Plataformas Tecnológicas em desenvolvimento, para as Redes Elétricas do Futuro

1. Plataformas Tecnológicas em desenvolvimento, para as Redes Elétricas do Futuro Aderbal Borges, Ph.D InnovaCon

2. INDICE • Plataforma Americana – Intelligrid • Plataforma Européia - SmartGrid

3. Plataforma Tecnológica Americana para as Redes Elétricas do Futuro

4. Desenvolver a Arquitetura Intelligrid Identificar funções e requisitos de operação atuais e futuros da rede Plataforma Intelligrid- Características - • Iniciativa: EPRI – Energy Power Research Institute • Participantes: • Concessionárias • Fabricantes • Agências • Órgãos reguladores • Universidades • Centros de Pesquisa • Organização: Consórcio Consumidores Reguladores Utilities Fabricantes Objetivos

5. U.S. Utilities • Public Service Electric & Gas • Alliant Energy • Long Island Power Authority • Salt River Project • TXU • We Energies • Bonneville Power Administration • Consolidated Edison Company • New York Power Authority • Kansas City Power & Light International Utilities • Polish Power Grid Company • Electricite de France Public Agencies • U.S. Department of Energy • California Energy Commission Consórcio Intelligrid- Participantes -

6. Intelligrid- Objetivos - Rede elétrica Rede elétrica Inteligente (Intelligrid) confiabilidade capacidade Comunicações serv. usuários Controle computacional Resultados Arquitetura Intelligrid • Metodologia • Ferramentas • Recomendações (padrões) • e tecnologias) • Tecnologias independentes • Estruturas de teste • Novos produtos e • serviços Medição automática Automação da distribuição Resposta de demanda Medidas em área metropolitana

7. Arquitetura Intelligrid- Requisitos - • Auto-restauração e Adaptativa • Interativa com consumidores e mercado • Otimizada para melhor uso dos recursos e equipamentos • Preditiva ao invés de reativa, para prever emergências • Distribuída dentro de limites geográficos e organizacionais • Integrada, juntando monitoramento, controle, predição e manutenção, EMS, DMS, marketing e TI • Mais segurança, quanto a ataques

8. Consórcio Intelligrid- Visão e Missão - Visão: • Uma nova infra-estrutura de fornecimento de energia elétrica que integra avanços em comunicações, informática e eletrônica, para atingir as necessidades energéticas do futuro. Missão: • O Consórcio Intelligrid vai possibilitar o desenvolvimento, integração e aplicação de tecnologias para facilitar a transformação da infra-estrutura de energia elétrica para prover, a custo competitivo, produtos e serviços seguros, de alta qualidade e confiáveis.

9. Consórcio Intelligrid- Etapas - • Determinação das necessidades • das empresas participantes; • Identificação dos atributos • chaves da infra-estrutura do • futuro. Configuração dos objetivos do projeto e decisões sobre suporte Visão do Sistema Ações que necessitam ser compreendidas para desenvolver a nova infra-estrutura Análise gaps da infra Análise detalhada dos gaps Requisitos e capacitações faltantes no sistema atual

10. Consórcio Intelligrid- Ações detectadas - 1. Criar uma infra-estrutura de comunicações com interfaces abertas (na arquitetura); 2. Desenvolver métodos computacionais rápidos e precisos para modelar e analisar a infra-estrutura elétrica; 3. Caracterizar os requisitos de segurança, qualidade, confiabilidade e disponibilidade da infra-estrutura; 4. Desenvolver e implementar tecnologias efetivas em custo para suportar a automação, o monitoramento em tempo real e o controle do sistema de fornecimento de energia; 5. Viabilizar que recursos de energia distribuída terão papel importante no mercado; 6. Desenvolver ferramentas de predição efetivas para o fornecimento, carga e dados de mercado; 7. Criar produtos e serviços de alto valor agregado, efetivos em custo, para colaborar no controle dos consumidores e das empresas, e direcionar o uso da energia para uma forma aceitável em termos ambientais.

11. Consórcio Intelligrid- Projetos e tecnologias identificados - • Projetos: • Arquitetura Integrada de Sistemas de Comunicação e de Energia; • Arquitetura de Comunicações Aberta para Recursos de Energia Distribuídos com Automação Avançada da Distribuição. • Tecnologias: • Modelamento e Simulação Rápidos para a Infra-estrutura Elétrica Inteligente; • Portal de Comunicação com os Consumidores; • Eletrônica Avançada para Energia; • Tecnologias de Comunicação para Suportar o Programa.

12. Consórcio Intelligrid- Outras tecnologias importantes - • Qualidade e Confiabilidade da Infra-estrutura; • Monitoramento, Comunicação, Comando e Controle; • Agentes de Redes Inteligentes, Processamento de Informação, e Visualização; • Gestão Dinâmica de Confiabilidade e Risco • Integração do Armazenamento de Energia

13. Intelligrid Architecture Fast Simulation & Modeling Consumer Portal Standards Melhora o sistema de fornecimento de energia pelo desenvolvimento de padrões de comunicação internacionais que melhoram a interoperabilidade dos recursos de Energia Distribuídos (DER) com sistemas de distribuição de energia, desta forma aumentando o valor estratégico do DER em operações de distribuição Transforma a infra-estrutura elétrica para prover, de forma efetiva em custo, produtos e serviços seguros, de alta qualidade, confiáveis, com mínimos impactos ambientais. Obter modelamento e simulação dinâmicos da rede elétrica, em tempo real, numa faixa de domínios geográficos e de tempo diferentes, com o uso de Fast Simulation and Modeling (FSM) – um sistema que inclui requisitos de engenharia, projeto software, verificação e validação. Possibilita o sistema energético do futuro envolvendo os consumidores nos mercados competitivos de energia através de serviços relacionados com energia tais como leitura de medidores, deteção de queda de energia, resposta de demanda, desagregação de contas e precificação em tempo real. Consórcio Intelligrid- Estudos em andamento -

14. Consórcio Intelligrid- Consumer Portal -

15. Aplicações atuais (exemplos): AMR (radio and PLC) Tarifas por Tempo de Uso Controle especial de carga durante príodos de pico Controle de Carga Direto (ex.:radio), termostatos controláveis Construção de Sistemas de Gerência de Energia Agregação de DG (backup) para participação no mercado Informação de medição e análise da energia via Web Deteção e notificação de queda de energia Agregação de medição para múltiplos locais ou empresas Aplicações futuras Integração do monitoramento de usuário com FSM Controle de “roubo” Diagnóstico de desempenho de equipamento remoto Análise de energia e de facilidades de sub-medição Monitoramento remoto da qualidade da energia e de serviços Controles de carga automático integrado com RTP Integração da geração de RTP de propriedade do usuário para participação do usuário no mercado Disponibilidatínua de informações de medição aos usuários Consórcio Intelligrid- Aplicações do “Consumer Portal” -

16. Consórcio Intelligrid- Framework - • QUEM participa; • QUE informação será trocada; • COMO os dados serão interpretados ou processados; • ONDE ficarão localizados os dispositivos de interação; • QUAIS tecnologias serão usadas para facilitar ou gerenciar as trocas

17. Executivos e Reguladores visão de alto nível das funcionalidades futuras do sistema de energia Pessoal de mediação insight para especificação funcional de dispositivos Planejadores do Sist. Energia visão das funcionalidades futuras do sistema de energia Arquiteto do Sist. Comunicações recomendações e requisitos base para políticas e procedimentos Eng. de Sistema ferramentas, métodos e informação para acelerar o projeto de sistema Fabricante de Equipamentos ferramentas para planejamento de novos produtos Órgãos de padronização identifica gaps e sobreposições com os padrões existentes Organizações de Pesquisa visão para o futuro e identificação de áreas para trabalho futuro Arquitetura Intelligrid- Quem usa? -

18. Atividades sobre Padrões, Tecnologias e Novas Idéias Reguladores e Consultores Planejadores do Sist. Energ Eng. Projeto Vendors & Especialistas Eng. Sistema Mod. Inform., Estrategias Tecnol. Recomend. Req. Especificos. . Req Longo Prazo Novas func. e aplicações Cenários Desenv. Aplic. Documentação Requisitos Vol. I Recomendações e Guias do Usuário Vol. II Requisitos Funcionais Vol. III Modelos Vol. IV Análise Técnica Consórcio Intelligrid- Resultados -

19. Consórcio Intelligrid- Estratégia para acelerar os trabalhos - • Consenso - sobre as necessidades do sistema elétrico do futuro e tecnologias necessárias • Desenvolvimento – plataformas abertas (baseadas em tecnologias de comunicação e informação) • Demonstração – das novas capacitações do sistema • Expansão: • Disseminar resultados • Interagir com outras organizações de P&D • Influenciar e contribuir com organismos de padronização • Informar reguladores e fazedores de políticas

20. Consórcio Intelligrid- Primeiros Resultados - • Versão atualizada dos 4 Relatórios • 3 testes de campo • Website interativo (atualização trimestral) • Modelo industrial de arquitetura (atualização trimestral) • Workshops p/treinamento em todas as empresas participantes • Modelo de “Arquitetura Intelligrid” para se desenvolver projeto de referência de “resposta de demanda” (California Energy Commission) • Participação em organizações de padronização internacionais

21. Consórcio Intelligrid- Projeto Piloto da SCE - • Projeto: AMI (Advanced Metering Infrastructure) na Southern California Edison’s (SCE) • Fornece informações aos usuários para subsidiar decisões sobre o uso da energia • Medidor consistente com a Arquitetura Intelligrid: ou seja, com relação a requisitos de sistema, infraestrutura de comunicações, estrutura e protocolos software, etc (garantindo operação destes dispositivos em qualquer rede no País) • Geração de 18 Casos de Usos: permitiram geração de requisitos comerciais e de usuários

22. Consórcio Intelligrid- Projetos em andamento (2008) - • 161.001 Intelligrid Technology Transfer and Information Services • 161.002 IntelliGrid Architecture Development for Transmission Operations • 161.003 Transmission Fast Simulation and Modeling • 161.004 Communications Infrastructure for Advanced Distribution Automation • 161.005 CIM Applications and Development for Distribution Operations and Management • 161.006 Distribution Fast Simulation and Modeling • 161.007 Communications and Control Architecture Requirements for Integrating Demand Response, Customer Resources and Energy Efficiency Technologies • 161.008 Extension of Common Information Model to Integrate Demand Response, Customer Resources, and Energy Efficiency Trechnologies • 161.009 Designs for Interfacing Intelligent Building Controls for Demand Response, Energy Efficiency and Distributed Resources • 161.010 Infrastructure Living Laboratory – Assessment of Communication, Metering and Smart Device Cost, Benefit, Interoperability and Performance • 161.011 Security Information Sharing and Lessons Learned • 161.012 Security of High Speed, High Bandwidth Communications in Energy Management Systems • 161.013 Security Metrics for Energy Management Systems

23. Consórcio Intelligrid- Arquitetura Intelligrid -

24. Consórcio Intelligrid- Orçamento - U$ 60M anuais

25. Plataforma Tecnológica Européia para as Redes Elétricas do Futuro

26. FP6 Framework Programme Reuniu recursos, expertise e projetos diversos em andamento na CE (2002-2006) • melhor troca de informação • soluções inovadoras • coordenação European Technology Platform SMARTGRIDS

27. ETP Smartgrids- Objetivos - • Criar uma visão conjunta das redes de energia da Europa de 2020 e após • Participantes: • Indústrias • Empresas de transmissão • Empresas de distribuição • Institutos de pesquisa • Universidades • Órgãos • objetivos claros • estratégia ambiciosa EC 2006 Green Paper: “A European Strategy for Sustenaible, Competitive and Secure Energy”

28. ETP Smartgrids- Visão - • Redes: • Flexíveis (à prova da evolução) • Acessíveis (inclusive para fontes de energia renováveis e geração local c/baixa emissão de carbono) • Confiáveis • Econômicas (graças à inovação e gestão eficiente) • conjunto de soluções técnicas de rápida implantação e competitivas possibilitando redes atuais aceitar injeção de outras fontes de energia • harmonizar cronogramas de regulamentação e business em toda a Europa • estabelecer padrões e protocolos (interfaces abertas -independência de fornecedor) • desenvolver sistemas de informação, comunicação e informática que possibilitem maior eficiência às concessionárias e melhores serviços aos usuários • garantia de interfaceamento entre sistemas atual e futuro (interoperabilidade da automação e planos de controle)

29. ETP Smartgrids- Atores: Necessidades e Responsabilidades - • Usuários • Companhias de eletricidade • Prestadoras de serviços de energia • Provedores de tecnologias • Pesquisadores • Empresários • Órgãos reguladores • Agencias Governamentais • Provedores de soluções avançadas • Mão-de-obra capacitada

30. ETP Smartgrids- Motivadores - • Mercado Interno • Liberalização • Inovação e Competitividade • Preços baixos e eficiência • Segurança e Qualidade de Fornecimento: • Disponibilidade de energia primária • Confiabilidade e qualidade • Capacidade • Ambiente • Poluição • Mudanças climáticas • Preservação da natureza e da vida animal

31. Central power plant Offices Houses Storage CHP Micro turbines Fuel cells Industrial plants Wind turbines Virtual power plant ETP Smartgrids- Redes Futuras -

32. ETP Smartgrids- Porque “smarts”? - • Permitem que o usuário tenha papel ativo no fornecimento de energia. Gestão de demanda é uma fonte indireta de geração e economias são premiadas; • O novo sistema fornece maior eficiência à medida que novos enlaces são interligados através da Europa e permite troca eficiente de energia; • Condições ambientais são consideradas, graças à exploração de fontes de energia sustentáveis.

33. Off-shore wind Small hydro power Solar power plant Hydro power station Biomass Low emission power planr Local CCC Wave energy Microgrid HVDC link transformer Solar Solar Residential CHP Photovoltaic H2 production and Filling station Undergroud info and power transmission Demand side management CHP Micro storage of electricity Thermal storage Fuel cells SMES ETP Smartgrids- Visão da Rede Futura -

34. Ênfase no valor da energia Ênfase no valor da energia Ênfase no valor da informação Gerência Ativa Amanhã: Rede segura integrada combinando geração centralizada e DGs Hoje: Energia altamente centralizada e poucos DGs Estágio final Estágio intermediário Estágio inicial

35. Gerência Ativa A evolução da gerência ativa pode ser descrita como se segue: • Estágio Inicial: Ampliação do controle remoto e monitoramento de DG (geradores distribuídos) e RES (fontes de energ. renováveis) para facilitar maior atividade de conexão. Algumas conexões irão contar com contratos bilaterais com geradores distribuídos para serviços auxiliares.Regras deverão ser definidas para estabelecer os requisitos físicos e geográficos de contratação. • Estágio Intermediário: Um regime de gerência capaz de acomodar quantidades significativas de DG e RES devem ser definidas: características comerciais e de serviços locais e globais, adaptabilidade sem sobrecarga de informação, características de controle; • Estágio Final: Total gerência ativa de energia. Um regime de gerência de rede de distribuição usando comunicação em tempo real e controle remoto para atender a maior parte dos requisitos dos serviços da rede. As redes de transmissão e distribuição são ambas ativas, com funções de controle harmônicas e interagindo em tempo real e eficiente fluxo de energia.

36. ETP Smartgrids- Framework - Requisitos da rede e necessidades dos usuários Análise de exequibilidade e viabilidade comercial Projetos pilotos (teste para adoção plena) Adoção comercial Projetos Catalistas (p/achar soluções de problemas) Soluções e estratégias (técnicas, comerciais e regulatórias)

37. Projetos da Área de Energia - FP6 (2002–2006) -

38. Projetos (FP6) em- Sistemas de Energia Sustentáveis -

39. Projetos da Área de Energia - FP7 (2007–2013) -

40. AC Alternating Current CHP Combined Heat and Power CO2 Carbon Dioxide DG Distributed Generation DSM Demand Side Management ETP European Technology Platform EU European Union FACTS Flexible AC Transmission Systems GDP Gross Domestic Product GIL Gas Insulated Line HVDC High Voltage Direct Current ICT Information and Communication Technology IEA International Energy Agency NOx Nitrogen Oxides R&D Research and Development RES Renewable Energy Source RTD Research and Technological Development SO2 Sulphur Dioxide List of Acronyms