Médidores inteligentes, Teses (TCC) de Engenharia Elétrica

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Salvador 2021

GISELE DE MELO ALMEIDA

SMART GRID

MEDIDORES INTELIGENTES

SALVADOR

SMARTY GRID

MEDIDORES INTELIGENTES

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado à UNIME, como requisito parcial para a obtenção do título de graduado em Engenharia Elétrica. Orientador: Marcelo Brasil

GISELE DE MELO ALMEIDA

Dedico este trabalho a minha mãe que não pode ter uma graduação superior, mas fez todo o possível para que eu chegasse aqui.

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiro a Deus por ter me mantido na trilha certa durante este projeto de pesquisa com saúde e forças para chegar até o final. Sou grato à minha família pelo apoio que sempre me deram durante toda a minha vida. Deixo um agradecimento especial ao meu orientador pelo incentivo e pela dedicação do seu escasso tempo ao meu projeto de pesquisa. Também quero agradecer à Universidade UNIME e a todos os professores do meu curso pela elevada qualidade do ensino oferecido.

ALMEIDA, GISELE DE MELO. Smart Grid : Medidores inteligentes. 2021. 25. Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia Elétrica – UNIME, Salvador, 2021. RESUMO Já é habitual concluir que sempre que o adjetivo smart vem antes de um substantivo, o conceito em questão refere-se a algo inteligente, uma tecnologia que terá o objetivo de realizar uma atividade mais rápida e melhor. No ramo da energia elétrica, é comum o uso do termo Smart Grid, onde a tradução literal para o português seria redes inteligentes muitas vezes confundido com o termo Smart City. Há uma variedade de aplicações das tecnologias smart para as redes elétricas. E uma delas será abordada neste trabalho, o uso de medidores de energia inteligentes. Além da definição e diferenciação dos conceitos de Smart Grid e Smart City, serão abordados os desafios para a implementação dos medidores inteligentes de forma mais abrangente a população bem como suas principais desvantagens de vantagens. Todo o trabalho terá como metodologia a pesquisa bibliográfica. Ao final as possibilidas do uso dos medidores inteligentes serão compreendidas. Palavras-chave: Smart City. Smarty Grid. TI. Comunicação.

ALMEIDA, GISELE DE MELO. Smart Grid : Smart meters. 2021. 25. Trabalho de Conclusão de Curso Engenharia Elétrica – UNIME, Salvador, 2021. ABSTRACT It is customary to conclude that whenever the intelligent adjective comes before a noun, the concept in question refers to something intelligent, a technology that will aim to perform a faster and better activity. In the electric power business, the term Smart Grid is commonly used, where the literal translation into Portuguese would be smart grids that are often confused with the term Smart City. There are a variety of applications for smart grid technologies. And one of them will be addressed in this work, the use of smart energy meters. In addition to the definition and differentiation of the concepts of Smart Grid and Smart City, the challenges for the implementation of smart meters in a more comprehensive way will be a population as well as its main disadvantages of advantages. All work will be based on bibliographic research. In the end, as made possible by the use of the smart meters understood. Keywords : Smart City. Smarty Grid. IT. COMMUNICATION.

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

BPLC Broadband Power Line Carrie IoT Internet das Coisas IoE Internet de todas as coisas TI Tecnologias de informação TIC Tecnologias de informação e comunicação

SUMÁRIO

• Figura 1 – Diferenças entre uma rede smart e uma tradicional
• Figura 2 – Fundamentos das redes inteligentes
• Figura 3 – Articulação dinâmica do macroeconômico, multissetorial e setorial
• Figura 4 – Conceito Multi-Utilities Integrado.............................................................2
• 1. INTRODUÇÃO
• 2. SMART GRID, ESTRUTURA E FUNDAMENTOS
• 3. SMART GRID E SEUS DESAFIOS
• 4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS MEDIDORES INTELIGENTES
• 5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
• REFERÊNCIAS

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2. SMART GRID, ESTRUTURA E FUNDAMENTOS A partir da década de 90, tecnologia e espaços urbanos estão se relacionando devido ao advento da informática. Diversos estudos foram feitos desde então, o que resultou em uma gama de nomenclaturas para definir os espaços urbanos que fazem uso de ferramentas tecnológicas como meio de intervir na dinâmica da cidade; “cidade virtual”, “cidade digital”, “ cyber cidades” e “ smart city ” são exemplos (AURIGI, 2005 ). Uma possibilidade de aplicação do conceito de smart city é quando há o aproveitamento dos dados adquiridos pelas ferramentas tecnológicas para auxílio da gestão pública (LEMOS, 2013). Logo, é de conhecimento geral que as tecnologias smart refletem a conexão das inúmeras técnicas e ferramentas das engenharias, meios de comunicação e computação (BENICIO,2018). Subtemas voltadas para as preocupações ambientais, surgiram a partir da popularização da concepção ideológica das cidades inteligentes, como por exemplo sustainable smart city , que designam cidades com preocupação de cunho ambiental (BIBRI; KROGSTIE, 2017), ou smart grid, quando o foco é a otimização da energia e seus recursos (BOCUZZI,2012). A tradução literal para smart grid seria, redes inteligentes. De acordo com Fan (2013), essa rede visa a integrar ações de usuários conectados, fazendo uso de TICs para otimizar o consumo de energia. Contudo é necessário estabelecer padrões, policias de regulamentação além do desenvolvimento tecnológico. Os quatro mecanismos considerados por Fan (2013), para que as redes inteligentes de fato contribuam significativamente para melhorar os níveis de uso da energia são: feedback de energia aos usurários (consumo de energia assertiva, atrelado a conhecimento dos preços aplicados em tempo real); informação de consumo para as construtoras de edificações (otimização dos recursos utilizados durante a obra); microgeração distribuída (fontes renováveis como eólica e solar); resposta em tempo real às demandas com estratégias para redução da demanda de pico em horários específicos, através de equipamentos que podem armazenar energia). Na prática, uma smart grid deve ser uma rede elétrica que otimizará toda a cadeia energética, ou seja, geração, distribuição e consumo de energia elétrica através da aplicação de tecnologias de informação e comunicação dentro da rede, levando-a a um nível maior de confiabilidade, sustentabilidade e inteligência. Além de

15 ser possível aos usuários agirem remotamente. Fariniuk (2017) revela que devido ao seu elevado nível de tecnologias envolvidas, uma série de benefícios ao sistema elétrico, a concessionária de energia e sobretudo ao cliente (consumidor final) são agregados tanto na visão energético quanto financeira. Em geral, a estrutura de comunicação de uma smart grid quando esta atua exclusivamente com sistema de automação de alta performance e disponibilidade, pode ser usada para conectar dispositivos de utilities , cidades e unidades consumidoras. Aparelho de iluminação pública, borne de recarga de veículos elétricos ou híbridos, sistema de coleta de lixo e semáforos inteligentes, botões de pânico, medidores inteligentes de água, gás ou energia, são exemplos desses dispositivos (TOLEDO; ARAUJO; SILVA, 2018). De acordo com Toledo, Araujo e Silva (2018) os custos de implementação atrelado às telecomunicações podem ser reduzidos, outro ponto é que a infraestrutura existente pode agregar benefícios nos quesitos de interoperabilidade, devido ao baixo tempo dispendido com a instalação e conexão aos dispositivos. A interoperabilidade permite a automação de processos e serviços sinérgicos entre empresas diferentes. Isso é possível devido a Internet das Coisas (IoT), que permite que as descobertas feitas por cada empresa possa ser compartilhado pelos demais. Toledo, Araujo e Silva (2018) também mostram que os recursos adquiridos pelos sistemas de Tecnologias de informação (TI), telecomunicação e automação permitem a mudança na lógica de funcionamento das redes bem como a da sua estrutura além de reduzir as perdas técnicas que ocorrem ao longo do percurso feito pela energia da geração até chegar ao consumidor final. Outra tendência descrita por Lima e Silva (2016). dessa estrutura é a aproximação das fontes de geração das cargas através do uso da energia solar fotovoltaica ou eólica, que conceitualmente é chamado de geração distribuída. Eventualmente ou não, acontecem desligamentos nas linhas de transmissão que acabam gerando um enorme impacto para as distribuidoras. As redes inteligentes, são dotadas de self-healing , quando uma parte da rede fica desconectada a outra parte poderá criar outras conexões, permitindo o isolamento da falha e limitando as perdas de energia diz Toledo, Araujo e Silva (2018). A operabilidade também pode ser alterada. Na rede tradicional os planos de manutenção são baseados no tempo de funcionamento dos equipamentos, o que não

17 Figura 2 – Fundamentos das redes inteligentes Fonte: Lima (2005). A Internet das Coisas demandará um uso de milhares de sensores para que as informações estejam disponíveis em rede global de computadores. O que facilitará a apuração de dados e a aplicação de inteligência artificial para definir padrões de comportamento e propor ações para a resolução de problemas. Para que esse enorme fluxo de dados transite com fluidez, as técnicas de Big Data são usadas para auxiliar o funcionamento dos dispositivos como um acelerador de dados (LIMA; SILVA, 2016). Entretendo, é de extrema importância assegurar a privacidade e autonomia dos dados produzido. Toledo, Araujo e Silva (2018) afirmam que o desafio dos líderes governamentais, empresariais e industriais é manter uma infraestrutura que permita o alinhamento econômico, inclusão social e preservação do meio ambiente, de forma que atendam às necessidades do presente e sem comprometer a expansão das gerações futuras.

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3. SMART GRID E SEUS DESAFIOS Devido a quarta revolução industrial, as novidades do setor tecnológico têm a capacidade de transformar a vida das pessoas, o que se torna um grande desafio para líderes de diversos segmentos, pois os mesmos precisam ter uma mente visionária para enfrentar todos os avanços diários (BENICIO, 2018). Para isso Benicio (2018), diz que os líderes dessa revolução, devem atuar de outra forma, as maneiras de gerenciar e resolver conflitos são alguns exemplos, outro quesito é a forma de lidar com as novas dinâmicas de trabalho levando em conta que hoje as transformações conduzem para a conexão das diversas áreas de conhecimento. As smart grids, atuam de forma interligada com a rede de comunicação podendo ser conectada com dispositivos de outras utilities , cidades e unidades consumidoras diz Toledo, Araujo e Silva (2018). Já a interoperabilidade entre os stakeholders (que a tradução para o português, significa parte interessada) é possível graças ao conceito da Internet das Coisas, promovendo serviços integrados e inovadores. Toledo, Araujo e Silva (2018, p.23) diz que “a união e a organização estratégica destes stakeholders parece ser o ponto de partida de um programa capaz de trazer incontáveis benefícios ao país e a sociedade.” Devido ao enorme montante de dados sobre a demanda de eletricidade da smart grid , oriundos do aumento da complexidade dos sistemas de informações bidirecionais, será necessário técnicas de Big Data para que as informações sejam manuseadas de forma eficiente e segura. Por esses dados terem infinitas possibilidades de fontes combinadas, como a geração distribuída, geração renovável, armazenadores de energia, carros elétricos, residências inteligentes e novos equipamentos de comunicação (medidores e sensores inteligentes e pontos de controle remoto), os processos de gestão e tomada de decisão seriam auxiliados através da tratativa desses dados. Segundo Mcafee e Brynjolfsson (2012) o grande volume de dados, a velocidade de obtenção e tratamento são característica do Big Data. A gestão dos dados é um processo que depende diretamente dos enlaces governamentais, visto que, é irrefutável que haja integração entre os setores para a manipulação desses dados (BARNS et al ., 2016). Nesse contexto, Fariniuk (2017) diz que uma das principais premissas da implementação de projetos de cidades e redes inteligentes é sem dúvida a segurança e privacidade. De acordo com Wang e Lu (2013), três itens são prioritários no fluxo da

20 concessionárias diante das limitações econômicas e regulatório, ficam paradas, aguardando oportunidades para poder desenvolver, levando o país para longe da economia global. Uma nova modalidade de regulação apontado por Nery (2018), é fundamentada por diversos impactos tecnológicos de ruptura, que mechem em múltiplas formas institucionais, em conjunto, sendo necessário a produção de um sistema macroeconômico equilibrado. Chamado de regulação multissetoriais ou setoriais, possui dinâmicas próprias e influenciam a macrorregulação original. Essas interações podem ser vistas na Figura 3, onde os processos que compõem as interações entre os níveis e setoriais e as dinâmicas usadas. Figura 3 – Articulação dinâmica do macroeconômico, multissetorial e setorial. Fonte: Boyer ( 2002 ). Nery (2018) destaca que nesse modelo, os setores da economia são os grupos de atividades congruentes em que se as combinações dos conjuntos de leis. Entretanto, Boyer (2002) considera que esses resultados só serão alcançados se o ambiente regulatório se mostrar compatível com o cenário e dinâmicas proposto pelas smart cities de tal forma que seja possível não só promover, mas também tornar viável as iniciativas smart levando a eficiência energética a um nível elevado, a economia movimentada e ao bem-estar na sociedade.

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4. VANTAGENS E DESVANTAGENS DOS MEDIDORES INTELIGENTES O mercado empresarial sofre uma transformação pelas tecnologias discuptivas, que estabelecem um novo fluxo no relacionamento com o cliente. É a tecnologia a sendo usado a favor das pessoas na era da inteligência, o mundo usa os dispositivos digitais para modificar o rumo dos negócios e dos seres humanos. O sistema de medição inteligente ( smart meters ) de energia elétrica, é uma parte importante para a implementação dos sistemas smart grid (TOLEDO, ARAUJO, SILVA, 2018). Tais medidores permitem a gestão do fornecimento de energia nas unidades de consumo pois eles funcionam com sensores e atuadores avançados nos pontos de entrega. Essa estrutura ajuda na redução de perdas não técnicas na rede elétrica, minimiza os prejuízos da empresa, melhora a qualidade do fornecimento e sobretudo empodera o consumidor. Os smart meters por possuírem um posicionamento concentrado e sobretudo estratégico, eles podem melhorar a cobertura dos sistemas de telecomunicações das smart grid , difundindo o conceito de smart utilities , cities e homes. Toledo, Araujo e Silva (2018), afirma que a IoT possibilita que as descobertas das empresas possam ser exploradas pelos demais. Empresas que tem seu escopo de negócios a domótica, possuem canais de comunicação mais amigáveis intuitivos que as concessionárias de energia elétrica. A comunicação entre as duas empresas permitiria aos consumidores acompanhar seus consumos de uma forma mais visual, através de gráficos por exemplo, levando a um consumo consciente. Já no outro lado por sua vez, as empresas de domótica poderiam ser beneficiadas recebendo informações como histórico de consumo e alertas de tarifa. E essa combinação entre empresas permite ao consumidor fazer gestão do seu orçamento. Nessa transformação que o setor elétrico passa, o consumidor tem mais autonomia, as empresas por sua vez, remodelam seus processos para criar meios de agregar mais valor no quesito sustentabilidade. Com do uso dos medidores inteligentes as concessionárias podem identificar pontos de maior carga na rede, com isso, elas podem aplicar politicas adaptativas de preços para os clientes, conduzindo-os a modificação de seus hábitos como por exemplo, o uso de aparelhos nos horários de maior demanda para a redução de custo (TOLEDO; ARAUJO; SILVA, 2018). Benicio (2018) lembra que as redes inteligentes aperfeiçoam o desempenho do sistema, possibilitam sua operação ilhada em casos de emergência e podem alcançar