Artigo 8 Ufrn Redes Smart Grid

REVISTA UNIARA, v.15, n.1, julho 2012 121

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GESTO DA INFORMAO E O SISTEMA SMART GRID: UMESTUDO DE CASO DA UFRN

ARAJO, Arthur Nbrega B. de. Graduando em Engenharia de Produo pela Universidade Federal do RioGrande do Norte UFRN. Telefone: (84) 8802-3966. E-mail: [email protected].

QUEIROZ, Jamerson Viegas. Dr. em engenharia de Produo, professor do programa de Ps-Graduaoem Engenharia de Produo da Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN. Telefone: (84) 3642-

1839. E-mail: [email protected], Helton Tadeu P.; GOMES, Joo Paulo Bernardo da S.; MORAIS, Adriano Varella de.

Graduandos em Engenharia de Produo pela Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN.

RESUMOA eficincia energtica e a confiabilidade na distribuio de energia eltrica so tendncias de foco nesse tipo deservio. O presente trabalho defende que uso de tecnologia de informao e automao em redes eltricas a fimde torn-las inteligentes (Smart Grid) melhora o processo de tomada de deciso. A metodologia adotada foiuma anlise conceitual a partir da hierarquia de valor dos sistemas de informao, utilizando um estudo comparativodesse tipo de tecnologia com a usada na Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Conclui que a automaode processos aumenta a eficincia do processo, bem como a eficincia da tomada deciso, mas exige umaestratgia voltada para a gesto do conhecimento.

PALAVRAS-CHAVE: Sistemas de informao; Tecnologia de automao; Processo decisrio; Redes eltricasinteligentes.

ABSTRACTThe energetic efficiency and the reliability in the electricity distribution are tendencies in this kind of service. Thepresent essay advocates that the utilization of information and automation technology in electric grids, in order tomake them intelligent (Smart Grid), improves the decision-making process. It was used a conceptual analysisabout the information system's value hierarchy in the methodology, making a comparative study of this kind oftechnology with the one used at the Universidade Federal do Rio Grande do Norte. We concluded that theautomation in processes improves its efficiency, as well as the efficiency in the decision-making process, but itrequires a strategy that is focused in knowledge management.

KEYWORDS: Information systems; Automation technology; Decision process; Intelligent electric grids.

122 REVISTA UNIARA, v.15, n.1, julho 2012

ARAJO et al.

INTRODUOO setor de energia eltrica de importncia

estratgica para o bem-estar da indstria de um pas,pois faz parte da infraestrutura bsica para ofuncionamento desta. Dessa forma, pode-se inferir quea qualidade nesse setor fundamental, assim comoafirma Chowdhury et al. (2003).

Em virtude de ser uma atividade econmicaaltamente regulamentada, de utilidade pblica e,pela sua natureza, com caractersticas demonoplio, de suma importncia a verificaoperidica da qualidade do servio defornecimento de energia eltrica prestado aosconsumidores pelas concessionrias(SILVESTRE et al., 2010, p. 98).

O foco da qualidade na distribuio de eletricidade,em relao ao consumidor, est diretamente associado confiabilidade, como defende Billinton et al. (1997).Alm disso, Cassula et al. (2003) afirmam que aconfiabilidade de suma importncia na transmissode energia eltrica, pois esse servio exige altosinvestimentos e tem impacto direto no meio ambientee na sociedade.

Assim, interessante buscar alternativas queminimizem as falhas que causem quedas de energia,como o prprio crescimento da demanda, quesobrecarrega a rede e interrompe o fornecimento. Paratal, Madani e King (2011) abordam a importncia douso da tecnologia de informao e monitoramento paraa reduo de falhas em redes eltricas. Em mbitomais geral, Queiroz e Vasconcelos (2005) defendemque a implantao de tecnologia de informao eautomao aumenta a eficincia nas organizaes,contanto que seja elaborada uma estratgia voltadapara a adaptao do trabalhador a essa tecnologia.

O presente trabalho busca avaliar como aestruturao de uma Smart Grid (rede inteligente) naUniversidade Federal do Rio Grande do Norte podeafetar o processo de tomada de deciso em relaoaos problemas de distribuio de energia eltrica, umavez que essa organizao passa por problemas de

frequentes quedas de energia, o que caracteriza baixaconfiabilidade da rede.

A organizao do presente estudo inicia-se comessa abordagem introdutria, seguida pela seo 2,que discute a reviso da literatura; o captulo 3 apresentaa metodologia; na seo 4 ressaltado o estudo decaso da UFRN; a seo 5 apresenta os resultadosencontrados; e, por ltimo, a seo 6 trata dasconsideraes finais.

REFERENCIAL TERICOEficincia energtica e redes eltricasEficincia a relao entre o resultado alcanado e

os recursos que foram utilizados na operao. Aeficincia energtica o principal foco de uma redeeltrica inteligente, que atravs do autogerenciamentoda rede busca realizar o consumo da energia de formaideal, reduzindo perdas desde a gerao at a distribuiopara o consumidor final. Um sistema inteligente se tornamais eficiente pelo fato de tomar decises em temporeal, utilizando a energia de modo racional.

[... ] o uso intenso das fontes de energiaconhecidas e seus impactos adversos sobre oambiente, problemas diretamente relacionadosaos sistemas de energia eltrica, tambmaparecem sob o plio do desenvolvimentosustentvel. Por esses motivos, o impactoambiental um fator de relevncia crescente ede importncia nas condies atuais de operaoe de desenvolvimento desses sistemas e,indiscutivelmente, deve ter um efeito mais intensosobre a indstria no futuro (GMEZ-EXPSITO, 2011).

H tambm a necessidade de garantir a eficinciaoperacional do sistema eltrico em todas as suas etapas,a partir do gerenciamento correto da rede de energiaeltrica. As perdas devem ser diminudas e os impactosambientais, reduzidos. Com isso, as empresas setornam mais competitivas em razo do meio ambiente,mas claramente em funo da eficincia, da reduode custos e despesas causadas pela dificuldade de


Gesto da informao e o sistema Smart Grid...

produzir de forma correta.

A maioria dos equipamentos e processos utilizadosnos dias de hoje nos setores de transporte, industriale residencial foi desenvolvida numa poca deenergia abundante e barata e quando aspreocupaes ambientais ou no existiam ou erampouco compreendidas. Estes so os motivos pelosquais haja tantas oportunidades para melhorias naeconomia de energia, seja para aumentar acompetitividade das empresas, seja para melhorara imagem pblica de indstrias que deixaram deser poluentes (GOLDEMBERG, 2000, p. 93).

Sistemas de informao e automaoO cerne da administrao de organizaes est na

tomada de deciso, e os sistemas de informao soresponsveis por dar suporte aos gerentes para tal.Guimares e vora (2004) afirmam que "[...] ainformao um recurso primordial para tomada dedeciso e que, quanto mais estruturado for esteprocesso, [...] mais indicado se faz o uso de sistemasde informao".

Moresi (2000) aborda a cadeia de valor de umsistema de informao, que por sua vez sustentadopor algum tipo de tecnologia de informao. Essa cadeia mostrada na Figura 1.

Figura 1 Cadeia de valor dos sistemas de informao.Fonte: Adaptado de Moresi (2000).

Como mostrado, a tecnologia de informao temseu valor acrescido de acordo com seu desempenhonessa cadeia de valor. Se um sistema apenas coletadados, seu valor ser inferior em relao ao queprocessa.

Slack et al. (2009) dividem os sistemas deinformao em trs tipos diferentes: o de suporte

deciso, que coleta, processa e dissemina dados a fimde informar o gerente e apoiar sua deciso; o deinformao gerencial, que agrega ainda mais valor,chegando a usar ferramentas de modelagem eapresentao dos dados; e ainda os sistemasespecialistas, que tomam decises para resolverproblemas limitados.


ARAJO et al.

A partir da, possvel falar em automao flexvel,que, de acordo com Zukin e Dalcol (2001), umaintegrao entre tecnologia de informao TI eprocesso de manufatura automatizado, atravs decomputador. A TI usada na automao justamente ade sistemas especializados, chegando a tomar decisese inclusive agir, ou seja, esse tipo de tecnologia est notopo da cadeia de valor dos sistemas de informao.

A automao aumenta a flexibilidade do processoprodutivo, pois reduz a burocracia na tomada dedeciso, uma vez que ela passa a acontecer em nveloperacional, e no ttico. Mesmo assim, importanteressaltar que esse tipo de tecnologia no retira anecessidade de pessoas no processo decisivo, j queo sistema precisa ser gerenciado e suas decises solimitadas a processos repetitivos e/ou simples.

Sordi e Medeiros Jnior (2006) defendem que ouso de uma nica plataforma integradora maisinteressante para gerenciar as informaes, pois issoaumenta a confiabilidade da informao, o nmero depossveis anlises com a mesma informao, e aindafacilita o processo de automao.

A rede eltrica inteligenteA traduo do termo Smart Grid j transmite a

essncia do seu significado: rede inteligente. Esta rede a aplicao de tecnologia de informao para osistema eltrico de potncia, integrada aos sistemasde comunicao e infraestrutura de rede automatizada.

Esse conjunto tecnolgico seria o responsvel porsignificativos ganhos de eficincia energtica, porpermitir automao e operao remota do sistema,por melhorar a fiscalizao e monitoramento dascondies de rede e qualidade de energia, porincrementar a capacidade de tomada de decisesnas diferentes fases do setor, por viabilizartecnicamente ao consumo programado,inteligente, de energia, dentre outros (RIBEIRO,2011, p. 3).

Para alcanar esses resultados, a Smart Grid contacom trs pontos principais: o sensoriamento, a

telecomunicao e o processamento.O sensoriamento exerce o papel de captao das

informaes sobre a operao e o desempenho darede, apresentando, por meio dos medidoresinteligentes (uma das ferramentas do sistema),parmetros como tenso e corrente, e aps uma anlisefornece as informaes.

A telecomunicao exerce a funo de transmitiras informaes coletadas da rede. Esta transmissopode ocorrer de duas maneiras: com a Power LineCommunications, tecnologia que usa a prpria redeeltrica para transmitir os dados, ou com tecnologiasde transmisso de dados desvencilhadas da rede deenergia eltrica (GSM, GPRS, UMTS, SMS, etc). Oprocessamento, ltimo ponto, exerce a funo deinterpretar as informaes em trnsito e tomar decisesde forma independente, entre outras coisas.

A Smart Grid funciona a partir de sensores que,quando detectam informaes significativas,comunicam os dados de volta para um sistema analticocentral. Este sistema representado, geralmente, porum software que ir analisar os dados e determinar oque h de errado na rede e o que deve ser feito paramelhorar o desempenho dela.

Essa tecnologia proporciona trs grandesbenefcios. O primeiro deles a eficincia energtica.A confiabilidade aparece como segundo benefcio,pois a rede tem a capacidade de detectar quando osativos esto funcionando de maneira irregular (riscode falha, desempenho em declnio, etc.) e identific-los para a concessionria repar-los antes de umainterrupo real.

A tecnologia da Smart Grid permite localizar a falhacom preciso, respondendo de maneira mais rpidaao funcionamento incorreto e minimizando o impactodas falhas aos clientes, isolando uma regio menor efazendo com que menos clientes sejam afetados.

Por ltimo, h a integrao de ponta que varia desdeo sistema de gesto do cliente em casa, atravs daleitura dos medidores inteligentes, at o controle eacompanhamento da integrao de outras fontes, comoas placas solares. Existe tambm o abastecimento deveculos eltricos que exigem a interao com a rede



para ser bem-sucedido.

METODOLOGIAA princpio, foi realizada uma pesquisa bibliogrfica

descritiva sobre a rede Smart Grid, e percebeu-seque o foco no desenvolvimento desse tipo de sistemano est na reduo de custos, e sim na simplificaoda tomada de deciso e no aumento da qualidade dadistribuio de energia no que diz respeito confiabilidade da rede.

Alm de pesquisa bibliogrfica, foram realizadasdiscusses com o intuito de definir os objetivos dotrabalho, o que foi feito a partir das necessidades maisurgentes observadas, no caso, a resoluo do problemada baixa confiabilidade da rede.

Com um objetivo definido, a pesquisa de referencialterico comeou com os sistemas de informao eautomao e seus impactos no processo decisrio, almdas questes ambientais relacionadas eficinciaenergtica, fatores diretamente ligados s quedas deenergia. Em seguida, foi realizado um estudo maisaprofundado da instituio, avaliando como feito ogerenciamento da rede e quais seus pontos fortes,fracos, oportunidades e ameaas.

A partir da, foi montada uma matriz SWOT, com ointuito de averiguar a viabilidade estratgica da instalaodesse sistema. Na matriz, foram usados ndices decorrelao entre os aspectos externos (oportunidadesou ameaas) e os aspectos internos (foras oufraquezas). Caso a relao fosse grande, usou-se o ndice9, mdia, 5, pequena, 1, e inexistente, 0.

Os resultados foram usados para explorar as formasde influncia que um sistema de informao eautomao tem na tomada de deciso, especificandoo caso da UFRN, bem como levantar as vantagens nogerenciamento de energia que esse tipo de tecnologiapode trazer.

ESTUDO DE CASO UMA REDE INTELIGENTE NA UFRNSituao energtica da UFRNComo j mencionado, a proposta do trabalho

estudar a viabilidade da implantao de uma SmartGrid na UFRN, logo, ela o cliente do negcio. Foi

aplicado um questionrio na Superintendncia deInfraestrutura acerca do contexto energtico nauniversidade e, a partir dele, o cliente foi caracterizado.

O crescimento mdio, nos ltimos cinco anos, doconsumo de energia eltrica na UFRN de cerca de25% por ano. Existem duas redes que abastecem ainstituio, as subestaes de Nepolis e de LagoaNova. Os dois contratos de energia (um para cadarede) totalizam seis mega Watts de potncia eltrica.

Segundo a prpria Superintendncia deInfraestrutura, as principais causas para as frequentesquedas de energia em alguns setores da universidadeso falhas da concessionria e sobrecargas da rede,gerada por um aumento significativo da demandaenergtica.

A rede eltrica na UFRN no automatizada,havendo apenas um sistema de monitoramento. Assim,quando um circuito entra em sobrecarga, outro queesteja suboperado no pode abastec-lo. Por causadisso, esto sendo realizados investimentos eminfraestrutura energtica, como a construo desubestaes prprias da UFRN e expanses das linhasde distribuio.

Existem equipes de manuteno da rede eltrica,que operam caso haja falhas. Por exemplo, em casode sobrecarga, eles so responsveis por desligarcircuitos de menor prioridade a fim de reduzir ademanda por eletricidade e a rede voltar a transmitir.Um sistema de automatizao da rede permitiria realizaresse tipo de ao preventivamente e sem ter queacionar a equipe de manuteno.

O sistema atualO sistema de gerenciamento de energia eltrica

utilizado pela Universidade Federal do Rio Grande doNorte possibilita o acompanhamento do consumo deenergia eltrica objetivando o melhoramento da gestoenergtica na organizao.

Ele tem como caracterstica funcional ofornecimento de detalhes das despesas mensais como consumo energtico, para que se tenham informaessobre comportamento (consumo ao logo do tempo),possibilitando o planejamento de aes que possam


ARAJO et al.

ser aplicadas para minimizar um possvel desperdciode energia, alm de projetar a oferta para demandasimediatas que ocorram na comunidade acadmica.

O atual sistema tambm fornece subsdios paraidentificao de algumas perdas motivadas por aespassadas e atuais, como:

i. Cultura do desperdcio de energia;ii. Penalidades por contratos de energia mal

elaborados, devido a demandas mal dimensionadas;iii. Descontrole nas medies do consumo;iv. Dimensionamento inadequado de fontes

consumidoras de energia, tais como a iluminao almda real necessidade, sobre dimensionamento demotores, entre outros;

v. Sobrecarga nos transformadores e cabos deenergia;

vi. Inexatido das contas de energia;vii. Inadequaes nas chaves de rateio de custos.Esse sistema tambm permite o monitoramento de

fluxos de energia em utilidades em tempo real, em quepode ser feito o acompanhamento da medio deenergia, medio de utilidades, superviso da demandae do consumo e acionamento de alarmes de problemasna rede, como tambm a verificao do fator depotncia, rateio de custo, qualidade da energia esimulaes no sistema.

Portanto, o sistema atual de suporte de informaogerencial, o qual coleta dados sobre o comportamentoda rede eltrica para subsidiar a gerao de relatriosanalticos e vrios grficos. S ento poder serrealizada alguma ao pelos tcnicos de manutenopara a correo do problema ou minimizao de seusefeitos.

RESULTADOS ENCONTRADOSComparaes entre uma Smart Grid e a rede

atualAo analisar o sistema da Smart Grid, foram

identificadas suas funcionalidades, as quais possibilitam:a distribuio de pacotes de energia para cada unidade

consumidora; o gerenciamento do consumo de energiaem tempo real, diminudo o lead time; o fornecimento,em tempo real, do gasto de energia em reais da unidadeconsumidora; a automao do sistema possibilitarealizao de operaes de forma preventiva, comodesligamento de equipamentos que estejamaumentando o consumo na ponta; evitar osobredimensionamento da infraestrutura da rede eltricapara alguns momentos de pico (em torno de 10% dodia); preparar a UFRN realidade futura da distribuioenergia pelas concessionrias.

Na investigao sobre o sistema de monitoramentode distribuio energtica da UFRN, verificou-se queele possibilita: alertar sobre ultrapassagem do consumopreestabelecido; monitoramento da distribuio deenergia; fornecimento do consumo energtico, emtempo real; fornecimento de dados para que sejamtomadas as decises pelo departamento.

Assim, percebe-se que a principal diferena entreos sistemas que a tecnologia da Smart Grid umsistema especialista, possibilitando a automao flexvel,enquanto o sistema atual de informao gerencial.Dessa forma, a rede inteligente reduz a burocracia natomada de deciso, que passa a ser feita no mbitooperacional em vez do ttico, o que torna as aesrealizadas preventivas. O sistema atual d suporte aosgestores para que eles tomem a deciso, mas semprede forma corretiva.

A rede inteligente ainda permite alocar potnciaeltrica em circuitos que tm maiores demandas,reduzindo o fornecimento para os que tm menoresdemandas, o que reduz o desperdcio no fluxo deeletricidade. Outro fato a possibilidade de cortarcircuitos de menor prioridade para evitar quedas deenergia em circuitos prioritrios, evitando assim asquedas de energia nas ocasies de sobrecarga. Dessaforma, se torna desnecessrio sub-redimensionar ainfraestrutura eltrica para picos de demanda isolados,reduzindo os investimentos em subestaes dedistribuio.



De acordo com o resultado da matriz, a posturaestratgica a ser adotada a de desenvolvimento, o queprova a viabilidade estratgica do projeto. Isso se deveao fato de a maior pontuao na matriz ter sido noquadrante que analisa pontos fortes e oportunidades, oque indica que a UFRN possui real necessidade de umsistema desse tipo (oportunidades) e o sistema realmenteatende aos requisitos (pontos fortes).

A postura estratgica de desenvolvimento prev oinvestimento em inovao, uma vez que tanto oambiente interno como o externo esto favorveis aocrescimento do negcio. Assim, o projeto de instalao

de uma Smart Grid vem a calhar, pois eliminaproblemas que a universidade enfrenta atualmente eprov sustentao para um crescimento futuro.

Como mostra a matriz, alguns aspectos internos quese destacam nos resultados so treinamento eautomao. Isso demonstra a importncia dogerenciamento do sistema aps sua instalao, sendoimprescindvel treinar os funcionrios, devido automao da rede, que altera as funes e atividadesda gerncia, que deixa de ter papel de corrigirproblemas e passa a controlar o funcionamento dosoftware.

Figura 2 Matriz SWOT de uma Smart Grid para a UFRN.Fonte: Elaborao prpria.

MATRIZ SWOT


ARAJO et al.

Em relao aos aspectos externos, verifica-se queo a burocracia dentro das instituies pblicas, bemcomo a existncia de uma estrutura gerencial,influenciam fortemente nos resultados. Assim, necessrio que a Superintendncia de Infraestruturaparticipe da instalao do sistema.

Smart Grid e suas consequncias na tomadade deciso

Amaral e Sousa (2011) afirmam que as decisespodem ser tratadas como algo cientfico e racional,enfatizando-se as anlises e as relaes de causa eefeito, com o intuito de antecipar aes e decidir deforma mais eficaz e eficiente.

A rede inteligente possibilita o downsizing, que nadamais do que antecipao da tomada de deciso, quedeixa de ser feita no mbito estratgico ou ttico, epassa a acontecer no operacional. Assim, o problemadas quedas de energia seria reduzido em razo dacaracterstica proativa da Smart Grid.

Como defende Li et al. (2010), um dos principaisbenefcios da Smart Grid a customizao. Logo, atomada de deciso relacionada s redes eltricas serdirecionada aos indicadores que vo predeterminar asaes que o sistema realizar, bem como os ndicesde desempenho a serem usados para avaliar o prpriosistema.

Segundo Passos e Silva Filho (1994), definirindicadores em sistemas de informao e automao algo complexo devido dimenso e complexidadedesses tipos de sistemas. Logo, haver necessidadeem treinar e especializar os agentes decisrios nagesto eltrica da organizao.

De acordo com Ferreira (2008) apud Tomaselli(2010), decidir o "ato que se apoia nos passosantecedentes da percepo e avaliao das condiesoferecidas, constitui a essncia dos atos humanos, aoreunir a capacidade de captar informaes, analis-las e ponderar sobre elas, abrindo caminho, assim, paraa funo especial do pensar, que seguido pelo agir,pode criar e transformar".

A citao acima argumenta a necessidade detreinamento gerencial e desenvolvimento de uma

poltica voltada para a gesto do conhecimento nagesto de uma Smart Grid. Essa uma estratgia aser priorizada no processo de implantao do sistema.

CONCLUSESA importncia da gesto da informao em

organizaes ascendente com o passar do tempo,pois aumenta a eficincia na tomada de deciso e facilitao trabalho dos gerentes. Dessa forma, as organizaesse tornam mais competitivas e aumentam seus reflexoss variaes de mercado.

O uso de tecnologia de automao aumenta aeficincia dos processos produtivos, uma vez quepossibilitam o downsizing. Esse aumento de eficinciapossui consequncias nos custos da empresa, naprodutividade, na necessidade de investimentos e nosimpactos ambientais gerados, que normalmente soreduzidos.

O uso de uma Smart Grid em redes eltricaspermite esse aumento de eficincia, reduzindo osimpactos ambientais na distribuio de eletricidade,devido ao equilbrio entre demanda e oferta que proporcionado, alm do aumento da qualidade econfiabilidade da rede.

Desenvolver esse sistema uma forma de produzirconhecimento, alm de reduzir o problema das quedasde energia existentes na UFRN, a partir do controledos circuitos pelo prprio sistema. Logo, conclui-seque a implantao do sistema apresenta vantagens parao funcionamento da universidade como um todo.

Para pesquisas futuras, interessante definir quaisindicadores usar para determinar as aes do sistema,alm de determinar que ndices de desempenho somelhores para medir o funcionamento do sistema.

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