Promovendo Mudanças Positivas

1. Usinas Promovendo Mudanças Positivas

Um dos temas em alta da atualidade se dá pela necessidade de se reciclar todo o lixo produzido com a finalidade de se preservar o meio ambiente. Entretanto, faz-se necessário eliminar desperdícios e melhorar processos de produção de alimentos e de produtos que sejam utilizados no cotidiano das pessoas.

Com a energia elétrica, não é diferente. Os trabalhos atuais buscam alternativas para diminuir o desperdício associado à geração, transmissão e distribuição de energia elétrica. Isto fica bem claro em cidades inteligentes ou Smart Cities.

A ideia é utilizar uma geração de energia distribuída com a finalidade de diminuir perdas associadas aos sistemas de transmissão de energia elétrica, os quais são extremamente suscetíveis a intempéries naturais devido à sua grande extensão e as perdas associadas à construção e implementação dos equipamentos que compõem os grandes sistemas.

Acoplando a ideia de reciclagem de lixo e dos métodos de produção de energia de forma renovável se dá quando se nota que a maior parte da geração de energia vem da queima do papel, da madeira e água. Isto tem causado grandes impactos ambientais devido à necessidade de se desmatar grandes áreas de floresta e de se utilizar grandes reservatórios de água.

2. Distribuição de Energias Renováveis e Gestão de Energia

Os sistemas de distribuição têm passado por grandes evoluções em suas tecnologias devido ao aumento da demanda por energia causada pelo aumento da população, do crescimento econômico e do avanço das tecnologias presentes nas cargas a serem conectadas à rede. Além das mudanças climáticas e nos impactos já causados ao meio ambiente e do crescimento dos sistemas de segurança, os quais cada vez mais dependem do uso de tecnologias que causam grandes impactos ao sistema de potência em que estão inseridos.

Desta forma, uma geração distribuída também requer um sistema de distribuição que consiga atender às novas formas de geração e às novas tecnologias presentes neste sistema.

Para isto, é imprescindível que haja uma preocupação maior com o desperdício e com as novas formas de geração, dado o fato de que os métodos tradicionais de geração já estão encontrando grandes limitações, uma vez que a demanda crescente tem sido fator preponderante para que os sistemas de geração tradicionais passem por grandes desafios no que tange à atender a toda uma população que cresce e necessita cada vez mais de energia elétrica para sustentar seus hábitos, como por exemplo passar mais tempo conectada às redes sociais e fazendo uso de smartphones e computadores em quase toda a duração do dia.

3. Destaques dos Smart Grids e dos Programas do Sistema de Energia

Uma das maiores buscas das empresas tem sido buscar apoios e parcerias para que as tecnologias que envolvem a implementação dos Smart Grids possam ser desenvolvidas de forma sustentável, lucrativa e que permita um menor desperdício nos recursos necessários para se gerar e transmitir a energia gerada a partir dos pontos instalados na carga.

Ainda, é importante ressaltar que, com o avanço dessas tecnologias, faz-se necessária a melhoria nos sistemas de comunicação presentes entre a geração e a distribuição de energia, de forma que qualquer evento que indique falha possa ser reportado aos sistemas de monitoramento em tempo real. Além disso, é importante também que haja a medição dos valores de tensão e corrente presentes na rede, de forma que se possa dimensionar todo o sistema para atender ao que for injetado de potência nesta rede.

Ainda, o gerenciamento da demanda inclui a eficiência da geração de energia, o que torna imprescindível um sistema de comunicação eficiente e a eficiência dos equipamentos também deva ser compatível com a forma que se deseja atender o consumidor.

Desta forma, além da geração, da distribuição de energia e da comunicação entre a geração e distribuição precisarem ser mais eficientes, ainda é importante que haja a interoperabilidade dos sistemas de telecomunicação e o sistema de distribuição responsável por realizar a distribuição de energia pela carga a ser atendida pelo sistema.

4. Redes de Distribuição Ativa Com Integração Total da Demanda e de Geração Distribuída

Um dos maiores desafios que se tem nos dias atuais é o de promover um sistema de distribuição que, além de entregar energia para a carga também receba energia de cargas ativas. Ou seja, as cargas pontuais passam a ser pontos de geração distribuída, de forma que a carga deixe de apenas consumir e passe a gerar energia a partir de pontos ao longo do sistema.

A tecnologia associada aos Smart Grids promove uma carga ativa, de maneira a poder contribuir com a demanda de energia, a qual é cada vez maior devido ao aumento da tecnologia em termos de eletrônicos e em termos de softwares que exigem cada vez mais de hardwares, os quais, por sua vez, passam a necessitar de um maior e mais contínuo fornecimento de energia.

A geração distribuída permite que haja uma maior continuidade no fornecimento de energia, o que garante maior confiabilidade ao sistema de potência. Desta forma, ter cargas ativas na rede permite que a demanda tenha um melhor fornecimento de energia, promovendo, assim, um melhor serviço prestado ao consumidor.

Proposta de Artigo

1. Introdução

A motivação para o trabalho se deu pela escassez de água que ocorre no nordeste brasileiro, em especial, no interior do estado do Piauí. O qual tem passado até pelo risco de cidades serem abandonadas por conta da falta d'água para atividades básicas.

A ideia é desenvolver e apresentar formas de tecnologia que apresentem maneiras de resolver o problema ou que pelo menos proponham uma maneira prática e eficiente de como levar água para as cidades que têm sofrido com este tipo de problema.

2. Metodologia

O trabalho proposto será desenvolvido a partir de pesquisas baseadas no que já foi criado, uma vez que há estudos feitos sobre a maneira de como desenvolver e implementar essas tecnologias, com a finalidade de resolver o problema dos pontos de vista de infraestrutura, social e energético do problema.

3. Recursos Utilizados

Os recursos utilizados serão principalmente as ferramentas de busca e procurar por autores que já têm pensado e desenvolvido soluções para os problemas que a população tem enfrentado no que tange o desenvolvimento social e tecnológico da região.

4. Resultados Esperados

Espera-se que seja possível chegar em contribuições contundentes para que os problemas que a seca tem criado na região sejam solucionados de uma maneira eficaz, econômica e assertiva do ponto de vista social, tecnológico e energético.

Ainda, espera-se deixar um trabalho para que outros autores possam continuar os estudos no futuro afim de propor soluções ou ainda melhorar as soluções já existentes pro problema proposto.

The Smart Grid and Technologies

Chapter 1, The Smart Grid, A Resume

1.1. Introdução

O sistema elétrico desenvolvido para grande escala na transmissão de energia tem em torno de 70 anos de existência. Os sistemas de geração convencionais podem injetar nas redes de transmissão em torno potências da ordem de 100 MW.

Em tese, a energia gerada parte dos sistemas de geração, passa pelos sistemas de transmissão onde a tensão é elevada para valores de alta e extra alta tensão de forma que esta possa ser transmitida para
grandes distâncias, podendo, assim, chegar aos centros consumidores.

Nos centros consumidores, a energia passa por sistemas que abaixam os valores de tensão para que se possa usar esta energia em equipamentos domésticos e que estão na ponta do sistema. Desta forma, é possível perceber que existe um processo e um caminho que passa da geração, segue pela transmissão e chega até a carga pelos sistemas de distribuição.

A partir desta demanda, os sistemas de geração, transmissão e distribuição passaram a necessitar de uma melhor comunicação entre si. Além disso, percebeu-se que havia a possibilidade do que eram chamadas cargas passivas - as quais estavam instaladas normalmente nos sistemas de distribuição - poderiam passar a contribuir com a geração de energia, injetando esta energia remanescente na rede de distribuição diretamente e fazendo, assim, com que houvesse maior confiabilidade no fornecimento de energia elétrica para a carga conectada às redes de distribuição.

Com a entrada dos Smart Grids em operação, fez-se possível haver uma melhor comunicação entre os sistemas de geração, transmissão e distribuição, a fim de tornar mais eficiente a operação do sistemas envolvidos no que tange, principalmente, a transmissão e a distribuição de energia elétrica. Com a melhoria dos sistemas de comunicação entre os sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia, tornou-se possível um melhor monitoramento das condições de operação dos sistemas, baseados em dados analisados praticamente instantaneamente, de forma que eventos indesejáveis pudessem ser previstos e também pudessem ser extintos com um menor tempo de delay dos sistemas de proteção, além de possibilitar quantizar de maneira cada vez mais clara o quanto de energia tem sido fornecido, o quanto se recebe e o quanto se perde em meio aos sistemas citados até aqui.

Entretanto, os Smart Grids ainda representam um grande desafio para os sistemas elétricos de potência, dado ao fato de o sistema tradicional já estar em operação a mais de 70 anos, como mencionado acima, e os Smart Grids serem uma tecnologia que ainda não pôde ser implantada de forma contundente, dado o tamanho da demanda e do sistema já implementado e em operação. Ainda, é importante ressaltar que não é possível se realizar grandes alterações na topologia do sistema de forma que este sofra mudanças bruscas e isso não é possível pelo fato de que não há mais a possibilidade de pausar a operação para se instalar a nova tecnologia.

Ainda, também é importante ressaltar que os Smart Grids ainda estão fora dos interesses dos grandes investidores, o que barra de certa forma a implementação destes sistemas na rede. Isso faz com que haja um grande entrave no desenvolvimento de uma rede inteligente devido à dificuldade de se implementar sistemas inteligentes que permitam que a rede funcione de forma mais inteligente, mais eficiente e que possa ser mais flexível no sentido de permitir que novas fontes de energia sejam acopladas a rede, oferecendo contribuições para a geração de energia, fazendo com que esta geração seja dada de forma distribuída e permitindo, assim, que haja menores perdas devido aos sistemas de transmissão e já colocando diretamente na rede de distribuição a energia gerada nos pontos de carga, deixando assim o estado de carga passiva e passando a ser uma carga ativa no sistema.

1.2. Por Que Implementar os Smart Grids Agora?

Existem muitos motivos para se implementar os Smart Grids agora, porém, para fins mais didáticos, destacam-se 5 principais motivos, os quais serão expostos a seguir.

1.2.1. Envelhecimento do Sistema e Falta de Capacidade dos Circuitos Já Existentes

Em muitos países, os sistemas de potência se desenvolveram rapidamente a partir da década de 50. Isso, para os dias de hoje, mostra que há um sistema de potência bem envelhecido, o que impossibilita o acoplamento de novas tecnologias em muitos casos.

Porém, há uma grande necessidade de que se haja a instalação de sistemas que permitam uma melhor flexibilidade do sistema já implementado, uma vez que cada vez mais tem se explorado o uso de energias renováveis e que há também uma maior necessidade de se acoplar essa energia aos sistemas de transmissão e distribuição de energia, para que haja uma maior confiabilidade no fornecimento de energia para as cargas, inclusive cargas especiais como hospitais, por exemplo.

Desta forma, nota-se que há uma necessidade imediata na implementação dos Smart Grids na rede, devido à necessidade de se aprimorar as condições operativas do sistema que já existe e que, de forma prática, possa haver uma melhor eficiência na operação do sistema de potência já implementado. 

1.2.2. Restrições Térmicas

As restrições térmicas se apresentam quando há grandes valores de corrente, as quais costumam estar presentes nos sistemas de transmissão, em particular. Normalmente, correntes de grande intensidade podem gerar a dissipação de grandes quantidades de calor e, este calor, faz com que o isolamento dos equipamentos acoplados a rede sofram danos consideráveis, fazendo, assim, com que estes equipamentos apresentem uma menor vida útil devido à esse sobreaquecimento.

Ainda, valores altos de correntes pode fazer com que os sistemas de proteção atuem, devido ao fato destes entenderem que há algum desequilíbrio nas correntes presente no sistema, causando assim o desligamento do sistema e comprometendo a confiabilidade do sistema.

1.2.3. Restrições Operacionais

Todo o sistema já existente foi projetado para operar com as suas fases equilibradas, ou seja, com defasagem angular de 120° e módulo das tensões das fases exatamente iguais, porém, é praticamente impossível que haja uma condição tão específica e tão particular como esta. Em outras palavras, o sistema foi projetado para funcionar com tensões e a frequência definidas, o que não se pode garantir durante a operação do sistema.

Isto implica no fato de que, sobretensões podem levar os equipamentos a sofrerem curto-circuitos e valores baixos de tensão podem provocar mal funcionamento dos equipamentos conectados à rede. Logo, é necessário que se haja tecnologias que permitam que o sistema garanta estas condições para o funcionamento de toda a carga acoplada a ele, ou seja, é necessário que se haja limites de tensão e frequência que não serão prejudiciais aos equipamentos

Desta forma, nota-se que o sistema tem oferecido restrições operacionais para a operação de cargas que tem se modernizado cada vez mais, fazendo com que haja mais ainda a necessidade de se instalar um sistema que permita que a rede se torne mais eficiente e mais inteligente.

1.2.4. Segurança do Fornecimento

Atualmente, a sociedade está cada vez mais conectada pelas redes sociais e pelos equipamentos que cada vez mais necessitam de fornecimento de energia constante. Atualmente, tem sido desenvolvida a tecnologia para os carros elétricos, celulares cada vez mais modernos e sistemas de comunicação que funcionam com um sistema de alimentação cada vez mais autônomo.

Em suma, uma das maiores necessidades da atualidade está em garantir que haja um fornecimento contínuo de energia para que os equipamentos mantenham as pessoas realizando suas tarefas a qualquer hora do dia.

Desta forma, mais uma vez, faz-se necessário haver um sistema que torne a rede mais inteligente e mais confiável, de maneira a permitir que estes equipamentos possam sempre ser alimentados devidamente e possam ter seu funcionamento garantido por um sistema de rede inteligente. 

1.2.5. Iniciativas Nacionais

Nos dias atuais, todos os países desejam possuir um sistema confiável e inteligente, de forma que sua população possa contar um fornecimento de energia que atenda as necessidades das pessoas de forma a garantir uma maior produtividade em suas ocupações e em seus momentos de lazer também.

Um sistema inteligente garante que o país possa ter sistemas de apoio mais eficientes para as pessoas, como por exemplo, garantir que hospitais funcionem de forma contínua e sem interrupções. Também, é possível garantir que os órgãos de segurança possam desempenhar sua função sem maiores problemas devido ao mau funcionamento do seu sistema de potência.

Ainda, com o avanço das fontes de energia renovável, todas as nações têm procurado formas de garantir um sistema mais robusto e que garantam segurança, confiabilidade e estabilidade para atender a demanda de energia que existe por parte da sua população e para que suas tecnologias possam ser desenvolvidas de maneira eficiente e assertiva.

1.3. O Que São Smart Grids?

Existem algumas definições de Smart Grids, assim, não há uma definição exata do que são os Smart Grids. De uma maneira geral, Smart Grids são definidos como uma combinação de várias tecnologias, soluções e endereços para o usuário final de maneira que a rede possa oferecer energia elétrica através da combinação de maneiras de geração a partir de pontos da carga que deixam de serem pontos de cargas passivas para serem cargas ativas.

De qualquer forma, existe mais de uma definição de Smart Grids, o que não torna tão clara a definição deste tipo de tecnologia.

Smart Grids for Smart Cities

Um resumo: Smart Grid, An Introduction

Pontos Relevantes Acerca dos Smart Grids

Muito tem se falado em sistemas de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica que são inteligentes, ou seja, sistemas que têm autonomia para entender e poderem operar em situações de contingência, por exemplo.

Entretanto, sistemas que atuem apenas em situações de emergência, a longo prazo, passa a ser uma limitação dos sistemas, dado que a evolução dos sistemas de proteção tem sido cada vez mais preponderante para diagnosticar situações de interrupções ocasionadas por diversos motivos.

Desta forma, a tecnologia implementada em sistemas elétricos tem apontado para um destino que faz com que a rede em que esses sistemas estão acomodados precisem de um arranjo novo, uma vez que foi perceptível a possibilidade de fazer com que se houvesse geração de energia a partir da carga que os grandes sistemas devem alimentar.

Assim, pode-se definir Smart Grids como sendo redes inteligentes em constante evolução, uma vez que redes inteligentes significa dizer que os equipamentos são dispostos de forma a melhorar a operação,
manutenção e as condições da rede de maneira que esta possa atuar de forma autônoma e eficiente dentro dos sistemas onde estas redes estão instaladas.

Desta maneira, pode-se listar algumas vantagens dos Smart Grids, como por exemplo:

•  Assegurar a confiabilidade a graus maiores impossíveis em outros tempos;
• Tornar a manutenção mais acessível;
• Reforçar a competitividade global;
• Acomodar totalmente fontes de energia renováveis e fontes de energia tradicionais;
• Reduzindo potencialmente o rastro de carbono;
• Introduzir avanços e métodos mais eficientes ainda a serem imaginados.

Importância dos Smart Grids Para Sistemas Elétricos

Primeiramente, a rede que acomoda o sistema elétricos é compara à rodovias, as quais transportam energia por suas linhas de transmissão ao longo do trajeto entre a geração e a carga. Ainda, com o passar dos anos, fontes de energia renovável têm sido conectadas à rede principal, fazendo com que haja mais pontos de geração de energia. Dois fatos relevantes são a expansão do uso da energia elétrica oriunda dos ventos, através dos parques eólicos e das redes de geração de energia solar, as quais têm sido cada vez mais utilizadas como pequenos sistemas de geração presentes nas casas.

Deste modo, as redes inteligentes permitem que haja geração de energia em pontos onde, até tempos atrás, só haviam cargas passivas, ou seja, cargas que apenas drenassem energia da rede e não contribuíssem com a geração. Desta maneira, cada dia se faz necessária uma rede que suporte uma carga que tem deixado de ser passiva e passado para o status de carga ativa, justamente por se permitir que esta carga possa gerar energia, a qual pode ser injetada na rede, permitindo assim que haja pontos de geração distribuída ao longo de todo o caminho da transmissão.

Projeções Futuras dos Smart Grids

Ao longo do tempo, os Smart Grids serão tecnologias tão comuns quanto os e-mails, telefones celulares entre outras que, hoje em dia, é praticamente impossível qualquer pessoa se imaginar sem acesso. Nessa questão ainda há uma comparação entre os sistemas de tecnologia e os sistemas elétricos nos dias de hoje.

Ainda, há quem diga que, se Alexander Graham Bell voltasse no tempo hoje, ele não reconheceria os telefones dos dias de hoje, dada tamanha tecnologia que os telefones possuem hoje. Ao passo que, se Thomas Edison voltasse no tempo e visse os nossos sistemas de transmissão e distribuição, ele se sentiria entre contemporâneos e perceberia o mesmo sistema projetado por ele ainda está em vigor e com a mesma simplicidade para atender cargas cada vez mais complexas.

Também é possível se fazer uma projeção do sistema elétrico no futuro, porém já é quase impossível imaginar um sistema que atenda a toda a demanda futura por energia elétrica sem a presença dos Smart Grids, uma vez que a intenção é coordenar todos os pontos de geração dentro do sistema de forma a aumentar a autonomia e a eficiência das redes que são responsáveis por transmitir energia até os centros consumidores.

Contudo, o aumento da demanda futura já é perceptível nos dias de hoje. Um reflexo é a necessidade de se desenvolver um sistema que possa gerenciar todos os eventos que incluam a geração distribuída ao longo dos sistemas de transmissão e distribuição, além de contribuir com o sistema de geração tradicional.

É importante ressaltar que é imprescindível o uso dos Smart Grids nas redes devido ao fato deste tipo de tecnologia garantir a operabilidade do sistema, o que, em condições primitivas, pode causar interrupções, prejudicando assim o sistema em termos de operação.

O Conceito de Smart Cities

Em resumo, Smart Cities são cidades inteligentes, onde suas cargas passem a ser cargas ativas e não mais cargas passivas, ou seja, as cargas passam a gerar energia para o sistema, injetando, assim, potência na rede de forma a permitir que haja maior confiabilidade, mais eficiência e uma melhor operabilidade do sistema.

Desta forma, entende-se que as Smart Cities são aquelas onde os sistemas de distribuição são autônomos e são capazes de promover uma melhor operação do sistema, assim é possível se fazer com que as cidades como um todo passem a ser geradoras de energia e injetar a energia remanescente na rede, atendendo, possivelmente, as cidades que possam sofrer com problemas no fornecimento de energia.

Além disso, este tipo de tecnologia permite que não haja grandes perdas em termos econômicos, uma vez que este tipo de tecnologia passa a promover uma grande economia de recursos devido a menores prejuízos, os quais são oriundos de problemas devido à incompatibilidades e justamente pela falta de flexibilidade no que se refere à operabilidade em conjunto da rede.