Relatório Smart Grid

Relatrio

Smart Grid

Grupo de Trabalho de Redes Eltricas Inteligentes

Ministrio de Minas e Energia

1

SUMRIO

LISTA DE TABELAS ................................................................................................................................. 5

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................................................. 6

LISTA DE SIGLAS ..................................................................................................................................... 7

SUMRIO EXECUTIVO ........................................................................................................................... 12

1 INTRODUO ................................................................................................................................... 15

1.1 ESTRUTURA DO RELATRIO ................................................................................................................................... 16

2 O GRUPO DE TRABALHO ............................................................................................................... 17

2.1 ATIVIDADES ....................................................................................................................................................... 17

2.2 VISITA TCNICA AOS ESTADOS UNIDOS DA AMRICA .................................................................................................. 19

2.3 SUBGRUPOS ....................................................................................................................................................... 20

3 O CONCEITO DE SMART GRID ....................................................................................................... 21

3.1 MEDIO ELETRNICA ......................................................................................................................................... 23

3.2 COMUNICAO .................................................................................................................................................. 24

3.3 SENSORIAMENTO ................................................................................................................................................ 25

3.4 COMPUTAO .................................................................................................................................................... 25

4 ESTADO DA ARTE ............................................................................................................................ 26

4.1 MEDIDOR INTELIGENTE ........................................................................................................................................ 30

4.2 SISTEMAS DE COMUNICAO ................................................................................................................................. 31

4.3 INTEROPERABILIDADE ........................................................................................................................................... 33

4.4 GERAO DISTRIBUDA E ARMAZENAMENTO ............................................................................................................ 33

4.5 VECULOS ELTRICOS ........................................................................................................................................... 34

4.6 VIABILIDADE TECNOLGICA ................................................................................................................................... 35

4.7 REGULAO E LEGISLAO ................................................................................................................................... 35

5 ESTUDOS DE TECNOLOGIA DA INFORMAO ........................................................................... 37

5.1 INTRODUO ..................................................................................................................................................... 37

5.1.1 Cenrio ........................................................................................................................................... 37

5.1.2 Requisitos de Arquitetura ............................................................................................................... 39 5.1.2.1 Comunicao de dados ........................................................................................................................... 39 5.1.2.2 Modelo de dados .................................................................................................................................... 40 5.1.2.3 Segurana da Informao ....................................................................................................................... 41 5.1.2.4 Capacidade de processamento e armazenamento ................................................................................ 41

5.1.3 Influncia do conceito Smart Grid nos Programas Computacionais de Anlise de Redes Eltricas 42

5.2 ARQUITETURA PARA SISTEMAS DE AUTOMAO ....................................................................................................... 43

5.2.1 Ligaes entre centros de controle: protocolo ICCP ....................................................................... 44

5.2.2 Protocolo IEC 61850 ....................................................................................................................... 45

5.2.3 Segurana ....................................................................................................................................... 45

5.2.4 Cenrio no Brasil ............................................................................................................................ 47

5.2.5 Recomendaes do Smart Grid Interoperability Panel (Estados Unidos da Amrica) .................... 48

5.3 ARQUITETURA PARA SISTEMAS DE MEDIO ............................................................................................................ 49

5.3.1 Medidores Eletrnicos .................................................................................................................... 50

5.3.2 Descrio dos enlaces de comunicao .......................................................................................... 50 5.3.2.1 Distribuidora concentrador ................................................................................................................. 50 5.3.2.2 Concentrador medidor ........................................................................................................................ 51 5.3.2.3 Medidor - eletrodomsticos ................................................................................................................... 52

2

5.3.3 Sistemas de Gerenciamento da Medio ....................................................................................... 53

5.3.4 Casos exemplo - Arquiteturas ......................................................................................................... 53

5.3.5 Diferentes Vises Referentes a Sistemas de Medio .................................................................... 55 5.3.5.1 A Viso da ANEEL .................................................................................................................................... 55 5.3.5.2 Viso da Comunidade Europeia .............................................................................................................. 58

5.3.6 Sistema Brasileiro de Medio Automtica - SiBMA ...................................................................... 62

5.4 ASPECTO DE MANUTENO E MONITORAO DE EQUIPAMENTOS ............................................................................... 64

5.4.1 Requisitos de Arquitetura ............................................................................................................... 64

5.4.2 Requisitos Adicionais ...................................................................................................................... 66

5.5 BARRAMENTO DE SERVIOS .................................................................................................................................. 66

5.6 CONSIDERAES FINAIS ....................................................................................................................................... 68

6 ESTUDOS DE MEDIO E MERCADO ........................................................................................... 70

6.1 CONTEXTO ......................................................................................................................................................... 70

6.2 PLANO DE TRABALHO .......................................................................................................................................... 70

6.3 SOLUO DE MEDIO ........................................................................................................................................ 71

6.3.1 Flexibilizao da medio para pequenos pontos (pontos de consumidores especiais e gerao de

pequeno porte) ........................................................................................................................................ 73 6.3.1.1 Comunicao para disponibilizao dos dados de medio CCEE ....................................................... 74 6.3.1.2 Avaliao de requisitos tcnicos e funcionalidades de medidores para MT/BT ..................................... 76

6.4 SOLUO DE MERCADO - TRATAMENTO DA PARTICIPAO DE PEQUENOS AGENTES NO ACL............................................. 82

6.5 SOLUO DE MERCADO - GERAO DISTRIBUDA DE PEQUENO PORTE A PARTIR DE FONTES RENOVVEIS NA REDE DE

DISTRIBUIO........................................................................................................................................................... 91

6.5.1 Caracterizao................................................................................................................................ 92

6.5.2 Panorama no Mundo ..................................................................................................................... 93 6.5.2.1 Tarifa Feed-in .......................................................................................................................................... 93 6.5.2.2 Quotas .................................................................................................................................................... 94 6.5.2.3 Net Metering .......................................................................................................................................... 94 6.5.2.4 Certificados de Energia Renovvel ......................................................................................................... 94

6.5.3 Principais resultados alcanados .................................................................................................... 95

6.5.4 Modelo de Negcio Proposto ......................................................................................................... 96

6.6 CONSIDERAES FINAIS ............................................................................................................................... 100

7 ESTUDOS ECONMICOS .............................................................................................................. 102

7.1 REFERNCIAS DE QUANTIFICAES EM ESTUDOS REALIZADOS EM OUTROS PASES ........................................................ 102

7.1.1 Alemanha ..................................................................................................................................... 102

7.1.2 Finlndia ....................................................................................................................................... 103

7.1.3 Holanda ........................................................................................................................................ 103

7.1.4 Irlanda do Norte ........................................................................................................................... 103

7.1.5 Portugal ........................................................................................................................................ 103

7.1.6 Estados Unidos ............................................................................................................................. 104

7.1.7 Austrlia ....................................................................................................................................... 104

7.2 PREMISSAS E METODOLOGIA SUGERIDA ................................................................................................................. 105

7.2.1 Premissas...................................................................................................................................... 105 7.2.1.1 Reduo do pico ................................................................................................................................... 105 7.2.1.2 Reduo das perdas no-tcnicas ........................................................................................................ 111 7.2.1.3 Reduo das perdas tcnicas ................................................................................................................ 114 7.2.1.4 Reduo do consumo total ................................................................................................................... 118 7.2.1.5 Resultados do Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica PROCEL .............................. 119

7.2.2 Metodologia do EPRI para estimativa de custo/benefcio ........................................................... 121 7.2.2.1 Benefcios ............................................................................................................................................. 122 7.2.2.2 Beneficirios ......................................................................................................................................... 122

3

7.2.2.3 Nveis de incerteza e categorias de benefcios ..................................................................................... 122 7.3 CUSTOS E BENEFCIOS IDENTIFICADOS NO BRASIL .................................................................................................... 125

7.3.1 Custos ........................................................................................................................................... 125 7.3.1.1 Implantao de medidores inteligentes ............................................................................................... 125 7.3.1.2 Custo para automatizao da rede ....................................................................................................... 127 7.3.1.3 Campanha de comunicao / marketing. ............................................................................................. 130

7.3.2 Benefcios ..................................................................................................................................... 131 7.3.2.1 Por Beneficirio .................................................................................................................................... 131 7.3.2.2 Para o Setor Eltrico ............................................................................................................................. 132 7.3.2.3 Para o setor de telecomunicaes ........................................................................................................ 133 7.3.2.4 Para a atividade econmica .................................................................................................................. 133 7.3.2.5 Ambientais ............................................................................................................................................ 136 7.3.2.6 Benefcios intangveis ........................................................................................................................... 139

7.4 OUTRAS POLTICAS TRANSVERSAIS ........................................................................................................................ 144

7.4.1 Gerao distribuda ...................................................................................................................... 144 7.4.1.1 Desafio regulatrio e tcnico................................................................................................................ 144 7.4.1.2 Impacto sobre a matriz eltrica/ outros benefcios .............................................................................. 146 7.4.1.3 Funcionalidades adicionais: medio de energia reversa ..................................................................... 147 7.4.1.4 Impacto na reduo de perda tcnica .................................................................................................. 147

7.4.2 Criao de novos mercados .......................................................................................................... 148 7.4.2.1 Novas indstrias: equipamentos para gerao solar e outras fontes ................................................... 148 7.4.2.2 Veculos eltricos .................................................................................................................................. 149

7.5 FONTES DE FINANCIAMENTO DO PLANO BRASILEIRO DE REDE INTELIGENTE .................................................................. 152

7.5.1 Do setor eltrico ........................................................................................................................... 152 7.5.1.1 Tarifa..................................................................................................................................................... 152 7.5.1.2 Fundos setoriais .................................................................................................................................... 153

7.5.2 BNDES Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social ............................................. 163

7.5.3 Iniciativas do Ministrio da Fazenda ............................................................................................ 165 7.5.3.1 REIDI ..................................................................................................................................................... 165 7.5.3.2 Programa de Apoio ao Desenvolvimento Tecnolgico da Indstria de Semicondutores PADIS ........ 167

7.5.4 MDL .............................................................................................................................................. 170

7.5.5 Bancos e Agncias de Desenvolvimento Internacionais ............................................................... 173 7.5.5.1 Agncia Francesa de Desenvolvimento ................................................................................................ 174 7.5.5.2 KfW Bankengruppe ............................................................................................................................... 175 7.5.5.3 Agncia Internacional de Cooperao do Japo ................................................................................... 177

7.5.6 Acordos internacionais com transferncia de recursos ................................................................ 178

7.6. OUTROS DESAFIOS ........................................................................................................................................... 179

7.6.1 Desenvolvimento da Infraestrutura Industrial ............................................................................. 179 7.6.1.1 Investimentos em Pesquisa e Desenvolvimento para o desenvolvimento de novos produtos ............ 179 7.6.1.2 Investimentos em expanso da capacidade fabril ................................................................................ 180

7.6.2 Capacitao da mo-de-obra ....................................................................................................... 181

7.7 CONSIDERAES FINAIS ..................................................................................................................................... 181

8 TELECOMUNICAES .................................................................................................................. 183

8.1 INTRODUO ................................................................................................................................................... 183

8.2 VISO NO SETOR PRIVADO DOS ESTADOS UNIDOS DA AMRICA .................................................................................. 184

8.2.1 General Electric ............................................................................................................................ 184

8.2.2 Silver Spring .................................................................................................................................. 188

8.2.3 Aclara ........................................................................................................................................... 190

8.2.4 Outras empresas .......................................................................................................................... 191

8.3 VISO DAS ENTIDADES GOVERNAMENTAIS NOS ESTADOS UNIDOS DA AMRICA ............................................................. 191

8.3.1 Federal Communication Commission FCC ................................................................................. 191

8.3.2 Federal Energy Regulatory Commission - FERC ............................................................................ 193

4

8.3.3 National Association of Regulatory Utility Commissioners NARUC .......................................... 194

8.3.4 National Institute of Standars and Technology - NIST.................................................................. 195

8.4 AES DE GOVERNANA .................................................................................................................................... 195

8.5 CONSIDERAES FINAIS ............................................................................................................................... 196

9 VISITA TCNICA AOS ESTADOS UNIDOS DA AMRICA .......................................................... 199

9.1 INTRODUO ................................................................................................................................................... 199

9.2 PROGRAMAO ................................................................................................................................................ 199

9.3 GRID WISE GLOBAL FORUM................................................................................................................................ 201

9.4 PHI PEPCO HOLDING INCORPORATION ............................................................................................................... 203

9.5 DOE DEPARTAMENT OF ENERGY ....................................................................................................................... 208

9.6 ONCOR ......................................................................................................................................................... 210

9.7 PUCT PUBLIC UTILITY COMMISSION OF TEXAS .................................................................................................... 211

9.8 IBM AUSTIN TEXAS ......................................................................................................................................... 214

9.9 CENTER POINT ................................................................................................................................................. 216

9.10 CONSIDERAES FINAIS ............................................................................................................................. 220

10 CONCLUSO E RECOMENDAES .......................................................................................... 221

11 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS .............................................................................................. 225

ANEXO 1 PORTARIA N 440 ............................................................................................................. 227

5

LISTA DE TABELAS

TABELA 2.1: RELAO DE REUNIES DO GT .................................................................................... 18

TABELA 6.1: COMPARAO DE REQUISITOS TCNICOS E FUNCIONALIDADES DE MEDIDORES

PARA MT/BT ............................................................................................................................................ 76

TABELA 6.2: COMPARAO DAS RESPONSABILIDADES E OBRIGAES ATUAIS DE UM

PEQUENO AGENTE COM PROPOSTA DO COMERCIALIZADOR VAREJISTA .................................. 86

TABELA 6.3: INCENTIVOS PARA A GERAO DISTRIBUDA - FONTE: RENEWABLES 2010 -

GLOBAL STATUS REPORT .................................................................................................................... 95

TABELA 7.1: VALORES ADOTADOS NO PROJETO PILOTO DE TARIFA AMARELA NA COPEL

(COPEL, 1998). ...................................................................................................................................... 107

TABELA 7.2: VARIAO DA DEMANDA DE PONTA (COPEL, 1998). ................................................ 109

TABELA 7.3: RELAO ENTRE O CONSUMO DE PONTA E O CONSUMO TOTAL ANTES E DEPOIS

DA TARIFA AMARELA E VARIAO DO CONSUMO TOTAL (COPEL, 1998). .................................. 109

TABELA 7.4: PREVISO DE REDUO DAS PERDAS NO-TCNICAS ......................................... 113

TABELA 7.5: RESULTADOS DO PROCEL EM 2009. .......................................................................... 120

TABELA 7.6: INVESTIMENTOS DA ELETROBRAS NO PROCEL 2009. ......................................... 120

TABELA 7.7: CATEGORIAS DE BENEFCIOS EPRI. ......................................................................... 125

TABELA 7.8: CUSTO DOS MEDIDORES INTELIGENTES. ................................................................. 127

TABELA 7.9: PRINCIPAIS BENEFCIOS X BENEFICIRIOS. ............................................................. 131

TABELA 7.10: INVESTIMENTOS NECESSRIOS PARA GERAR 252 MWMED A PARTIR DE

DIVERSAS TECNOLOGIAS. ................................................................................................................. 133

TABELA 7.11: DISTRIBUIO DOS PERCENTUAIS DA LEI 9.991/2000, ALTERADA PELA LEI

12.212/2010. ........................................................................................................................................... 159

TABELA 7.12: CONDIES DE FINANCIAMENTO AGNCIA INTERNACIONAL DE COOPERAO

DO JAPO. ............................................................................................................................................ 177

TABELA 8.1: FREQUNCIAS SUGERIDAS PELA FCC ....................................................................... 193

TABELA 9.1: PLANEJAMENTO PARA VISITA DO GT SMART GRID AOS EUA ................................ 200

TABELA 9.2: EQUIPAMENTOS PARA IMPLEMENTAO DO SMART GRID. .................................. 209

6

LISTA DE FIGURAS

Figura 4.1: Conceito de integrao Smart Grid. ....................................................................................... 27

Figura 4.2: Topologia de Rede Inteligente. .............................................................................................. 28

Figura 4.3: Rede Inteligente dentro das residncias. ............................................................................... 29

Figura 4.4: Estrutura de Governana em Smart Grid. .............................................................................. 30

Figura 5.1: Viso abrangente do cenrio Smart Grid. .............................................................................. 38

Figura 5.2: Viso lgica da infraestrutura de superviso e medio. ...................................................... 39

Figura 5.3: Infraestrutura de Comunicao.............................................................................................. 39

Figura 5.4: Arquitetura para Sistemas de Superviso e Controle de Subestaes .................................. 43

Figura 5.5: Representao de rede Eltrica Inteligente. .......................................................................... 50

Figura 5.6: Concentradores hierarquizados em rede. .............................................................................. 51

Figura 5.7: Medidores em rede. ............................................................................................................... 52

Figura 5.8: Medidores e eletrodomsticos. ............................................................................................. 52

Figura 5.9: Exemplo de arquitetura. ......................................................................................................... 55

Figura 5.10: Dados disponveis ao consumidor ........................................................................................ 59

Figura 6.1: Diviso dos trabalhos do subgrupo Medio para microgerao. ......................................... 71

Figura 6.2: Requisitos de medio para categorias de agentes. .............................................................. 74

Figura 6.3: Alternativa de flexibilizao de comunicao dos dados de medio CCEE. ...................... 75

Figura 6.4: Evoluo de pontos de medio com capacidade inferior ou igual a 1MW. ......................... 76

Figura 6.5: Evoluo de nmero de consumidores livres e especiais. ..................................................... 83

Figura 6.6: Evoluo da carga de consumidores livres e especiais. ......................................................... 83

Figura 6.7: Potencial de mercado para consumidores livres e especiais. ................................................ 84

Figura 6.8: Proposta para representao de pequenos agentes pelo Comercializador Varejista. .......... 86

Figura 6.9: Gerao Distribuda em 2009 ................................................................................................. 96

Figura 6.10: Adio Anual de Gerao Solar Fotovoltaica ....................................................................... 96

Figura 7.1: Evoluo esperada no parque de medio em pases da Europa (ERGEG, 2007). .............. 102

Figura 7.2: Mdias das curvas de carga de segunda a sbado - com desconto (Copel, 1998). .......... 108

Figura 7.3: Mdias das curvas de carga de segunda a sbado - com acrscimo (Copel, 1998). ......... 108

Figura 7.4: Pesquisa realizada com os consumidores do projeto (Bandeirante, 1999). ........................ 110

Figura 8.1: Estimativa da taxa de dados em funo da aplicao. ......................................................... 184

Figura 8.2: Exemplo de Rede RF Mesh ................................................................................................... 189

Figura 8.3: Relao Custo / Benefcio. .................................................................................................... 189

Figura 8.4: Exemplo de aplicao de PLC ............................................................................................... 190

Figura 8.5: Conceito de Smart Grid pelo NIST. ....................................................................................... 195

Figura 9.1: Infraestrutura de Comunicao............................................................................................ 205

Figura 9.2: Ganhos de desempenho em experincias com automao na distribuio. ....................... 206

Figura 9.3: Medidor Eletrnico. .............................................................................................................. 207

Figura 9.4: Matriz Energtica do Texas. ................................................................................................. 213

Figura 9.5: Relao entre o rgo regulador e os atores do setor de energia. ...................................... 214

Figura 9.6: Instalao de medidores em unidades consumidoras residenciais. .................................... 217

Figura 9.7: Rede Mesh ............................................................................................................................ 219

Figura 9.8: Concetrador instalado em campo. ....................................................................................... 219

Figura 9.9: Equipamento de armazenamento. ....................................................................................... 220

7

LISTA DE SIGLAS

ABINEE Associao Brasileira da Indstria Eltrica e Eletrnica

ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

ACL Ambiente de Contratao Livre

ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line

AFD Agncia Francesa de Desenvolvimento

AMI Advanced Metering Infrastructures

ANATEL Agncia Nacional de Telecomunicaes

ANEEL Agncia Nacional de Energia Eltrica

ANSI American National Standards Institute

AP Audincia Pblica

APE Auto-Produtor de Energia

API Application Programming Interface

APTEL Associao de Empresas Proprietrias de Infraestrutura e de Sistemas Privados de Telecomunicaes

ASN.1 Abstract Syntax Notation One

BID Banco Interamericano de Desenvolvimento

BNDES Banco Nacional de Desenvolvimento Econmico e Social

BT Baixa Tenso

CAPDA Comit das Atividades de Pesquisa e Desenvolvimento na Amaznia

CATI Comit da rea de Tecnologia da Informao

CCC Conta de Combustveis Fsseis (Encargo Setorial)

CCEE Cmara de Comercializao de Energia Eltrica

CEPEL Centro de Pesquisas de Energia Eltrica

CFURH Compensao Financeira pela Utilizao de Recursos Hdricos (Encargo Setorial)

CGH Central Geradora Hidreltrica

CICORP Cadastrado de Informaes Corporativas

CIDE Contribuio de Interveno no Domnio Econmico

CIM Common Information Model

CIP Critical Infrastruture Protection

CNI Confederao Nacional da Indstria

COFINS Contribuio para o Financiamento da Seguridade Social

CREZ Competitive Renewable Energy Zones

CUSD Contrato de Uso do Sistema de Distribuio

DA Distribuiton Automation

8

DC Direct Current

DC District of Columbia

DIC Durao de Interrupo por Unidade Consumidora

DMIC Durao Mxima de Interrupo por Unidade Consumidora

DMS Distribution Management System

DoE Department of Energy

DRC Durao Relativa da Transgresso de Tenso Crtica

DRP Durao Relativa da Transgresso de Tenso Precria

EER Encargo de Energia de Reserva

EPE Empresa de Pesquisa Energtica

EPRI Electric Power Research Institute

ERCOT Electric Reliability Council of Texas

ERGEG European Regulators Group for Electricity and Gas

ERSE Entidade Reguladora dos Servios Energticos

ESS Encargo de Servios do Sistema

EUA Estados Unidos da Amrica

EUR Euro

FCC Federal Communication Commission

FERC Federal Energy Regulatory Commission

FIC Frequncia de Interrupo por Unidade Consumidora

FNDCT Fundo Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico

GD Gerao Distribuda

GE General Eletric

GEE Gases do Efeito Estufa

GIS Georeference Information System

GOOSE Generic Object Oriented Substation Events

GRPS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications

GT Grupo de Trabalho

HAN Home Area Network

IBGE Instituto Brasileiro de Geografia e Estatstica

IBM International Business Machines

ICCP Inter-Control Center Communications Protocol

ICMS Imposto sobre Circulao de Mercadorias e Servios

IEC International Electrotechnical Commission

IED Intelligent Electronic Devices

http://www.ferc.gov/

9

IEEE Institute of Electrical and Electronic Engineers

II Imposto de Importao

INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalizao e Qualidade Industrial

IP Internet Protocol

IPCA ndice de Preo ao Consumidor Amplo

IPEA Instituto de Pesquisa Econmica Aplicada

IPI Imposto sobre Produtos Industrializados

ISGAN International Smart Grid Action Network

JICA Japan International Cooperation Agency

LAN Local Area Network

LCD Liquid Crystal Display

LED Light - Emitting Diode

MAC Message Authentication Code

MAIFI Momentary Average Interruption Frequency Index

MC Margem de Construo

MCT Ministrio de Cincia e Tecnologia

MDL Mecanismo de Desenvolvimento Limpo

MDM Meter Data Management

MMA Ministrio do Meio Ambiente

MME Ministrio de Minas e Energia

MMS Manufacturing Message Specification

MO Margem de Operao

MT Mdia Tenso

NARUC National Association of Regulatory Utility Commissioners

NCM Nomenclatura Comum do MERCOSUL

NERC North American Electric Reliability Corporations

NIST National Institute of Standards and Technology

NT Nota Tcnica

OLED Organic Light Emitting Diode

OLSR Optimized Link State Routing

OMS Outage Management System

ONS Operador Nacional do Sistema Eltrico

OPC OLE for Process Control

OSI Open Systems Interconnection

P&D Pesquisa e Desenvolvimento e Eficincia Energtica

PADIS Programa de Apoio ao Desenvolvimento Tecnolgico da Indstria de Semicondutores

10

PAP Planos de Prioridade de Ao

PATVD Programa de Apoio ao Desenvolvimento Tecnolgico da Indstria de Semicondutores

PCH Pequena Central Hidreltrica

PDE Plano Decenal de Energia

PEE Programa de Eficincia Energtica

PG&E Pacific Gas & Electric Company

PHI Pepco Holding Incorporation

PIB Produto Interno Bruto

PIS Programa de Integrao Social

PLC Power Line Communications

PLD Preo de Liquidao de Diferenas

PMU Phasor Measurement Units

PROCEL Programa Nacional de Conservao de Energia Eltrica

PRODIST Procedimento de Distribuio

PROINFA Programa de Incentivo s Fontes Alternativas de Energia Eltrica

PUCT Public Utility Commission Texas

RAN Regional Areal Network

RCE Redues Certificadas de Emisso

REIDI Regime Especial de Incentivos para o Desenvolvimento da Infraestrutura

RF Rdio-Frequncia

RGR Reserva Global de Reverso

RPM Rotaes por Minuto

RPS Renewable Portfolio Standard

SCADA Supervisory Control and Data Acquisition

SCDE Sistema de Coleta de Dados de Energia

SCE Southern California Edison Company

SCL Substation Configuration Language

SECOM Secretaria de Comunicao Social da Presidncia da Repblica

SGIP Smart Grid Interoperability Panel

SIN Sistema Interligado Nacional

SMF Sistema de Medio para Faturamento

SMV Sampled Values

SOA Service Oriented Architecture

TAR Tarifa Atualizada de Referncia

TC Transformador de Corrente

TFEL Thin-Film Electroluminescent

11

TFSEE Taxa de Fiscalizao de Servios de Energia Eltrica

TI Tecnologia da Informao

TIC Tecnologia da Informao e Comunicao

TJLP Taxa de Juros de Longo Prazo

TP Transformador de Potncia

TWACS Two Way Automatic Communication System

TX Texas

UBP Uso de Bem Pblico

UCA Utility Communications Architecture

UCM Unidade Central de Medio

UE Unio Europeia

UML Unified Modeling Language

USD Dlar Americano

VPN Virtual Private Network

WAN Wide Area Network

XML Extensible Markup Language

12

SUMRIO EXECUTIVO

Com a publicao da Portaria n 440, de 15 de abril de 2010, foi criado o

Grupo de Trabalho para estudo do conceito de redes eltricas inteligentes, tambm

conhecidas como Smart Grid. Para avanar no tema, foram convidadas diversas

entidades dos mais variados setores para apresentao das suas vises sobre esse

novo conceito, com objetivo de levar ao GT a oportunidade de nivelar os

conhecimentos sobre o estado da arte das redes inteligentes.

Foram convidados representantes de distribuidoras, de reguladores do setor

eltrico e de telecomunicaes, de associaes, de rgos financiadores, de

tecnologia da informao, do setor acadmico, entre outros, os quais apresentaram

as possibilidades e desafios a serem vencidos para implementao de novas

tecnologias na rede eltrica.

O GT tambm teve a oportunidade de visitar os EUA e ter uma viso mais

clara de como esto as discusses sobre o tema ao redor do mundo, visto que

participou de um Frum Global realizado em Washington, com participao de

representantes de todos os continentes. Tambm visitou diversas concessionrias de

energia eltrica e pode perceber como est o desenvolvimento dos projetos.

Vrias mudanas na relao entre concessionria e consumidor foram

constatadas. A gama de informaes que eles recebem proporciona uma maior

dinmica na prestao do servio e na possibilidade de economia de energia,

trazendo melhoria para todo o sistema.

Em virtude da grande diversidade dos assuntos envolvidos, foram criados

subgrupos de maneira a permitir um aprofundamento dos estudos, alcanando uma

abordagem maior dos temas envolvidos.

Um dos assuntos tratados pelos subgrupos foi o da arquitetura dos sistemas

de tecnologia de informao (TI) aplicada ao conceito de redes eltricas inteligentes.

Fazem parte dessa arquitetura mltiplos dispositivos de medio e comunicao,

equipamentos de acionamento e controle, sistemas de comunicao de dados e

sistemas computacionais, que devem operar de forma integrada. Essa interao ir

produzir fluxo de dados capazes de alcanar grandes volumes, com exigncias

distintas em relao a tempos de resposta e tambm com uma demanda elevada na

capacidade de processamento. Para que o sistema opere de forma coordenada,

pretende-se que as interfaces de comunicao de dados, bem como sua modelagem,

13

sigam um protocolo aberto, pblico e padronizado, possibilitando a utilizao de

equipamentos e softwares de diferentes fornecedores e permitindo a

interoperabilidade do sistema. Alm disso, para extrair os benefcios inerentes ao

conceito de redes eltricas Inteligentes, os sistemas corporativos das empresas

devem se adequar, operando de maneira integrada e tratando de modo eficiente a

massa de dados disponibilizada pela nova arquitetura de TI, que deve garantir ainda a

integridade dos dados, bem como manter a privacidade de informaes confidenciais

de consumidores. As questes de segurana requerem maior avano no estado da

arte, uma vez que as solues atuais no so abrangentes e no seguem um padro

especfico. No caso particular da interoperabilidade no Brasil, esse ponto vem

avanando com atividades no mbito da ABNT/CB-03 (projeto SiBMA) cujo objetivo

conceber arquitetura e diversas camadas de protocolos, que sejam abertos, pblicos

e padronizados. J existe tambm uma tendncia clara de uso de protocolos abertos

(normas IEC 61850 e ICCP) em subestaes e centros de controle, o que permite um

grau de inteligncia avanado na automao destes sistemas.

Tambm foram apresentados estudos sobre medio associada aos sistemas

de comunicao necessrios sua viabilizao, assim como avaliao de

mecanismos de mercado para estimular a participao efetiva de agentes de pequeno

porte - geradores e consumidores. Com relao aos medidores eletrnicos e

inteligentes, foram analisadas alternativas de flexibilizao de requisitos e

apresentada uma lista de funcionalidades e caractersticas que eles deveriam

apresentar, para se tirar, no futuro, proveito do conceito Smart Grid. A ampliao da

participao de agentes de pequeno porte foi avaliada sob a tica da oferta e da

demanda, em que, para a primeira, recomendou-se a criao do agente

comercializador varejista, que simplifica sobremaneira a participao de agentes de

pequeno porte no mercado atacadista de energia e visa a atender a uma maior

abertura de mercado. Para o lado da demanda, investigaram-se mecanismos

implementados em outros pases que tratam da oferta de excedente de produo de

gerao distribuda de pequeno porte (microgerao), onde o chamado net metering

(apurao da diferena entre a energia que foi consumida e a que foi produzida)

parece ser o modelo mais adequado realidade do mercado brasileiro.

Outro ponto de foco foram os estudos econmicos, que abordou as

dificuldades e solues encontradas pelos diversos pases na conduo do tema.

Para o caso brasileiro foram lanadas algumas premissas para elaborao da

14

estimativa de custos de um Programa Brasileiro de Redes Inteligentes, como reduo

de pico de demanda, de perdas e de consumo total. No fim, foi apresentada a relao

custo-benefcio para o caso brasileiro, com a instalao de medidores inteligentes,

automatizao da rede e de meios de comunicao. A questo das possibilidades de

financiamento desse projeto tambm foi abordada, colocando os encargos setoriais, o

BNDES e outros incentivos fiscais como potenciais financiadores da implantao das

redes inteligentes.

A construo de sistemas de gerao, transmisso e distribuio de energia

baseados no conceito Smart Grid necessariamente utiliza sistemas de

telecomunicaes para realizar suas funes essenciais. Nesse sentido, foi feito

levantamento de experincias internacionais em telecomunicaes voltadas para a

infraestrutura Smart Grid e avaliaes de possveis solues para o caso brasileiro.

A questo das redes eltricas inteligentes no se esgota nesse relatrio,

Deve-se enxerg-lo como uma primeira fase rumo modernizao. Ser ainda

necessrio que polticas sejam definidas com objetivo de preparar um ambiente

adequado dos pontos de vista econmico e regulatrio para dar incio a esse avano.

Por se tratar de uma mudana na forma como a energia entregue ao

consumidor, o relacionamento da concessionria com o cliente ser remodelada e a

quantidade de informaes disponveis poder mudar os hbitos de consumo e

aumentar a qualidade dos servios prestados. Essa mudana tecnolgica atingir

vrios setores da economia, desde a indstria at a especializao da mo-de-obra e

poder tornar a rede eltrica mais confivel.

15

1 INTRODUO

Desde a criao da primeira rede de energia eltrica feita por Nikola Tesla em

1888, no aconteceram inovaes significativas na maneira como a energia eltrica

fornecida ao consumidor. Muitas das tecnologias usadas naquela poca ainda

continuam em uso, limitando a capacidade de inovao.

Nos ltimos cinquenta anos, as redes no evoluram para encarar os desafios

das mudanas modernas. Ameaas segurana, possibilidade de uso de energia

alternativa e intermitente, metas de economia de energia para reduo de picos de

demanda e controles digitais para aumentar a confiabilidade e abreviar a restaurao

so alguns exemplos de desafios que tero que ser enfrentados nos prximos anos.

A situao mais indesejvel em uma rede eltrica a interrupo de

fornecimento. Em alguns casos essa falha no fornecimento se prolonga por vrias

horas, aumentando o tempo de espera da populao pelo retorno da eletricidade.

Essa situao afeta toda a economia, fazendo com que reas de produo, de

prestao de servios e trnsito sofram impactos, gerando prejuzos.

Sempre que h uma interrupo no fornecimento, percebemos o quanto

somos dependentes da energia eltrica. Nossa segurana fica ameaada quando

estamos no trnsito, em elevadores, caminhando pelas ruas, portanto, uma rede mais

confivel o desejo de todos.

Vivemos na era da tecnologia, e chega a ser surpreendente que as empresas

de distribuio ainda dependam dos clientes para ser notificadas de uma falta de

energia.

Segundo informaes da Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL , a

mdia de perdas eltricas no Brasil de 16%. H um grande espao para avano

nessa rea. A reduo dessas perdas pode significar a postergao de investimentos

em gerao e o aumento dos investimentos em infraestrutura, melhorando a

qualidade do fornecimento.

Nossa matriz de gerao limpa. Contudo, nos ltimos anos, estamos

acompanhando o crescimento do nmero de usinas trmicas. Devido dificuldade de

construo de grandes usinas hidrulicas, fica evidente a necessidade de

investimentos em pequenas geradoras, que estejam mais prximas aos centros de

cargas e que ofeream mais oportunidades de comercializao.

16

O conceito de Smart Grid se apresenta como uma tecnologia que permite o

uso eficiente da energia eltrica e, assim, configura-se como importante ferramenta

no enfretamento desses desafios.

A implantao de redes inteligentes tem avanado em outras partes do

mundo. Muitos pases tm se dedicado a estudos sobre essa tecnologia com

investimento de volumosos recursos, e alguns j iniciaram a instalao dessas redes,

com destaque para Itlia, Estados Unidos, Japo e alguns outros pases europeus.

Nesse contexto, foi criado pela Portaria No 440, de 15 de abril de 2010, um

Grupo de Trabalho GT com o objetivo de analisar e identificar aes necessrias

para subsidiar o estabelecimento de polticas pblicas para a implantao do

Programa Brasileiro de Rede Eltrica Inteligente Smart Grid.

1.1 ESTRUTURA DO RELATRIO

Este relatrio est estruturado da seguinte forma: inicialmente apresenta-se o

Grupo de Trabalho; na sequncia, introduz-se o conceito de Smart Grid,

apresentando uma viso geral sobre esse conceito; em seguida discorre-se sobre o

estado da arte; por fim apresentam-se os estudos realizados pelos subgrupos e um

relato sobre a visita tcnica aos Estados Unidos da Amrica.

17

2 O GRUPO DE TRABALHO

O Grupo de Trabalho foi composto por representantes das seguintes

instituies:

Ministrio de Minas e Energia MME;

Empresa de Pesquisa Energtica EPE;

Centro de Pesquisas de Energia Eltrica CEPEL;

Agncia Nacional de Energia Eltrica ANEEL;

Operador Nacional do Sistema Eltrico ONS; e

Cmara de Comercializao de Energia Eltrica CCEE.

Alm desses, tambm participaram dos trabalhos representantes da Agncia

Nacional de Telecomunicaes ANATEL e da Eletrobras.

Seguindo o disposto na Portaria, coube ao GT abordar os seguintes aspectos:

O estado da arte no Brasil e em outros pases;

Propostas de adequao das regulamentaes e das normas gerais

dos servios pblicos de distribuio;

Identificao de fontes de recursos para financiamentos e incentivos

produo de equipamentos no pas;

Regulamentao de novas possibilidades de atuao de acessantes no

mercado, com possibilidade de usurios operarem tanto como

geradores ou consumidores de energia eltrica.

2.1 ATIVIDADES

Desde abril de 2010, os integrantes do GT realizaram dezoito reunies com

representantes de diferentes setores. Houve interao com empresas, associaes,

representantes de Estados estrangeiros, fabricantes, universidades e rgos

governamentais.

Alm disso, diversas outras reunies foram realizadas no mbito dos

subgrupos.

18

Tabela 2.1: Relao de Reunies do GT. Entidade Data Palestrante(s) Tema Reunio

CEPEL 17/05/2010 Roberto Caldas Viso do CEPEL sobre o tema 1

ANEEL 17/05/2010 Paulo Henrique Silvestri Lopes

Viso da ANEEL sobre o tema 1

APTEL 01/06/2010 Pedro Luiz de

Oliveira Jatob Viso da APTEL sobre Smart Grid 2

CEMIG 01/06/2010 Denys C. Cruz de

Souza - Smart Grid na CEMIG 2

IBM 10/06/2010 Dario Almeida IBM Smart Grid Point-of-View 3

ABINEE 10/06/2010 Roberto Barbieri Smart Grid Rede Inteligente -

Viso Abinee 3

ELETROBRAS 18/06/2010 Ubirajara Rocha

Meira A ELETROBRAS e as Redes

Inteligentes 4

ANEEL P&D

18/06/2010

Mrcio Vencio Pilar Alcntara

Projetos de Pesquisa & Desenvolvimento da ANEEL como ferramentas de desenvolvimento

de Smart Grid no Brasil

4

ABRADEE 24/06/2010

Fernando C. Maia Viso da ABRADEE sobre a definio de Polticas Pblicas para

a implantao de Redes Inteligentes no Brasil

5

ANEEL MEDIO

ELETRNICA 24/06/2010

Paulo Henrique S. Lopes

Proposta de Regulamentao de Medio Inteligente em Baixa

Tenso

5

CEPEL 01/07/2010 Fbio Cavaliere de

Souza Medio Eletrnica 6

CCEE 08/07/2010 Luciano Freire Viso do CCEE sobre a implantao

das Redes Inteligentes - SMART GRID

7

INMETRO 08/07/2010

Luiz Carlos Gomes dos Santos

Luiz Fernando Rust Costa Carmo

Viso do INMETRO sobre Redes Inteligentes

O Controle Metrolgico

7

BNDES 15/07/2010 Alexandre

Siciliano Esposito Apoio do BNDES ao Setor Eltrico 8

FINEP 15/07/2010

Laercio de Sequeira

Viso da FINEP sobre Redes Inteligentes Viabilidade de Suporte Financeiro para o Desenvolvimento Cientifico e Tecnolgicos de Projetos Inovadores

8

19

ANATEL 22/07/2010

Bruno Ramos, Maximiliano Salvadori

Martinho, Marcos de

Souza Oliveira.

Viso da ANATEL sobre Infraestrutura de

Telecomunicaes para a Implantao de um Programa de Redes Inteligentes Smart Grid

9

JAPO 29/07/2010

Ryo Maeda, Massato

Takakuwa, Tadashi

Muramoto

Viso do Japo sobre Redes Inteligentes Experincia na Implantao de um Programa

sobre Smart Grid

10

CISCO 12/08/2010 Michael Dulaney Viso da CISCO sobre Redes

Inteligentes Experincia com Implantao de Smart Grid

11

SUBGRUPOS 09/09/2010 Coordenadores Apresentao do andamento dos

trabalhos 12

GE 16/09/2010 Fernando

Rodriguez, Evaldo Mendona

Apresentao da GE 13

Technical University of Eindhoven -

Holanda

17/09/2010

Paulo F. Ribeiro Apresentao da viso Europeia 14

GT 07/10/2010 GT Avaliao da Visita tcnica aos EUA 15

GT 22/10/2010 GT Assuntos Diversos 16

GT 05/11/2010 GT Assuntos Diversos e Estrutura do

Relatrio Final 17

APTEL e ANATEL

18/11/2010 GT Apresentaes sobre desafios na

rea de telecomunicaes. 18

2.2 VISITA TCNICA AOS ESTADOS UNIDOS DA AMRICA

Para aprofundar as teorias apresentadas nessas reunies, o GT realizou uma

visita tcnica aos Estados Unidos da Amrica. Nessa viagem, observou-se como

vrios pases esto engajados nesse novo tema. O GT teve a oportunidade de

participar de um Frum Global sobre Smart Grid, visitar Concessionrias de dois

estados americanos e se reunir com representantes de rgos reguladores e de

padronizao.

Essa visita tratada com mais detalhes no Captulo 8 desse relatrio.

20

2.3 SUBGRUPOS

Com objetivo de aprofundar os estudos nos aspectos abordados foram

criados os seguintes subgrupos:

Subgrupo de Tecnologia da Informao: focou na anlise da

arquitetura de transmisso de dados para implantao das redes

inteligentes;

Subgrupo de Medio e Mercado: focou na avaliao de possvel

flexibilizao dos requisitos tcnicos para implantao de sistema de

medio para faturamento de pequenos agentes. Adicionalmente, este

subgrupo estudou solues de mercado para viabilizar a entrada de

agentes de pequeno porte e atender a uma ampliao da abertura de

mercado no Setor Eltrico Brasileiro;

Subgrupo de Estudos Econmicos: focou na anlise do custo-

benefcio da implantao de sistemas de redes inteligentes e avaliou

fontes de financiamento para a criao de um Programa Brasileiro

sobre o tema;

Foi tambm criado um quarto subgrupo para estudos de Legislao. Todavia,

houve a necessidade de se aprofundar nos estudos do estado da arte, para se ter a

exata amplitude das modificaes que seriam necessrias no arcabouo legal. Dado

o exguo prazo de durao do GT, esse tema deveria ter seu aprofundamento em

uma possvel segunda fase.

Neste relatrio, encontra-se o resultado das atividades desenvolvidas pelos

subgrupos.

21

3 O CONCEITO DE SMART GRID

O termo Smart Grid foi usado pela primeira vez em 2005 em um artigo escrito

por S. Massoud Amin e Bruce F. Wollenberg, publicado na revista IEEE P&E, com o

ttulo de "Toward A Smart Grid" (1). Existem vrias definies para o conceito de

redes inteligentes, mas todas convergem para o uso de elementos digitais e de

comunicaes nas redes que transportam a energia. Esses elementos possibilitam o

envio de uma gama de dados e informao para os centros de controle, onde eles

so tratados, auxiliando na operao e controle do sistema como um todo.

Para se colocar em prtica tal conceito, algumas transformaes devem ser

levadas a cabo, como a modernizao da infraestrutura, instalao de camadas

digitais, como softwares e capacidade de processamento de dados, que so a

essncia da rede inteligente, e mudanas na comercializao, necessrias para

ampliar o nmero de acessantes.

As primeiras tentativas de se instalar alguma inteligncia na rede advieram da

medio eletrnica, que foi usada para monitorar o comportamento da carga de

grandes consumidores. Com a instalao de equipamentos de comunicao, esses

medidores iriam proporcionar o monitoramento em tempo real e o uso de aplicativos

para a resposta de demanda. No incio de 2000, um projeto desenvolvido na Itlia

para a larga instalao de medio eletrnica, chamado de Telegestore Project,

previu a utilizao de cerca de 27 milhes de medidores eletrnicos com capacidade

para comunicao via PLC Power Line Communications , que transmisso de

dados via cabo de energia.

Hoje, inmeros pases j esto modernizando suas infraestruturas de rede.

Os Estados Unidos lanaram um pacote de estmulos que aportar cerca de US$ 4

bilhes, para financiar projetos de redes inteligentes. Alguns estados, como o Texas,

j iniciaram a troca dos medidores e esto instalando grandes redes de

telecomunicaes para transporte de dados, alm de estimularem a participao do

consumidor com a criao de um portal na internet.

Para a modernizao da rede, alguns conceitos devem estar associados:

Confiabilidade;

Eficincia;

Segurana;

Questes ambientais:

22

Competitividade.

As principais funes requeridas em uma rede inteligente so:

Auto-recuperao;

Motivar consumidores a serem mais participativos;

Resistir a ataques fsicos e cibernticos;

Fornecer uma energia de melhor qualidade;

Permitir vrios tipos de gerao e armazenagem de energia;

Maior envolvimento do mercado;

Permitir uma maior utilizao de gerao intermitente de energia.

Com a introduo de sensores e controles automatizados, a rede poder ser

capaz de antecipar, detectar e resolver problemas no sistema. Assim, podem-se evitar

ou mitigar faltas de energia, problemas na qualidade do servio e suas interrupes.

Um dos principais objetivos uma maior participao do usurio. Nas redes

inteligentes, estaro incorporados os aparelhos domsticos e o comportamento do

usurio na utilizao deles. Isso permitir um melhor controle por parte do usurio no

seu consumo, reduzindo seus custos atravs de sinais tarifrios emitidos pela

concessionria.

Uma pesquisa realizada em 2007 com 100 empresas de energia e 1900

consumidores dos EUA, Alemanha, Holanda, Inglaterra, Japo e Austrlia,

apresentada no relatrio Plugging in the Consumer (2), revelou que 83% gostariam de

poder escolher a fornecedora de energia, quase dois teros dos consumidores

gostariam de receber energia de fontes renovveis e a mesma porcentagem gostaria

de poder gerar sua prpria energia e vend-la concessionria.

Com a medio em tempo real e a comunicao bidirecional, os

consumidores podero ser recompensados pelos seus esforos em economizar

energia.

A microgerao distribuda, por sua vez, poder ampliar o mercado de

fornecimento, aliviando o sistema como um todo, j que ela se encontra prxima das

regies de consumo.

Com essa nova tecnologia empregada nas redes, ser mais fcil a deteco

de interrupes. As informaes em tempo real possibilitaro o isolamento das reas

afetadas e o redirecionamento do fluxo de energia de forma a manter o maior nmero

23

possvel de consumidores atendidos, ajudando na preveno de interrupo de

fornecimento.

Vrias formas de gerao podero ser alocadas na rede, como clulas-

combustveis, renovveis, alm de outras fontes de gerao distribuda. Essas fontes

estaro mais prximas dos centros de cargas e permitiro aos consumidores no s a

compra dessa energia, bem como a venda de seu excedente.

Para a penetrao das fontes intermitentes ainda ser necessrio o avano

do armazenamento da energia e de novas ferramentas computacionais. Embora

venha sendo observada uma reduo nos custos das baterias, o preo delas constitui

um empecilho para sua popularizao.

As tecnologias envolvidas nesse conceito podem ser divididas em grupos:

medio eletrnica, comunicao, sensoriamento e computao.

3.1 MEDIO ELETRNICA

No se trata apenas dos medidores instalados nas residncias, indstrias e

comrcio. Toda a medio envolvida, desde a gerao at o consumidor final, faz

parte dessa categoria. O controle de perdas, planejamento e operao da rede esto

diretamente ligados a essa tecnologia.

Ao se substiturem os medidores eletromecnicos por outros eletrnicos, uma

grande massa de dados poder ser alocada nos centros de controle das empresas,

permitindo melhor planejamento e controle de toda a rede. Com esses medidores,

vrios servios podero ser ofertados ao consumidor, alm de se mudar o conceito de

utilizao das cargas, que podero ser controladas remotamente, tanto pelo usurio,

quanto pela concessionria.

O despacho de equipes dever ser bastante reduzido, j que a suspenso e

religao do fornecimento podero ser feitas de forma remota pela concessionria,

graas comunicao bidirecional dos novos medidores. Alm disso, uma falta ser

percebida pela concessionria quase que automaticamente, no havendo mais a

necessidade de o consumidor avisar empresa o fato.

Com a introduo desse tipo de medidor, o consumidor ter mais condies

de gerenciar seu uso de energia. Vrios aplicativos j esto em desenvolvimento para

proporcionar o acesso aos dados de medio, auxiliando na tomada de deciso.

Dados como consumo em tempo real, equipamentos que mais consomem energia,

valor a pagar at o momento, projeo de fatura no final do ciclo so alguns exemplos

24

de interao entre usurio e medidor. Outros servios ainda podem ser agregados,

como por exemplo, o controle de cargas pelo usurio ou pela concessionria. Antes

mesmo de chegar sua casa, o consumidor poder programar qualquer equipamento

conectado rede eltrica.

O preo da energia poder variar ao longo dia, j que a medio eletrnica

permite que vrios postos tarifrios sejam programados. Esse sinal tarifrio

proporcionar uma reduo do pico de demanda, gerando uma economia em

investimentos de gerao e expanso de rede.

3.2 COMUNICAO

Uma das funcionalidades mais importantes dos medidores inteligentes a

capacidade de se comunicar com outros equipamentos instalados na rede ou mesmo

dentro das unidades consumidoras. Essa inovao ser a responsvel por uma

relevante mudana na prestao de servios de energia.

J existe uma gama de tecnologia disponvel para propiciar essa

comunicao. Entre elas o PLC, ZibBee, redes Mesh, Radiofrequncia e redes

celulares (GRPS).

A escolha de uma delas depender de uma srie de fatores, como topologia,

preo, disponibilidade, alcance e viabilidade. Uma mesma concessionria dever

fazer uso de mais de uma tecnologia, j que existem reas de concesso extensas e

com grande variedade de terrenos e classes consumidoras.

Umas das mais importantes decises a respeito da comunicao de dados

a escolha do protocolo. O uso de um protocolo proprietrio e fechado poderia causar

aumento nos preos e falta de competio no setor. Portanto, um protocolo pblico

seria mais adequado para garantir a competio e a utilizao de equipamentos de

vrios fabricantes sem necessidade de mudana na contratao de servios de

comunicao de dados.

Para que o conceito de redes inteligentes seja totalmente viabilizado,

necessrio que essa comunicao seja feita em duas direes da concessionria

para o cliente e vice-versa. Funes como a suspenso e religao de fornecimento

remotas, envio de informao sobre consumo em tempo real e postos tarifrios

vigentes dependem dessa comunicao bidirecional.

Quando os diversos sistemas e seus componentes possuem a habilidade de

operarem em conjunto, alcanamos o conceito de interoperabilidade. Ela permite a

25

integrao, o funcionamento cooperado e a comunicao bidirecional entre os vrios

elementos interconectados do sistema eltrico. Para que seja efetiva, dever ser

estruturada uma padronizao de interfaces, protocolos e outros elementos de

interconexo.

H a necessidade de que os softwares dos equipamentos possam trocar

informaes entre si, com capacidade de ler e escrever arquivos com formatos iguais

e usar o mesmo protocolo.

A questo da interoperabilidade poder ter impacto na economia, uma vez

que a sua inexistncia poder criar monoplios. Por isso, muito importante que o

Governo encoraje a criao de padres abertos ou pblicos para difundir a

competio no mercado.

3.3 SENSORIAMENTO

A instalao de sensores ao longo de todo o sistema de distribuio de

energia eltrica outro passo para que a rede se torne realmente inteligente. A auto-

recuperao, uma das responsveis pela diminuio de clientes atingidos por faltas

de energia, beneficiada com o sensoriamento da rede. Os sensores so

responsveis por enviar as informaes para a central de controle da concessionria

e prover dados para a tomada de deciso dos operadores da rede. A automatizao

ser uma realidade e o religamento de reas no afetadas poder ser feito mais

rapidamente, eliminando o desconforto dos usurios e aumentando a receita.

3.4 COMPUTAO

O processamento dos dados recebidos por todos os equipamentos da rede ir

aumentar substancialmente, por isso, torna-se necessrio que os centros de controle

das distribuidoras sejam capazes de transform-los em informaes teis para os

operadores.

Muitos dados disponveis podem tornar confusa a leitura e a deciso pode ser

equivocada e piorar as condies da rede. No h dvida de que um filtro

necessrio.

26

4 ESTADO DA ARTE

H alguns anos vem-se debatendo no Brasil o tema Smart Grid. Vrios

seminrios e eventos tm reunido fabricantes, concessionrias, pesquisadores,

universidades e entidades governamentais para discutir o assunto. O objetivo desses

eventos a disseminao do conceito de redes inteligentes, j que um tema muito

abordado em todo o mundo.

O que se busca com as redes inteligentes nada mais do que levar a

tecnologia para o setor eltrico, que um segmento de fundamental importncia para

todos os pases, mas que teve pouco desenvolvimento nas ltimas dcadas, ao

contrrio de outras reas como telecomunicaes. bem verdade que a topologia do

sistema no permite muitos testes e isso dificulta a implantao de tecnologias, uma

vez que os consumidores no gostariam de ter seu fornecimento interrompido por

conta de mudanas experimentais na rede.

Contudo, a demanda que est se vislumbrando sinaliza que uma mudana

nos padres de fornecimento e uso da energia eltrica tornou-se fundamental.

Por isso, faz-se necessria uma mudana de relacionamento entre o

consumidor e a concessionria, visando a um gasto eficiente e a um servio de

qualidade. Hoje, utiliza-se a energia com pouco controle e conhecimento do perfil do

uso. O consumidor tem uma nica informao de seu consumo quando recebe a

fatura da energia e possui pouco incentivo para o uso racional desse bem.

Pelo lado do servio prestado, as concessionrias precisam de mais

ferramentas para melhorar o atendimento. inconveniente que ela necessite de um

chamado do cliente para perceber uma falta de energia, que demore dias para ligar

ou religar uma unidade, que s possa faturar o consumo de uma nica forma e com

um nico preo para a classe residencial, que tenha porcentagens de perdas, sejam

tcnicas ou no-tcnicas, em nveis elevados.

Mas, afinal, como o conceito de redes inteligentes pode mudar esse cenrio?

Quando se fala em fornecimento de energia eltrica, logo se pensa em trs

setores: gerao, transmisso e distribuio. De uma forma geral, imagina-se a

eletricidade sendo gerada em grandes usinas, passando por extensas linhas de

transmisso at chegar aos grandes centros de carga e depois sendo conduzida aos

consumidores pela distribuio.

27

Agora, vamos imaginar uma gerao de energia j prxima do centro da

carga, ou mesmo sendo produzida pelo consumidor. Isso iria simplificar o processo.

No se prope que um sistema substitua o outro, algo praticamente impossvel, mas

sim como complementares. Essa a diferena que surge quando se implementa uma

rede inteligente: a capacidade de agregar.

As fontes de energia limpa, como elica e solar, so tambm intermitentes.

Por isso, sua integrao rede se torna complexa. Nesse ponto, as tecnologias que

podem ser agregadas rede so de fundamental importncia para a introduo desse

tipo de gerao. E estamos falando no apenas de grandes parques geradores, mas

tambm de microgeraes, que podero atender prdios, bairros ou mesmo

pequenas cidades, sempre no sentido de complementar os grandes blocos de

energia.

Essa integrao dever ser completa, possibilitado a participao de todos os

agentes do setor.

A Figura 4.1 ilustra esse novo conceito de integrao.

Figura 4.1: Conceito de integrao Smart Grid. (Fonte: Apresentao da IBM ao GT - Adaptada)

A Figura 4.2 ilustra uma topologia de rede inteligente.

28

Figura 4.2: Topologia de Rede Inteligente. (Fonte: Apresentao da Center Point ao GT - Adaptada)

No Brasil, o segmento de transmisso encontra-se em estgio mais

desenvolvido, mas ainda podero ser implantadas novas tecnologias, como PMU

Phasor Measurement Units , tambm chamados de sincrofasores. Portanto, no

segmento da distribuio que maiores esforos precisam ser concentrados.

Como vimos na Figura 4.2, o medidor inteligente ir interligar a casa ou ponto

comercial ao restante da rede. O primeiro ponto de recepo desses dados ser o

concentrador. Ele pode receber informaes de um grande nmero de medidores e,

ento, envi-las para pontos de retransmisso como torres, e destas, para

subestaes ou outros pontos, para depois serem transmitidos para os centros de

controle da distribuio.

Fontes de energia podero ser conectadas s redes, como o veculo hbrido

plugin e os painis fotovoltaicos. Com isso, alm de suprir a demanda do consumidor,

o excedente poder ser ofertado ao sistema, criando um novo agente comercializador

de energia.

Dentro das residncias tambm teremos novidades. Ao se criar uma rede

domstica centrada no medidor, vrios servios podero ser oferecidos e haver um

novo relacionamento entre cliente e concessionria, bem como uma nova relao

entre o consumidor e seu uso da energia.

29

Na Figura 4.3, podemos observar um esquema de como podem interagir

diferentes equipamentos dentro desse novo conceito.

Figura 4.3: Rede Inteligente dentro das residncias. (Fonte: Apresentao da Center Point ao GT - Adaptada)

Geralmente, tem-se usado a tecnologia ZibBee. Todo equipamento com esse

tipo de conexo poder se comunicar com o medidor, transmitindo e recebendo

informaes e comandos.

Se o consumidor permitir, a concessionria ter a capacidade de controlar a

carga dentro de cada residncia, como, por exemplo, regular a temperatura de

aparelhos atravs dos termostatos inteligentes, ou, at mesmo, ligar e desligar

cargas. Dessa forma, as concessionrias podero limitar a demanda e evitar

sobrecargas nas redes.

Outra forma de limitar os picos de demanda a tarifao diferenciada por

postos horrios. Como o medidor pode registrar o consumo em diferentes perodos ao

longo do dia, podero ser aplicadas maiores tarifas em horrios de maior

concentrao de demanda, evitando que muitos consumidores usem a energia ao

mesmo tempo, aliviando o sistema.

Como vimos, os projetos desenvolvidos nos diversos pases tiveram

motivaes diversas: modernizao do parque eltrico, viabilidade de implantao de

microgerao, reduo de perdas tcnicas e comerciais, expanso das fontes

renovveis, eficincia energtica e eficincia dos processos de distribuio,

desenvolvimento econmico, dentre outros. Para o programa brasileiro deve-se

30

encontrar com clareza sua motivao e sobre ela desenvolver as polticas

necessrias para sua implantao.

A Figura 4.4 apresenta, de uma forma geral, diversas reas e atores de

mercado que podero compor a estrutura de um programa brasileiro de redes

inteligentes. A base sustentada pela poltica governamental, que dar suporte ao

desenvolvimento do programa com definio de diretrizes. Na sequncia da cadeia

so elencados temas que devem ser considerados: regulao e a financiamento,

mudana na infraestrutura, evoluo da cadeia de negcios, revoluo dos servios e

impactos no mercado e nos usurios.

Figura 4.4: Estrutura de Governana em Smart Grid.

4.1 MEDIDOR INTELIGENTE

um dos componentes principais de todo o sistema. Ele o responsvel pela

maioria das tarefas em uma rede inteligente. Capaz de processar dados e enviar

comandos para vrios outros equipamentos, permitindo a integrao de toda a cadeia

de fornecimento.

Alm de medir o consumo em intervalos programados, o medidor inteligente

se utiliza de uma combinao de tecnologias, como sensores de tempo real,

notificao de falta de suprimento e monitoramento da qualidade da energia.

USURIOS

MERCADO

Revoluo Servios

EVOLUO DA CADEIA DE NEGCIO

INFRAESTRUTURA

FINANCIABILIDADE REGULAO

POLTICA GOVERNAMENTAL

(Diretrizes, Plano de Governo)

31

Uma de suas maiores vantagens que ele possui comunicao bidirecional,

podendo receber e enviar dados. Vrias tecnologias podem ser usadas para tal, como

ZibBee, PLC, rede Mesh, GRPS, entre outras.

No Brasil, a ANEEL instaurou a Audincia Pblica no 043/2010 para discutir o

modelo de medidor a ser instalado nas residncias e estabelecimentos comerciais e

industriais atendidos em baixa tenso. Pela minuta levada ao debate na Audincia, as

grandezas medidas devero abranger, no mnimo, a energia ativa, a reativa e a

tenso de fornecimento. Como funcionalidades, a Agncia prope que os medidores

possam registrar o incio e a durao das interrupes, apurar DRP Durao

Relativa da Transgresso de Tenso Precria e DRC Durao Relativa da

Transgresso de Tenso Crtica , registrar at quatro postos tarifrios, alm de

outras a critrio de cada concessionria.

Ainda no mbito da Audincia, foi proposto um sistema de comunicao que

tenha capacidade de comunicao bidirecional, fazer leituras, suspenso e religao

do fornecimento remotas. Foi proposto que sejam disponibilizadas ao consumidor as

informaes relativas ao consumo de energia eltrica ativa e reativa, alm dos dados

sobre a continuidade do fornecimento. Outra proposta que deve ser informada a

identificao do posto tarifrio corrente.

4.2 SISTEMAS DE COMUNICAO

Inmeras tecnologias esto disponveis no mercado para a transmisso de

dados entre a unidade consumidora e os centros de operao das concessionrias. A

escolha dever se basear na necessidade de confiabilidade, segurana e

disponibilidade de cada servio oferecido.

O tipo de operao a ser executada tambm outro quesito que vai pesar na

escolha desse servio. Aqueles considerados crticos, como controle e operao de

chaves devero exigir uma infraestrutura mais robusta e disponvel, sem apresentar

gargalos de transmisso e com resposta rpida e eficiente. Outras operaes, como

leituras, podero utilizar sistemas pblicos, nos quais no h urgncia de obteno

dos dados.

Podemos observar quatro camadas na rea de telecomunicaes: HAN

Home Area Network , LAN Local Area Network , RAN Regional Area Network

e WAN Wide Area Network. Cada uma correspondendo a um trecho no qual as

informaes devero trafegar. Por causa disso, vislumbram-se algumas necessidades

32

como: prioridade, disponibilidade, latncia, conectividade, segurana e custo de um

sistema prprio.

A HAN abrange a residncia e no dever apresentar grandes entraves na

questo da comunicao de dados. Podem ser usadas as tecnologias Wireless, como

ZibBee, ou mesmo a PLC.

LAN e RAN cobrem as informaes concentradas nos diversos medidores.

Uma tecnologia com maior capacidade de transmisso requerida. Para a WAN, o

ideal o uso de fibras ticas. Tambm conhecido como Backbone, essa a fase final

do transporte de informaes.

O emprego de tecnologias consagradas e de novas tecnologias de

telecomunicaes para atendimento das diversas aplicaes proporcionadas pelas

redes inteligentes considera alm do aspecto regulatrio, tambm o custo, a

viabilidade tcnica, o mercado e a confiabilidade.

Aplicaes que demandam transmisso de taxas de dados elevadas e que

utilizam como suporte sistemas de telecomunicaes baseados em redes sem fio

podem caracterizar uma situao de uso faixa de frequncia exclusiva, justificada por

requisitos como exigncia de alto nvel de confiabilidade e indisponibilidade de

recurso.

A partir de justificativas dessa natureza e das polticas pblicas para o setor

de energia, considerando a implantao do Smart Grid no Brasil e a eventual

necessidade de destinao de recursos de espectro, ser estudada em conjunto com

a ANATEL a apresentao de proposta de um modelo regulatrio que atenda aos

requisitos tcnicos para a aplicao desejada.

Um ponto que tem ganhado destaque nas discusses em todo o mundo a

questo da segurana da informao. Afinal, dados sobre hbitos de todos os

consumidores estaro trafegando pelas redes. Alm disso, uma atuao de um

hacker poderia desligar um medidor ou mesmo interferir nos comandos de

subestaes ou religadores.

Segundo relatrio da Pike Reserch, cerca de 15% de todo o investimento em

redes inteligentes ser destinado a essa rea nos prximos cinco anos. O fato de a

rede estar mais interligada aumenta a possibilidade de ataques.

33

4.3 INTEROPERABILIDADE

a capacidade de o sistema se comunicar de forma transparente com outro

sistema. Por isso, recomendvel que eles trabalhem com padres abertos de

comunicao.

O uso de protocolos comuns entre vrios equipamentos uma condio

desejvel para que se obtenha uma maior competitividade no setor. Os padres

proprietrios sempre trazem consigo uma elevao nos preos e criam monoplios

que so prejudiciais modicidade tarifria.

O National Institute of Standards and Technology - NIST vem trabalhando

no sentido de que protocolos internacionais j existentes venham a ser utilizados nas

redes inteligentes. Por isso foi criado um Painel para Interoperabilidade das Redes

Inteligentes. Ele integrado por setores do governo, comits de padronizaes,

grupos de trabalhos, equipes de aes prioritrias. Todos trabalhando em conjunto

objetivando as melhores solues para que se garanta a interoperabilidade da rede

(3).

4.4 GERAO DISTRIBUDA E ARMAZENAMENTO

Um dos motivadores para o avano dessas duas reas a questo

ambiental. A preservao do meio ambiente com a diminuio do uso de fontes de

energia a base de combustveis fsseis est cada vez mais presente na pauta de

governos de diversos pases.

As fontes de gerao elica e solar tm encontrado espao para avanos

cada vez mais significativos. Pases como Alemanha e Dinamarca alcanam

percentuais de 20% da matriz pertencente a essa categoria. O estado americano do

Texas j comeou a implantao de um parque elico de cerca de 20 GW,

demonstrando o incentivo do governo americano para tornar sua matriz energtica

mais limpa at 2020 (4).

Para amenizar a intermitncia desse tipo de gerao, avanos no

armazenamento de energia esto sendo conquistados. Um pas que trabalha

fortemente nessa rea o Japo. Devido a grandes restries de construo de

novas usinas, o governo japons trabalha para promover a eficincia energtica e a

34

pesquisa em novas baterias capazes de armazenar grandes quantidades de energia a

preos mais satisfatrios.

A utilizao em larga escala de painis fotovoltaicos em residncias e

estabelecimentos comerciais pode levar a uma nova forma de gerao de energia

eltrica. As redes inteligentes tero capacidade de receber energia proveniente

desses painis, criando uma nova forma de comercializao da energia. O

consumidor deixaria de apenas pagar pela energia gasta, mas assumiria papel de

vendedor, na medida em que o excedente seria repassado rede.

A definio de quanto isso poderia custar uma questo de poltica pblica.

Vrios pases remuneram essa venda com tarifas que podem chegar a trs vezes o

valor da energia que consumida; em outros, apenas se faz a contabilizao do

consumo e da venda, tendo os dois o mesmo valor de faturamento.

A conexo desses novos agentes rede pode ser um empecilho para a

difuso dessa forma de gerao. As exigncias de equipamentos de medio e as

dificuldades tcnicas de se garantir a segurana na operao dessa conexo so

entraves que precisam ser vencidos.

Por isso, foi criado um Subgrupo de medio para estudar formas de se

amenizar esses entraves e proporcionar a introduo da gerao distribuda, ou

microgerao, no programa de rede inteligente no Brasil. Os resultados desse estudo

esto no Captulo 6 deste relatrio.

4.5 VECULOS ELTRICOS

A tecnologia de construo de veculos movidos a eletricidade tem evoludo

bastante nos ltimos anos. Existem vrios modelos prontos para a comercializao a

partir de 2011. Os modelos hbridos plug-in, que usam combustvel fssil para acionar

um gerador, aumentando a autonomia, so uma realidade em vrios pases.

O grande desafio para a utilizao em larga escala desses veculos so os

pontos de reabastecimento. Como lidar com uma carga dinmica a ser abastecida

pela rede eltrica ainda um problema a ser resolvido.

Esse um ponto que merece mais estudos, uma vez que no houve tempo

hbil para se aprofundar no tema.

Todo esse arcabouo de mudanas demanda investimentos. O baixo

consumo per capita e a grande quantidade de consumidores de baixa renda podem

ser um entrave para a implantao de nova rede de energia.

35

Torna-se necessrio que fontes de investimento estejam disponveis com

linhas diferenciadas a juros baixos. A tarifa no suporta a criao de encargos,

portanto a utilizao dos fundos existentes pode ser uma alternativa vivel.

Trata-se de uma tarefa que transcende um setor. Inmeros setores estaro

envolvidos nessa transio de uma rede de energia tradicional para outra nova e com

recursos mais abrangentes, capazes de abarcar as tecnologias modernas, com

introduo de gerao limpa e renovvel.

Os benefcios no se limitaro rea de energia eltrica, estendendo-se

tambm indstria e criao de empregos, ajudando a manter a economia

aquecida, na trilha do crescimento sustentvel.

4.6 VIABILIDADE TECNOLGICA

Quando se fala em mudana tecnolgica, logo vem mente a relao custo-

benefcio. Para mudar as redes de distribuio, as concessionrias precisaro fazer

investimentos e, consequentemente, devero ser remuneradas.

Por outro lado, a Agncia Reguladora trabalha para garantir a modicidade

tarifria e reconhece apenas os investimentos considerados prudentes.

Essa equao precisa ser solucionada. Entende-se que um passo seria a

coleta de informaes em projetos pilotos no Brasil e exterior, alm de definir as

fontes de recursos destinadas implantao da tecnologia.

Esses caminhos podem ajudar a estimar o custo-benefcio dessa mudana.

Nesse sentido, alguns estudos foram desenvolvidos pelo Subgrupo de Estudos

Econmicos, e os resultados so apresentados no Captulo 7.

Alguns benefcios so de difcil quantificao, como, por exemplo, a melhora

na qualidade da energia, o efeito da diminuio da interrupo de fornecimento na

economia e a satisfao do consumidor em ter um servio mais rpido e eficiente

prestado pela distribuidora.

4.7 REGULAO E LEGISLAO

O aumento da quantidade de informaes sobre o consumo ir beneficiar e

facilitar o trabalho da regulao. Um dos primeiros ganhos a diminuio da

assimetria de informaes percebidas pela Agncia Reguladora.

36

A maior disponibilidade de dados decorrente da implantao de redes

inteligentes tem consequncias positivas sobre as atividades da distribuidora, sobre a

interao do consumidor com o servio prestado, assim como tambm sobre o

regulador, visto que auxilia a diminuio da assimetria de informaes em relao aos

agentes regulados. Esta ltima consequncia tem reflexos positivos sobre as

atividades de desenvolvimento da regulao e execuo da fiscalizao.

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