Cidades inteligentes: o futuro do smart grid no Brasil

nov, 2014

Edição 105 – Outubro de 2014
Por Bruno Moreira

Elas surgem como uma forma de mitigar os altos custos de implantação das redes inteligentes no país, pois seus investimentos seriam divididos entre as várias empresas prestadoras de serviços públicos que participariam do processo.

As redes inteligentes de energia elétrica – smart grids – já estão relativamente bem difundidas nos Estados Unidos, em alguns países da Europa, da Ásia e até do Oriente Médio, onde empresas de distribuição têm investido na aquisição de medidores eletrônicos inteligentes, em automação e em plataformas de comunicação de dados, a fim de otimizar a operação de suas redes elétricas, tornando os serviços oferecidos por elas mais eficiente e possibilitando aos clientes serem mais participativos no consumo de sua energia.

No Brasil, a adesão ao smart grid caminha em passos mais lentos. Concessionárias como a Light e AES Eletropaulo, por exemplo, já anunciaram projetos na área. No entanto, tudo ainda ocorre em baixa escala. Em áreas de concessão de milhões de consumidores, as empresas pretendem instalar somente milhares de medidores inteligentes, por exemplo. O que já é uma realidade no país é a automação das subestações. Segundo o presidente do Fórum Latino-americano de Smart Grid e diretor da Ecoee, Cyro Boccuzzi, estes equipamentos já são adquiridos automatizados na atualidade. “Isso já é um padrão”, afirma.

Um dos problemas para a maior difusão das redes inteligentes no Brasil é o seu alto custo de implantação. Neste sentido, ganha espaço no país as smart cities – cidades inteligentes – que consistem na utilização das redes inteligentes visando à habilitação de diversos serviços de utilidade pública, além do serviço de distribuição de eletricidade, tais como: controle semafórico e de tráfego; iluminação pública; segurança pública; abastecimento de água e gás; telecomunicações, entre outros. Para construir tal cidade, seria necessário o esforço de diversos agentes. Dessa forma, os investimentos seriam divididos, o que tornaria o processo menos custoso também para a própria distribuidora de energia elétrica.

Entretanto, antes da realização em larga escala desse tipo de cidade, são necessários testes, que estão sendo efetuados pelas próprias distribuidoras. No Brasil, são quatro os projetos pilotos de cidades inteligentes: o projeto Cidades do Futuro, realizado pela Companhia Energética de Minas Gerais (Cemig), no município de Sete Lagoas; o projeto Parintins, implantado pela Eletrobras no munícipio de Parintins (AM); o projeto InovCity, realizado pela Bandeirante, em Aparecida (SP) e em dois municípios do Espírito Santo: Domingos Martins e Marechal Floriano; e o projeto Cidade Inteligente Búzios, realizado pela Ampla, em Armação de Búzios (RJ).

Projeto Cidades do Futuro

Lançado em dezembro de 2009 e finalizado operacionalmente no final de agosto de 2014, o projeto Cidades do Futuro foi implementado com o intuito de desenvolver um modelo funcional para smart grid, a fim de se obter uma metodologia para subsidiar a decisão de implantação em larga escala de projetos como este na Cemig. “O projeto desenvolverá uma visão estratégica sobre a implantação de soluções smart grid na rede da Cemig, que seja adequada ao contexto socioeconômico e regulatório do Brasil”, explica o diretor do Programa Smart Grid da Cemig e coordenador do projeto, Geraldo Tadeu Batista.

Durante os quase cinco anos de trabalho, foram realizadas a instalação de cerca de cinco mil medidores inteligentes, com a capacidade para leitura, corte e religa operados remotamente; a implantação de 46 pontos de automação com sefhealing, software para otimizar o processo de operação do sistema na reconfiguração da rede; a implantação de várias mídias de comunicação para testes, tais como: rede de fibra óptica, rádios 400 MHz, gateways, sistema celular, rede HFC (Hybrid fiber-coaxial), satélite; e a instalação de 66 painéis fotovoltaicos conectados à rede para estudo dos impactos de sua utilização nas redes da Cemig.

Além disso, fez parte do projeto Cidades do Futuro ações que fortaleceram a participação do consumidor de energia elétrica. Entre as quais a realização de pesquisa quantitativa e qualitativa para medir a análise da percepção do consumidor e a propensão ao uso das novas tecnologias; e o desenvolvimento de interfaces de relacionamento, tais como: calendário de consumo, simulador de consumo, jogos interativos, aplicativo mobiles (tablet, smartphone), gestão de ativos de telecom, reconfigurador da rede (sefhealing), integrado SOA.

Como dito, o projeto teve sua operação finalizada em agosto deste ano, mas ainda não terminou de todo. De acordo com Batista, no momento, está ocorrendo o processo de internalização dos procedimentos, softwares e equipamentos produzidos nestes 45 meses de atividades. “Os documentos provenientes deste trabalho são um instrumento de transferência de conhecimento, não somente para o grupo Cemig como também para o setor elétrico brasileiro”, declara o coordenador, destacando que os próximos passos serão avaliar o que foi relatado e construir um plano de negócio para a implantação futura em larga escala da tecnologia smart grid, “tendo como alvo a definição de onde, como e em quais condições implantar e ampliar as instalações de redes inteligentes”.

Não obstante, o coordenador avalia positivamente o projeto piloto da Cemig. “Os objetivos foram alcançados e a proposta de um teste em escala reduzida, aplicando os conceitos ‘smart grid’, atingida”, assegura Batista. Foram testadas diversas tecnologias de comunicação, interação com o consumidor, planta de geração distribuída e o comportamento da rede de distribuição, processo de gestão e suas possíveis adaptações, testes de privacidade de dados, percepção da cadeia de fornecedores até a preparação para nos atender. “Tudo isso produziu um enriquecedor material conclusivo para tomada de decisões acerca do tema”, afirma.

Três escolas municipais, a Apae, o centro de monitoramento, além de um restaurante e o Clube do Tênis, em Búzios, já contam com painéis solares de 5 kWp instalados pela Ampla, que permitem economia na conta de luz.

A respeito da a escolha do “polígono geoelétrico de Sete Lagoas” para sediar o projeto Cidades do Futuro, Batista explica que existiram diversas razões. “Nesta região, temos uma amostragem de toda a área de concessão da Cemig Distribuição, com todas as categorias de consumidores, os cinco grupos da baixa tensão (B1 a B5): comerciais, rurais, industriais, etc.”, destaca o coordenador. Além disso, conforme Batista, há o fato de a cidade abrigar o centro de capacitação do Grupo Cemig, a Universidade Corporativa Cemig (Univercemig), ser uma amostra reduzida da topografia do Estado de Minas Gerais e estar bem próxima (70 Km) da capital Belo Horizonte, o que facilita a realização de testes de tecnologias de telecomunicações, programas de interação com o consumidor, entre outras ações.

Para a implantar o projeto, a Cemig investiu R$ 45 milhões, por meio do programa de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) e do Programa de Eficiência Energética (PEE), ambos da Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel).

Projeto Parintins

Situado no interior do Estado do Amazonas, há 369km da capital Manaus, o município de Parintins apresenta características interessantes do ponto de vista elétrico para abrigar um projeto de cidade inteligente: trata-se de um sistema isolado; é abastecido por térmicas a óleo; e possui altas perdas comerciais. De acordo com o assistente da Diretoria de Regulação e Projetos Especiais da Eletrobras, Marcelo Ximenes Bernardes, isso permite estudos de integração prática de medição, telecomunicação, automação, proteção e controle em um sistema que abrange desde a geração até o consumidor final. A distribuidora poderá também testar a resistência de seus equipamentos externos, já que eles ficarão expostos a condições climáticas e ambientais severas. Parintins é quente e úmida.

O Projeto Parintins foi lançado em junho de 2011 e ainda está em andamento. A previsão, segundo Bernardes, é de que os trabalhos se encerrem no primeiro semestre de 2015. Até o momento já foram instalados mais de três mil medidores inteligentes em consumidores de baixa tensão e, atualmente, está sendo implantado um sistema de monitoramento dos transformadores da cidade que permitirá, além da análise de parâmetros técnicos como a sobrecarga, realizar o balanço energético com vistas à redução de perdas não técnicas.

O próximo passo, segundo o assistente, é a implantação dos sistemas de microgeração com painéis solares em unidades consumidoras da cidade que injetarão energia diretamente na rede, devendo contribuir para a redução do consumo de óleo dos geradores que abastecem a cidade. “Além disso, foi publicada recentemente a licitação de uma segunda área para implantação de medidores inteligentes, na qual pretendemos fazer uma análise de interoperabilidade”, revela Bernardes. Para isso, a expectativa é de que sejam investidos aproximadamente R$ 20 milhões, dentro do programa de P & D da Aneel.

Pensando no maior controle de energia por parte dos usuários, a Eletrobras desenvolveu também uma ferramenta para auxiliar o cliente na gestão do consumo. De acordo com Bernardes, será disponibilizado um portal na web e aplicativos móveis que disponibilizarão informações, como o consumo diário ou até mesmo a simulação do consumo de aparelhos e qual o seu impacto financeiro. “Por meio dessas ferramentas, aliadas a ações educacionais, acreditamos que o cliente se tornará mais consistente do seu papel no sistema elétrico e promoverá a mudança de seus hábitos de consumo, levando à economia de energia”, afirma.

A respeito dos resultados obtidos, Bernardes explica que o projeto ainda se encontra em desenvolvimento, e alguns objetivos só serão alcançados com o seu término. Para ele, no entanto, um dos maiores benefícios do trabalho será poder avaliar os impactos do uso integrado de tecnologias relacionadas às redes inteligentes nos indicadores e na redução sustentável de perdas não técnicas; a aceitação e adesão dos clientes às novas tecnologias e metodologia; a integração de soluções diversas de medição e comunicação associadas; e o impacto de “gaps” regulatórios e tecnológicos para a adoção de tecnologias e metodologias associadas ao conceito smart grid.

Tal qual o projeto Cidades do Futuro, realizado pela Cemig, o projeto de Parintins tem como principal objetivo, no entanto, servir de modelo de referência para aplicações futuras. “Esperamos que muitos dos conceitos e das tecnologias estudados nesse piloto possam se disseminar nas demais áreas de concessão da empresa”, afirma Bernardes, destacando que, caso haja a oportunidade de serem estudadas novas tecnologias ou ferramentas relacionadas a redes inteligentes, que tenham caráter inovador, “essas poderão ser empregadas e avaliadas em Parintins ou mesmo em outra cidade que elas tenham maior aplicabilidade”.

Projeto InovCity

A EDP, holding de energia de origem portuguesa, lançou no Brasil, por meio de duas de suas distribuidoras, a EDP Bandeirante e a EDP Escelsa, dois projetos de cidades inteligentes denominados InovCity. O primeiro foi lançado na cidade de Aparecida (SP), em outubro de 2011 e o segundo foi inaugurado nos municípios de Domingos Martins e Marechal Floriano, situados no Estado do Espírito Santo, em junho deste ano.

Tanto Aparecida quantos os municípios do Espírito Santo foram escolhidos, segundo o gestor executivo de Inovação e Sustentabilidade da EDP, João Brito Martins, por questões técnicas e regulatórias. A cidade paulista, por exemplo, representa exatamente 1% dos clientes da EDP em São Paulo, limite máximo pelo programa de P&D da Aneel, para realizar testes com equipamentos deste tipo. Além disso, o fornecimento de energia de todas as localidades selecionadas já estava sendo monitorado, o que permitiu efetuar uma correta medição da evolução do seu consumo.

Conforme Martins, o projeto InovCity de Aparecida foi viabilizado após a homologação, pelo Instituto Nacional de Metrologia, Qualidade e Tecnologia (Inmetro), do primeiro medidor inteligente do setor elétrico brasileiro, obtida pela EDP e Ecil Energia. Atualmente, na fase final de implementação, o projeto,
que conta com o apoio da Secretaria de Energia de São Paulo e da prefeitura de Aparecida, já teve realizada ações de divulgação, conscientização e de eficiência energética.

Entre estas ações estão a distribuição de cartas explicativas, folhetos de orientação sobre o uso racional de energia e kits com seis lâmpadas eletrônicas a todos os clientes do municípios; a capacitação de 100% dos professores da rede pública de ensino de Aparecida sobre os conceitos de cidades inteligentes, eficiência energética e uso racional de energia elétrica; a doação de 540 geladeiras e 460 kits de aquecimento solar da água do chuveiro para comunidades de baixa renda; e a substituição de mais de 13.500 medidores convencionais por medidores inteligentes.

Já foram instalados também os primeiros 150 relés, que darão ao sistema a possibilidade de executar corte e religação remota. E, no momento, segundo Martins, está sendo efetuado o comissionamento dos medidores da rede ZigBee, rede de comunicação de dados RF com topologia mesh. “Essa camada, chamada de última milha, conecta-se ao sistema de gerenciamento via rede WiMAX, implantada exclusivamente para atender à telecomunicação dos medidores inteligentes em Aparecida”, explica o gestor executivo. A próxima ação a ser realizada em Aparecida são os testes de solução de corte e religação remota por meio do sistema de gestão das instalações com medição inteligente. Eles estavam previstos para iniciarem na segunda quinzena do mês de outubro.

O projeto de Aparecida realizou ainda mudanças no sistema de iluminação do município paulista, com a instalação de 104 luminárias Led em diversos pontos da cidade, gerando uma economia em torno de 50%. A mobilidade elétrica também foi um ponto contemplado. Neste sentido, a EDP doou cinco scooters e duas bicicletas elétricas para a Arquidiocese de Aparecida e para o Santuário Nacional, e 12 scooters elétricas para a prefeitura local. Além disso, foram instalados cinco pontos de carregamento.

No que se refere ao projeto que está sendo implementado nos municípios do Espírito Santo, as primeiras ações foram a entrega de scooters elétricas e iniciativas de eficiência energéticas, como ações de conscientização da sociedade, palestras nas escolas e capacitação dos professores da rede pública. No momento, de acordo com Martins, está sendo criada a infraestrutura de telecomunicação que atenderá às medições inteligentes nos dois municípios e encaminhará os dados coletados até a sede da EDP, na cidade de Carapina (ES). “O diferencial desse projeto em relação ao de Aparecida está na tecnologia adotada para a comunicação de última milha. Optamos por testar um padrão mais moderno de comunicação RF, com base em IPV6 para equipamentos de baixa potência conhecida como 6LowPAN”, comenta.

Durante os quase cinco anos de trabalho do Projeto Cidades do Futuro da Cemig, foram instalados cerca de cinco mil medidores inteligentes, com a capacidade para leitura, corte e religa operados remotamente.

Quanto à avaliação das iniciativas que já foram realizadas, principalmente na cidade de Aparecida, Martins afirma que os medidores inteligentes instalados apresentam até o momento bons indicadores de qualidade, tanto relacionados à vida útil quanto à precisão de medicação. “Destacamos também a solidez do sistema de comunicação adotada, em que os índices de sucesso de comunicação com os medidores comissionados são satisfatórios” diz o gestor executivo.

Da mesma maneira que ocorre com os outros projetos de cidades inteligentes, após a conclusão de todas as etapas do InovCity, serão realizadas análises de resultado para entender o impacto na comunidade assistida, aprimorar seus pontos fracos e prospectar a implantação dos pontos fortes em outras regiões sobre a concessão da empresa. “De qualquer forma, nesta fase o maior objetivo é ganhar experiência nestas áreas e entender a percepção e o impacto nos clientes decorrente da aplicação das tecnologias”, esclarece Martins.

A EDP informa que foram investidos R$ 10 milhões no projeto de Aparecida e R$ 5 milhões no projeto realizado nos municípios do Espírito Santo.

Projeto Cidade Inteligente Búzios

Mais um município que abriga um projeto piloto de cidades inteligentes, Armação de Búzios (RJ) foi escolhido pela Grupo Enel, por meio da distribuidora de energia Ampla, por diversas razões: abundância de sol e vento, que   potencializam a geração de energia renovável distribuída; consumo de energia médio bastante relevante, o que facilita medidas de controle da demanda; área geográfica menor, facilitando a aplicação de veículos elétricos; e sua visibilidade no cenário turístico nacional e internacional.

Iniciado em novembro de 2011, o projeto implementado pela Ampla foi dividido em cinco fases: elaboração e planejamento, definição de tecnologias e contratações, execução, medições e elaboração dos relatórios finais. “Já concluímos três fases e estamos agora na quarta fase, a de medição dos resultados, quando podemos medir a eficiência e aplicabilidade de todas as tecnologias aplicadas no projeto”, explica o coordenador do projeto Cidade Inteligente Búzios, Weules Correia.

Durante o processo de execução foram instalados 9.400 medidores inteligentes com leitura de fibra ótica, totalizando 85 km, entre malha e tronco, por toda a cidade de Búzios. A iluminação pública também foi beneficiada, com a colocação de 60 luminárias Led com pontos de luz telecomandados na Lagoa da Usina e mais de 70 luminárias na Estrada da Usina. De acordo com o coordenador, além dessas lâmpadas serem bem mais eficientes – 50 mil horas para 3 mil horas das lâmpadas convencionais –, propiciam uma economia de energia de até 80% em comparação aos equipamentos tradicionais.

O projeto incorporou também novas fontes de energia renováveis à rede local existente pela instalação de painéis fotovoltaicos em edifícios públicos e microssistemas eólicos no município. Conforme Correia, três escolas municipais, a Apae, o centro de monitoramento, além de um restaurante e o Clube do Tênis já contam com painéis solares de 5 kWp, que permitem economia na conta de lu

z. “O centro de monitoramento e pesquisa, por exemplo, conta com painéis solares que geram 700 kWh mensais, o equivalente a 18% do consumo”, afirma o coordenador.

O ponto de destaque do Projeto Cidade Inteligente Búzios, porém, é a tarifa horária, que será utilizada pela Ampla e permitirá tarifas diferenciadas de acordo com o horário do consumo. “O medidor eletrônico inteligente mede os consumos em intervalos de tempo programáveis, permitindo propor aos clientes ofertas comerciais ligadas à faixa horária”, explica Correia, destacando que o projeto piloto está preparado para os 10 mil clientes que são atendidos pela distribuidora no balneário.

Para a implementação da inciativa foram investidos R$ 40 milhões, sendo 54% desse montante advindos da Ampla e parceiros, e o restante por meio de recursos de P&D da Aneel. A expectativa é de que o projeto seja finalizado em novembro deste ano. “Estamos focados em concluir o projeto de Búzios e na avaliação de como as tecnologias testadas no município poderão ser massificadas pela companhia”, conclui o coordenador.

Iniciativa IEEE Cidades Inteligentes

O Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos (IEEE) lançou em março de 2014 a Iniciativa Cidades   Inteligentes. O objetivo da ação é ajudar os municípios de diversas partes do mundo a se prepararem para os desafios da crescente urbanização como: explosão demográfica, alto custo de vida, aumento dos níveis de poluição e das taxas de crime; investimento massivo em infraestrutura; e crescimento exponencial de dados. A organização acredita que, por meio das novas e tecnologias existentes nas áreas de tecnologia da informação e automação, será possível reduzir o impacto do crescimento urbano no meio ambiente e melhorar a qualidade de vida das pessoas.

Com a ajuda de seus especialistas, o IEEE possui 430 mil membros em mais de 60 países o instituto vem avaliando diversas cidades que possuem o desejo de participar da iniciativa. Para que os municípios sejam escolhidos, eles necessitam atender a alguns critérios, entre os quais: a existência de um plano concreto e fundos para se tornar   uma cidade inteligente; a concordância do eleitorado local a respeito do envolvimento do IEEE no projeto; interesse das autoridades locais em dividir experiências em âmbito internacional e se tornar um modelo a ser seguido; e possuir uma universidade interessada em desenvolver o conceito de cidades inteligentes, bem como alguma forma de compromisso da indústria local.

Levando em conta estas condições, três municípios foram escolhidos até o momento para desenvolverem cidades inteligentes com o auxílio do IEEE: Guadalajara, no México; Trento, na Itália; e Wuxi, na China. O plano é que mais setes cidades sejam escolhidas para participar da iniciativa até 2016. Primeira localidade a ser selecionada, Guadalajara foi aprovada, dentre tantas outras pretendentes, segundo a organização de engenheiros, por três razões principais: já havia estabelecido uma organização chamada Ciudad Creativa Digital (CCD) para dirigir a transição rumo a uma cidade inteligente; as ações têm como foco o centro histórico local; e os esforços são para revitalização e revigoramento da área principal da cidade.

O objetivo primário da CCD é criar um ambiente urbano socialmente integrado que consiga atrair e segurar profissionais capacitados para trabalharem em uma ampla variedade de atividades relacionadas à mídia digital. A ideia, de acordo com a IEEE, é que, quanto mais projetos interessantes e profissionais criativos forem atraídos, mais pessoas inteligentes existirão a fim de melhorar a infraestrutura e os serviços dos municípios no sentido de acomodar o inevitável crescimento populacional de Guadalajara.

Para acelerar o seu desenvolvimento, o projeto de cidade inteligente na cidade mexicana irá contar com tecnologias como smart grid, e-health (assistência de saúde baseada em processos eletrônicos e de comunicação); realidade aumentada (integração de informações virtuais a visualizações do mundo real); e a internet das coisas (conexão de objetos e aparelhos do dia a dia – como eletrodomésticos – a grandes bases de dados e redes, bem como à internet.

A seleção das cidades de Trento e Wuxi ocorreu, segundo a IEEE, porque ambas obedeceram aos critérios estabelecidos pela organização, entre os quais, o de demonstrar planos para investir seus próprios capital humano e financeiro no projeto, indicando seu compromisso em melhorar a qualidade de vida de seus cidadãos. Para Trento, a iniciativa irá estimular o crescimento econômico, melhorar o bem-estar dos moradores, garantir serviços urbanos sustentáveis e prover acesso a tecnologias avançadas, visando a uma vida urbana agradável e ao bom funcionamento da comunidade. Já o município de Wuxi pretende se beneficiar da ação reduzindo seus níveis de poluição e congestionamento de veículos, e fornecendo energia, moradia e empregos adequados aos seus cidadãos.

A EDP doou scooters e bicicletas elétricas para a Arquidiocese de Aparecida, o Santuário Nacional, e a prefeitura local. Além disso, foram instalados cinco pontos de carregamento.

O apoio do IEEE se dará não apenas pelo conhecimento técnico e teórico de seus especialistas, mas também por meio da IEEE Standards Association, que desenvolve normas internacionais para uma ampla gama de tecnologias que fazem parte das cidades inteligentes, tais como: energia elétrica, tecnologia da informação, transporte, nanotecnologia, e segurança da informação.

O futuro das redes e cidades inteligentes

Em relação ao futuro das redes e cidade inteligentes no Brasil, o diretor do Programa Smart Grid da Cemig afirma que a viabilidade técnica existe e já foi comprovada em diversos países. “Para implantação no Brasil ainda existem alguns desafios tecnológicos a serem vencidos, principalmente ligados às condições das instalações elétricas”, diz Batista. Outro problema é a viabilidade econômica. “Ainda é uma tecnologia cara que pode não ser viável na maioria das situações”, afirma.

Marcelo Bernardes, da Eletrobras, reitera o posicionamento de Batista, destacando os altos custos de implantação de algumas tecnologias de redes e cidades inteligentes. “Ainda é necessário analisar muito bem os locais de implantação para que se tenha um retorno do investimento”, atesta. Segundo ele, com o aumento da demanda por essas tecnologia

s entre os agentes do setor e a evolução de te políticas públicas que favoreçam o desenvolvimento das cidades inteligentes, essas tecnologias ganharão maior escalabilidade e se tornarão mais viáveis.

Por isso, segundo o presidente do Fórum Latino-americano de Smart Grid, Cyro Boccuzzi, são tão importantes os projetos piloto de cidades inteligentes que estão sendo desenvolvidos pelas concessionárias. Conforme Boccuzzi, além de levar conforto aos usuários e oferecer treinamento e capacitação aos funcionários a respeito do melhor uso dessas tecnologias, os projetos pilotos são necessários, pois fornecem as primeiras compras, que, por sua vez, são essenciais para gerar escala de produção, escala comercial. “Os primeiros lotes são importantes para a diminuição do preço”, afirma. Boccuzzi é taxativo em afirmar que quando se atinge uma escala boa de produção, a difusão e o fortalecimento da tecnologia independe de mais ou menos incentivos governamentais.

Já o gestor executivo de Inovação e Sustentabilidade da EDP acredita que o desenvolvimento das redes inteligentes no Brasil depende ainda de algumas definições regulatórias específicas. Estas, segundo Martins, serão determinantes para o ritmo de adoção das novas tecnologias de rede.

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