e empresas, h´ a muitas possibilidades para inova¸ c˜ ao e desenvolvimento no ˆ ambito desta tecnologia, tanto em universidades quanto em empresas, centros de pesquisa p´ ublicos e privados.
etricos de Potˆ encia do Futuro Referˆ encias Wei, X., Yu-hui, Z. e Jie-lin, Z. Energy-efficient distribution in smart grid, International Conference on Sustainable Power Generation and Supply, 2009. European Commission Energy. Energy 2020: A Strategy for Competitive, Sustainable and Secure Energy, Publications Office of the European Union, 2011. Dispon´ ıvel em http://ec.europa.eu/energy/strategies/2010/2020_en.htm European Commission Energy. European SmartGrids Technology Platform: Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future, Publications Office of the European Union, 2006. Brown, R. Impact of Smart Grid on distribution system design, Power and Energy Society General Meeting, 2008. Fanning, R. Distribution vision 2010: planning for automation, Power Systems Conference and Exposition, 2004.
etricos de Potˆ encia do Futuro Referˆ encias Jiang, Z., Li, F., Qiao, W., Sun, H., Wan, H., Wang, J., Xia, Y., Xu, Z. e Zhang, P.A vision of smart transmission grids, Power and Energy Society General Meeting, 2009. Bi, T., Liu, S., Huang, Z., Hadjsaid, N. The implication and implementation of smart grid in China, Power and Energy Society General Meeting, 2010. Aggarwal, R. Smart Grids: Challenges and Opportunities, apresenta¸ c˜ ao na EESC-USP, 2012. Saraiva, F. Aplica¸ c˜ ao de sistemas multiagentes para gerenciamento de sistemas de distribui¸ c˜ ao tipo Smart Grids, 2012. Dispon´ ıvel em http://va.mu/WEOu
etricos de Potˆ encia do Futuro Peri´ odicos e Eventos Cient´ ıficos IEEE Transaction on Smart Grid IEEE Transaction on Power Systems IEEE PES General Meeting IEEE PES Powertech
etricos de Potˆ encia do Futuro Smart Grids - Perspectivas e Desafios para os Sistemas El´ etricos de Potˆ encia do Futuro Filipe de Oliveira Saraiva Laborat´ orio de An´ alise de Sistemas de Energia El´ etrica - LASEE Escola de Engenharia de S˜ ao Carlos - EESC Universidade de S˜ ao Paulo - USP 03 de outubro de 2012
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