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i
GERENCIAMENTO PELO LADO DA DEMANDA EM ÁREAS RESIDENCIAIS
Nina Bordini Braga
Projeto de Graduação apresentado ao Curso de
Engenharia Elétrica da Escola Politécnica,
Universidade Federal do Rio de Janeiro, como
parte dos requisitos necessários à obtenção do
título de Engenheiro.
Orientador: Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing
Co-Orientadora: Rita Cavaliere, MSc
Rio de Janeiro
Fevereiro de 2014
ii
GERENCIAMENTO PELO LADO DA DEMANDA EM ÁREAS RESIDENCIAIS
Nina Bordini Braga
PROJETO DE GRADUAÇÃO SUBMETIDO AO CORPO DOCENTE DO CURSO
DE ENGENHARIA ELÉTRICA DA ESCOLA POLITÉCNICA DA UNIVERSIDADE
FEDERAL DO RIO DE JANEIRO COMO PARTE DOS REQUISITOS
NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE ENGENHEIRA
ELETRICISTA.
Examinado por:
___________________________________________________
Prof. Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing
___________________________________________________
Engª. Rita Cavaliere, MSc
___________________________________________________
Prof. Sergio Sami Hazan, Ph.D
RIO DE JANEIRO, RJ - BRASIL
FEVEREIRO DE 2014
iii
Braga, Nina Bordini
Gerenciamento pelo lado da demanda em áreas residenciais/
Nina Bordini Braga. - Rio de Janeiro: UFRJ/ Escola Politécnica,
2014.
XI, 64 p.: il.; 29,7 cm.
Orientador: Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing
Co-Orientadora: Rita Cavaliere, MSc
Projeto de Graduação – UFRJ/ Escola Politécnica/ Curso de
Engenharia Elétrica, 2014.
Referências Bibliográficas: p. 56.
1. Introdução. 2. Análise do Consumo de Energia Elétrica.
3. Gerenciamento pelo Lado da Demanda em Áreas Residenciais.
4. Redes Elétricas Inteligentes. 5. Conclusão e Sugestão de
Trabalhos Futuros. 6. Referências Bibliográficas. I. Suemitsu,
Walter Issamu II. Universidade Federal do Rio de Janeiro, Escola
Politécnica, Curso de Engenharia Elétrica. III. Gerenciamento pelo
lado da demanda em áreas residenciais.
iv
Resumo do Projeto de Graduação apresentado à Escola Politécnica/ UFRJ como parte
dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Engenheiro Eletricista.
Gerenciamento pelo lado da demanda em áreas residenciais
Nina Bordini Braga
Fevereiro de 2014
Orientador: Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing
Co-Orientadora: Rita Cavaliere, MSc
Curso: Engenharia Elétrica.
Medidas de eficiência energética surgiram na década de oitenta, logo após o choque do
petróleo, visto que o modelo de planejamento energético foi colocado em risco. Dentre
tais medidas, o Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD) se destacou, pois este
colabora para uma operação mais segura e econômica, uma vez que reduz a demanda
máxima, proporcionando assim a postergação da expansão com novas usinas, redes de
transmissão e distribuição de energia. Dessa forma, o Gerenciamento pelo Lado da
Demanda tornou-se uma ferramenta importante de planejamento para muitas
concessionárias de eletricidade. Este trabalho analisa o papel do GLD orientado às
residências, destacando o papel dos consumidores e do governo para o desempenho da
sua implantação discute seu estado atual de aplicação no Brasil. O presente trabalho
discute a estrutura para a incorporação do GLD, apresentando ideias sobre como tais
programas podem ser implementados e monitorados. Neste aspecto as redes elétricas
inteligentes são ressaltadas, ao permitir a geração de informações mais detalhadas e em
tempo real, analisando-se ainda, os desafios para sua implantação e possíveis soluções
para tal.
Palavras-chave: Gerenciamento pelo lado da demanda (GLD), Redes Elétricas
Inteligentes, Consumo, Curva de Carga, Demanda Máxima.
v
Abstract of Undergraduate Project presented to POLI/UFRJ as a partial fulfillment of
the requirements for the degree of Electrical Engineer.
Demand Side Management in Residential Areas
Nina Bordini Braga
February/2014
Advisors: Walter Issamu Suemitsu, Dr.Ing
Rita Cavaliere, MSc
Course: Electrical Engineering
Energy efficiency measures have emerged in the eighties, after the oil price shock, since
the model of energy planning was jeopardized. Among these measures, the Demand
Side Management (DSM) stood out, as this contributes to a safer and more economical
operation, since it reduces the maximum demand, thus providing the postponement of
expansion with new power plants, transmission and energy distribution. Thus the
Demand Side Management has become an important planning tool for many electricity
utility. This work examines the role of DSM oriented-residential, highlighting the role
of consumers and government for the performance of its implementation, discusses its
current state of implementation in Brazil. It provides a framework for incorporating
presenting ideas about how such programs can be implemented and monitored. In this
respect the smart grid are highlighted by allowing the generation of more detailed
information in real time, analyzing the challenges to its implementation and possible
solutions.
Keywords: Demand side management (DSM), Smart Grids, consumption, load curve,
Maximum Demand
vi
DEDICATÓRIA
À minha família, pelo apoio incondicional, pelo suporte, educação, amor e carinho.
vii
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais, Washington Luiz de Oliveira Braga e Maria da
Conceição Bordini Braga e aos meus irmãos, Carolina Bordini Braga, Ana Beatriz
Bordini Braga, Luiz Daniel Bordini Braga e Augusto Cesar Bordini Braga por todo
apoio e carinho incondicional durante esses anos.
Ao meu orientador, Prof. Walter Issamu Suemitsu, e a minha Co-Orientadora,
Eng.ª Rita Cavaliere, pela oportunidade e comprometimento, ensinamentos e dedicação
excepcional durante o desenvolvimento desse trabalho.
A amiga que fiz na faculdade e levarei para a vida, Mayara Cagido, pelo
companheirismo e amizade, motivando meu desenvolvimento como aluna.
Ao meu namorado, Rodrigo Mazza Guimarães, pelo amor, carinho, apoio e
companheirismo que me proporciona a cada dia.
Agradeço aos amigos que também acompanharam ao longo desta longa
caminhada e de alguma forma contribuíram pra minha formação pessoal e
profissional.
A Deus, por ter me iluminado ao longo de minha trajetória acadêmica.
viii
ÍNDICE
1. INTRODUÇÃO ........................................................................................................ 1 1.1. Objetivo ............................................................................................................. 3 1.2. Metodologia ....................................................................................................... 3 1.3. Estrutura do Trabalho ........................................................................................ 4
2. ANÁLISE DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL .................. 5 2.1. Considerações Gerais ......................................................................................... 5
2.1.1. Classificação dos consumidores ................................................................. 7
2.1.2. Consumo de Energia Elétrica nas Regiões do Brasil ................................. 7
2.2. Consumo de Energia nas Edificações Residenciais ........................................... 9 2.2.1. Curva de Carga de aparelhos elétricos ....................................................... 9
2.2.2. Participação dos Eletrodomésticos no consumo Residencial ................... 10
2.3. Estrutura Tarifária: Horário de Ponta e Fora de Ponta .................................... 10 2.4. Curva de Carga ................................................................................................ 11
2.4.1. Curva de Carga Residencial ..................................................................... 12
2.4.2. Curva de Carga Industrial: ........................................................................ 12
2.4.3. Curva de Carga Comercial ....................................................................... 13
2.4.4. Curva de Carga de Iluminação Pública .................................................... 13
2.5. O Problema do Período de Ponta ..................................................................... 14 2.6. Conclusão ......................................................................................................... 14
3. GERENCIAMENTO PELO LADO DA DEMANDA EM ÁREAS
RESIDENCIAIS ............................................................................................................. 16 3.1. Definição de Gerenciamento pelo Lado da Demanda ..................................... 16
3.2. Objetivos do GLD ............................................................................................ 17
3.3. Tipos de programas de GLD ............................................................................ 17 3.3.1. O GLD Indireto; ....................................................................................... 18
3.3.2. O GLD direto permitindo o controle direto da carga; .............................. 18
3.4. Estratégias para moldar a curva de carga ......................................................... 19
3.5. Impactos do GLD sobre a Sociedade e os Consumidores Residenciais .......... 21 3.6. Critérios analisados pelos consumidores na implementação de programas de
GLD 22
3.7. Gerenciamento pelo lado da demanda e tarifação dinâmica ............................ 23 3.8. Estrutura Tarifária ............................................................................................ 23
3.8.1. Modalidades Tarifárias ............................................................................. 24
3.8.2. Bandeira Tarifária ..................................................................................... 27
3.9. Eficiência Energética ....................................................................................... 28
3.9.1. Principais Mecanismos de Promoção à Eficiência energética e
Conservação no Brasil. ........................................................................................... 29
3.9.2. Críticas e Considerações ........................................................................... 37
3.10. Ações de GLD no Brasil .............................................................................. 37 3.11. Desafios para a Implantação do GLD no Brasil. .......................................... 38
3.11.1. Falta de Informação dos Consumidores ................................................ 38
ix
3.11.2. Questões sobre a aceitação do consumidor ........................................... 38
3.11.3. Restrições financeiras dos consumidores.............................................. 39
3.11.4. Desinteresse Governamental. ................................................................ 39
3.12. Aplicações Residenciais de GLD Baseada em Smart Grid .......................... 39
3.13. Conclusão ..................................................................................................... 40 4. REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES ................................................................ 41
4.1. Características das Redes Inteligentes ............................................................. 42 4.2. Componentes das Redes Elétricas Inteligentes X Rede Elétrica Atual ........... 43 4.3. Tecnologias e Infraestrutura para a Viabilização das Redes Elétricas
Inteligentes ................................................................................................................. 44 4.4. Motivadores para a implantação das Redes Elétricas Inteligentes no Brasil e no
Mundo ......................................................................................................................... 45 4.5. Projetos Pilotos de Redes Elétricas Inteligentes no Brasil .............................. 46 4.6. Desafios para a implantação da REI no Brasil................................................. 49
4.7. Conclusão ......................................................................................................... 50 5. CONCLUSÃO E SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS ............................ 52
5.1. Conclusão ......................................................................................................... 52 5.2. Sugestão de Trabalhos Futuros ........................................................................ 54
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 55 ANEXO I - Aplicação de Unidade de Gerenciamento de Energia local (LEMU) 59
Aplicação de Unidade de Gerenciamento de Energia local (LEMU) ........................ 59
Algoritmo do Gerenciamento da Energia ................................................................... 63
x
SUMÁRIO DE FIGURAS
Figura 1. Consumo de energia elétrica na rede [8] ........................................................... 6 Figura 2. Detalhamento do consumo energético nas diferentes regiões do Brasil. Fonte.
[8] ..................................................................................................................................... 8 Figura 3 Gráfico de consumo nas regiões do Brasil em [GWh] - adaptado de [8]. ......... 8 Figura 4 Curva de Carga de Eletrodomésticos. Fonte: [10]. .......................................... 10
Figura 5. Participação dos eletrodomésticos no consumo residencial em nível Brasil.
Fonte: [10]. ..................................................................................................................... 10 Figura 6. Curva de Carga típica. Fonte:[17] . ................................................................. 11 Figura 7. Curva de Carga Residencial Típica. Fonte [17]. ............................................. 12 Figura 8. Curva de Carga Industrial Típica. Fonte [17]. ................................................ 13
Figura 9. Curva de Carga Comercial Típica. Fonte [17]. ............................................... 13 Figura 10. Curva de Carga de Iluminação Pública Típica. Adaptado de [17]. ............... 14 Figura 11: Possibilidades do GLD: Fonte [6]. ................................................................ 19
Figura 12. Comparativo entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional. Fonte:[30]. .... 25 Figura 13. Selo Procel [2] ............................................................................................... 31 Figura 14. Exemplo de Etiqueta utilizada em refrigeradores. Fonte:[36] ...................... 34
Figura 15. A interação entre os diferentes domínios das redes Elétricas Inteligentes.
Fonte:[48]. ...................................................................................................................... 44
Figura 16. Motivadores Regionais das REI. Adaptado de: [4]. ...................................... 46 Figura 17. Projetos Piloto de REI no Brasil. Adaptado de [49]. .................................... 47 Figura 18. a) Representação esquemática da localização LEMU na casa ou aplicação
residencial. b) Conexão LEMU á rede pública. Fonte: Adaptado de [44]. .................... 60 Figura 19. Descrição do hardware LEMU e suas conexões. Fonte: Adaptado de[44]. .. 63
Figura 20. O algoritmo do gerenciamento da energia. Fonte:[44]. ................................ 63
xi
SUMÁRIO DE TABELAS
Tabela 1. Classes de Consumidores Fonte:[9].................................................................. 7
Tabela 2. Principais resultados energéticos das ações da Eletrobrás Procel em 2012 -
Adaptado de [33]. ........................................................................................................... 30 Tabela 3. Indicadores de resultados das ações da Eletrobrás Procel em 2012 - Adaptado
de [33]. ............................................................................................................................ 30
1
Capitulo 1
1. INTRODUÇÃO
Em março de 1973, houve o primeiro choque do petróleo que marcou o início de
uma nova era da economia mundial. Em razão disso, a aplicação de medidas de
eficiência energética passou a ser alvo de intenso estudo, visto que o modelo de
planejamento energético em vigor foi colocado em risco. Neste cenário, o
Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD) tornou-se uma ferramenta importante de
planejamento para muitas companhias de eletricidade. Juntamente com as políticas de
proteção ao meio ambiente, o GLD pode ser um instrumento eficaz contra o uso
ineficiente e irracional de energia.
Uma das maneiras mais modernas e utilizadas no mundo para conter a expansão
do consumo sem comprometer qualidade de vida e desenvolvimento econômico tem
sido o estímulo ao uso eficiente (Eficiência Energética). No Brasil, no que trata à
energia elétrica, esse estímulo tem sido aplicado desde 1985, quando o Ministério de
Minas e Energia (MME) criou o Procel (Programa Nacional de Conservação de Energia
Elétrica), de âmbito nacional e coordenado pela Eletrobrás [1].
O Procel visa promover o uso eficiente da energia elétrica, combatendo o
desperdício e reduzindo os custos e os investimentos setoriais. Dentro desta iniciativa
do governo federal, foi elaborado o Selo Procel, que orienta o consumidor na compra de
produtos, sinalizando aqueles com melhores níveis de eficiência energética. Também
estimula o desenvolvimento tecnológico de produtos mais eficientes e, como
consequência, a preservação ambiental [2].
Um dos modelos de eficiência energética que tem sido objeto de pesquisa e
projetos experimentais atualmente é o Gerenciamento pelo Lado da Demanda (GLD).
Suas ações apresentam-se como uma eficiente alternativa de otimização na utilização
2
dos recursos disponíveis, sendo necessária uma abordagem de longo prazo, com análise
de custo x benefício e a economia proporcionada pela postergação da expansão com
novas usinas e redes de transmissão e distribuição de energia. As soluções que o GLD
proporciona para atuação junto ao mercado consumidor colaboram para uma operação
mais segura e econômica, uma vez que reduzem a demanda máxima e as taxas de
retomada de carga durante o dia [3].
O modelo de rede elétrica inteligente, conhecido como Smart Grid, viabiliza e
otimiza a implantação do sistema de Gerenciamento pelo Lado da Demanda. Smart
Grid pode ser entendido como a rede que utiliza avançada tecnologia digital para
coordenar e monitorar o transporte de eletricidade em tempo real com fluxo de energia e
de informações bidirecionais entre o sistema de fornecimento de energia e o cliente final
[4], que são funções importantes para o GLD.
As vantagens das Redes Elétricas Inteligentes são diversas, começando pelo
combate à ineficiência energética, uma vez que as concessionárias terão um maior
controle sobre os “caminhos” da eletricidade até a casa do cliente [5]. Além disso, como
o Smart Grid possibilita monitoramento em tempo real, no qual se permite que a
distribuidora saiba remotamente, a quantidade da energia que está sendo consumida em
cada domicílio, tanto a empresa fornecedora quanto os clientes terão como acompanhar
de maneira mais próxima e frequente o consumo. Isso fará com que as pessoas tenham
maior controle sobre seus gastos com o consumo de energia e a concessionária conheça
melhor os hábitos dos seus clientes. A tecnologia também permitirá que sejam
estabelecidas tarifas diferenciadas conforme o período do dia e conforme o consumo.
O principal ponto de discussão sobre a instalação de Smart Grids no Brasil é
que, com todas essas inovações, a implantação do serviço demanda grandes
investimentos por parte das concessionárias de energia, que precisam incorporar
3
sistemas de telecomunicações em suas estruturas para dar conta do desenvolvimento
desses processos. Este talvez seja o principal obstáculo para a implantação do sistema
no País, onde as relações custo-benefício ainda não se mostram equilibradas [5].
1.1. Objetivo
Este trabalho tem como objetivo apresentar de forma direta e concisa os
principais requisitos e métodos desenvolvidos no Gerenciamento pelo Lado da
Demanda (GLD) em áreas residenciais, destacando os grandes desafios para a
implementação do mesmo no Brasil e as possíveis soluções para tal.
1.2. Metodologia
A metodologia utilizada neste estudo foi a pesquisa bibliográfica, visto que ela
oferece meios que auxiliam na definição e resolução dos problemas já conhecidos,
como também possibilita explorar áreas onde os mesmos ainda não se concretizaram
suficientemente. Possibilita também que um tema seja analisado sob novo enfoque ou
abordagem, produzindo novas conclusões.
O tema abordado foi o Gerenciamento pelo Lado da Demanda em Áreas
Residenciais, e em sua pesquisa bibliográfica foram consultadas acervos da Agência
Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), Programa Nacional de Conservação de Energia
Elétrica (PROCEL), Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), Centro de Gestão e
Estudos Estratégicos (CGEE), Empresa de Pesquisa Energética (EPE) entre outras.
Os materiais utilizados para a elaboração deste trabalho são de livre acesso,
consultados por meio de livros, artigos, páginas na Internet e teses. O material
bibliográfico foi primeiramente examinado com leitura dinâmica e, posteriormente,
estudado detalhadamente.
4
1.3. Estrutura do Trabalho
Além do presente capítulo, que mostrou um breve contexto do trabalho,
principais objetivos e sua justificativa, estruturou-se o mesmo com mais cinco capítulos.
No segundo capítulo, foram analisados o consumo de energia elétrica no Brasil,
sua curva de carga e os esforços para manter a ponta do sistema elétrico Brasileiro em
atividade.
O terceiro capítulo está centrado na definição do Gerenciamento pelo Lado da
Demanda e nas soluções que o GLD proporciona para atuação junto ao mercado
consumidor residencial. Foram apresentadas as possibilidades e algumas experiências
no Brasil de Gerenciamento pelo Lado da Demanda.
Já no quarto capítulo do trabalho é definido o conceito de Smart Grid associado
à noção de uma avançada infraestrutura de medição para prover o gerenciamento pelo
Lado da Demanda.
Finalizando, o quinto e sexto capítulos apresentam respectivamente as
conclusões do trabalho e a referência bibliográfica, além de um anexo sobre aplicação
de Smart Grid.
5
Capítulo 2
2. ANÁLISE DO CONSUMO DE ENERGIA ELÉTRICA DO BRASIL
Este capítulo tem como finalidade, descrever e analisar o consumo de energia
elétrica no Brasil e em suas diferentes regiões, tendo como foco o setor residencial, que
é um dos principais contribuintes para o pico do sistema. Portanto, é fundamental
conhecer diferentes usos finais nas residências, tais como aquecimento, refrigeração ou
iluminação, que contribuem para a curva de carga no momento do pico, descrevendo
ainda a problemática do período de ponta para o sistema elétrico.
2.1. Considerações Gerais
O Gerenciamento pelo Lado da Demanda é o planejamento e a implementação,
que envolve ações das concessionárias destinadas a influenciar nos consumidores de
forma a produzir alterações desejadas na curva de carga [6]. Portanto para sua análise é
necessário conhecer o perfil de consumo das regiões de atuação, assim sendo, nesse
capítulo será analisado o consumo de energia elétrica do Brasil.
O consumo de energia é um dos principais indicadores do desenvolvimento
econômico e do nível de qualidade de vida de qualquer sociedade. Ele reflete tanto o
ritmo de atividade dos setores industrial, comercial e de serviços, quanto a capacidade
da população para adquirir bens e serviços tecnologicamente mais avançados, como
automóveis (que demandam combustíveis), eletrodomésticos e eletroeletrônicos (que
exigem acesso à rede elétrica e pressionam o consumo de energia elétrica) [1].
O crescimento econômico do País tem requerido um aumento na disponibilidade
e fornecimento de insumos energéticos. Nesse cenário, a energia elétrica apresenta uma
participação ascendente ao longo dos anos. A presença da energia elétrica nos mais
diversos setores da economia fez com que a mesma adquirisse grande importância, e o
seu consumo racional tornou-se crucial para manter e assegurar a oferta [7].
6
De acordo com a Empresa de Pesquisa Energética [8], o crescimento do
consumo de energia elétrica na rede no ano de 2012 foi liderado pelos setores de
comércio e serviços (+7,9%) e residencial (+5,0%), que juntos, somaram 185 TWh,
representando cerca de 43% do total consumido. A consulta a esta edição mostra que
em 2012 foram consumidos 448,1TWh através da rede de distribuição, valor 3,5%
acima do consumido em 2011 e com um consumo per capita de 2.545 kWh, como
mostra na Figura 1.
Figura 1. Consumo de energia elétrica na rede [8]
Em 2020, estima-se que o consumo de energia elétrica será 61% superior ao ano
de 2010, atingindo 730TWh. A indústria nacional tem importante papel nessa expansão,
sendo responsável por 138TWh dos 277TWh adicionais de consumo de eletricidade
nesse período [8].
7
2.1.1. Classificação dos consumidores
No Brasil, as unidades consumidoras são classificadas em dois grupos tarifários:
Grupo A (alta tensão) e Grupo B (baixa tensão). O agrupamento é definido,
principalmente, em função do nível de tensão em que são atendidos e também, como
consequência, em função da demanda (kW) [9].
Tabela 1. Classes de Consumidores Fonte:[9].
Nível de Tensão Tipo de Consumidor
B1 Residencial
B2 Rural
B3 Poder Público
B4 Iluminação Pública
A1 Geral em 230 kV
A2 Geral em 138 kV
A3 Geral em 69 kV
A4 Geral em 13,8 kV
A classe de consumidores a ser estudada neste trabalho é a de nível de tensão
B1, que segundo a ANEEL, é caracterizado por unidades consumidoras atendidas em
tensão inferior a 2,3 kV, a qual corresponde a consumidores residenciais.
2.1.2. Consumo de Energia Elétrica nas Regiões do Brasil
O Brasil é um país de dimensões continentais, com grandes defasagens
socioeconômicas. As regiões do Brasil apresentam intensas diferenças, seja no clima, na
cultura, no tipo de colonização, no desenvolvimento industrial e agropecuário, na
disponibilidade de recursos minerais ou nas políticas governamentais de cada estado da
federação [10].
Em razão, disso o consumo de energia elétrica se distingue em cada região do
Brasil, como é mostrado na Figura 2 e na Figura 3.
8
Figura 2. Detalhamento do consumo energético nas diferentes regiões do Brasil. Fonte. [8]
Figura 3 Gráfico de consumo nas regiões do Brasil em [GWh] - adaptado de [8].
29.049
75.610
30.718
235.237
77.503
0
50.000
100.000
150.000
200.000
250.000
Consumo de Energia nas Regiões do Brasil [GWh]
Norte Nordeste Centro-Oeste Sudeste Sul
9
Como podemos inferir da Figura 3 a região Sudeste representa 52,5% do consumo
total brasileiro, seguida da região Sul com 17,2%, da região Nordeste com 16,9%, da
região Centro-Oeste com 6,9% e por último da região Norte com 6,5%.
2.2. Consumo de Energia nas Edificações Residenciais
Segundo [11] atualmente o consumo energético residencial no Brasil representa
cerca de 26% do total da energia elétrica consumida no país, perdendo apenas para o
setor Industrial, que representa aproximadamente 43%. Dessa forma o setor residencial
tem grande destaque para programas de conservação da energia e no nosso estudo
especificamente de Gerenciamento pelo Lado da Demanda em áreas residenciais.
O consumo residencial de energia é considerado como o consumo realizado pelos
usuários em suas unidades residenciais para os fins específicos de funcionamento de
seus equipamentos elétricos e para o funcionamento do domicílio como um todo, não
devendo ser consideradas as atividades comerciais que alguns consumidores realizam
[12].
2.2.1. Curva de Carga de aparelhos elétricos
Pelo fato do setor residencial ser um dos principais contribuintes para a ponta de
carga do sistema, torna-se importante conhecer o comportamento dos diferentes
aparelhos eletroeletrônicos nos usos finais das residências, tais como aquecimento,
refrigeração ou iluminação, como contribuem para a curva de carga no momento do
pico e também em outras horas do dia [13], como mostrado na Figura 4.
10
Figura 4 Curva de Carga de Eletrodomésticos. Fonte: [10].
2.2.2. Participação dos Eletrodomésticos no consumo Residencial
Na Figura 5 é mostrada a participação dos eletrodomésticos mais importantes no
consumo médio domiciliar, em nível Brasil. Esta mostra que o chuveiro elétrico, a
geladeira, o condicionamento ambiental e as lâmpadas, conferem maior peso no
consumo final de energia elétrica da classe residencial.
Figura 5. Participação dos eletrodomésticos no consumo residencial em nível Brasil. Fonte:
[10].
2.3. Estrutura Tarifária: Horário de Ponta e Fora de Ponta
A resolução ANEEL 456/2000, depois complementada pela Resolução ANEEL
090/2001, definiu horário de ponta e fora de ponta da seguinte forma [14]:
11
Horário de Ponta (P)
É o período definido pela concessionária e composto por três horas diárias
consecutivas, exceção feita aos sábados, domingos, terça feira de carnaval, sexta feira
da paixão, “corpus Christi”, dia de finados e os demais feriados definidos por lei
federal, considerando as características do seu Sistema Elétrico.
Horário Fora de Ponta (F)
Período composto pelo conjunto das horas diárias consecutivas e complementares
àquelas definidas no horário de ponta.
2.4. Curva de Carga
De acordo com [15] a curva de carga é o registro horário, em um período diário,
das demandas de capacidade, podendo ser, excepcionalmente para período semanal,
mensal ou anual.
A curva de Carga típica é mostrada na Figura 6, ela é o “somatório” das curvas
de cargas típicas: residencial, comercial, industrial e de iluminação pública, que serão
descritas a seguir, segundo [16].
Figura 6. Curva de Carga típica. Fonte:[17] .
12
2.4.1. Curva de Carga Residencial
A curva de carga residencial tem crescimento ao longo do dia, acentuando seu
crescimento a partir das 17:00 horas, visto que é o horário a partir do qual as pessoas
começam a retornar para suas residências após o trabalho/escola. Seu pico (consumo
máximo) ocorre por volta das 20:00 horas, período em que há maior uso dos
eletrodomésticos e principalmente dos chuveiros elétricos, como mostra a Figura 7. Seu
formato típico é dado apenas em dias úteis e desconsiderando finais de novelas, jogos
importantes etc. Pois nesses casos há uma queda brusca de consumo no início dos
mesmos e aumento na demanda de energia no intervalo da novela ou do jogo.
Figura 7. Curva de Carga Residencial Típica. Fonte [17].
2.4.2. Curva de Carga Industrial:
No consumo industrial, a demanda média flutua em torno de um determinado
valor no horário fora de ponta com uma acentuada queda no horário de ponta (período
de maior carregamento do sistema). No período de ponta, a tarifa de energia e demanda
elétrica são mais caras para os consumidores industriais, dessa forma seu consumo
tende a cair e volta ao término do horário de ponta, como mostrado na Figura 8.
13
Figura 8. Curva de Carga Industrial Típica. Fonte [17].
2.4.3. Curva de Carga Comercial
Para a curva de carga comercial, a demanda é bastante elevada durante o horário
comercial, tendo seu pico por volta das 19h, quando todos os sistemas de iluminação
desse setor estão ligados. Há um ligeiro declínio na hora do almoço, após o horário
comercial, há redução da demanda, em virtude do fechamento dos estabelecimentos
comerciais, como mostrado na Figura 9.
Figura 9. Curva de Carga Comercial Típica. Fonte [17].
2.4.4. Curva de Carga de Iluminação Pública
Caracteriza-se por demandar energia constante durante a noite/madrugada e por
não demandar energia durante o período diurno, quando há iluminação natural. A
mesma é bastante influenciada pela adoção do horário de verão, visto que, se desloca o
14
momento em que a iluminação pública é acionada, estimulando a redução na demanda
de energia no período de pico. Sua forma típica é mostrada na Figura 10.
Figura 10. Curva de Carga de Iluminação Pública Típica. Adaptado de [17].
2.5. O Problema do Período de Ponta
O sistema elétrico é projetado para o atendimento de uma dada potência, no caso
a ponta. Desta forma, paga-se um alto preço, pela expansão do sistema elétrico para a
utilização de energia elétrica por um curto tempo. Durante todo o tempo do período fora
de ponta, uma fração do investimento feito satisfaria as necessidades dos consumidores.
Consequentemente, subtrair consumo de energia da ponta significa uma melhor
utilização das instalações e o adiamento de novos investimentos, problemas sociais e
ambientais, revertendo em menores custos de energia para o consumidor [18].
2.6. Conclusão
Neste capítulo foi traçado o perfil de consumo de energia elétrica do Brasil, com
foco no setor residencial, mostrando a participação dos eletrodomésticos no consumo de
energia, a curva de carga de cada segmento e a problemática do período de ponta.
Foi possível observar que o consumo de energia elétrica brasileiro não é
uniforme, concentrado principalmente na região Sudeste, representando 52,5% do
consumo total, os outros 47,5% estão distribuídos, de maneira diferenciada, pelas quatro
15
regiões restantes. Essa discrepância está associada a uma série de questões históricas,
incluindo o grau de urbanização, o desenvolvimento industrial e as políticas
governamentais de cada estado da federação. No que diz respeito aos eletrodomésticos,
aqueles que conferem maior peso no consumo final de energia elétrica da classe
residencial são o chuveiro elétrico, a geladeira e aparelhos de condicionamento
ambiental.
Desse modo, o Sudeste é a região que mais contribui para o pico da curva de
carga entre o horário de 18h às 21h e os eletrodomésticos que mais contribuem no
consumo médio domiciliar são, o chuveiro elétrico, a geladeira e aparelhos de
condicionamento ambiental. Tais informações são de extrema importância para a
aplicação do GLD no Brasil, consequentemente para o atual trabalho, na medida em
que, o princípio básico do GLD é deslocar a demanda dos horários de pico para os
horários fora de pico, portanto é necessário conhecer o perfil de consumo das regiões de
atuação.
16
Capítulo 3
3. GERENCIAMENTO PELO LADO DA DEMANDA EM ÁREAS RESIDENCIAIS
Nesse capitulo será apresentada a conceituação de Gerenciamento pelo Lado da
Demanda com foco para aplicação em consumidores residenciais e as ferramentas
necessárias para a compreensão e análise deste.
Analisa-se ainda, neste capítulo, o objetivo de programas de GLD, os tipos, seus
impactos sobre a sociedade e sobre os consumidores residenciais, os critérios
analisados, as estratégias para moldar a curva de carga e a atual à estrutura tarifária
Brasileira. Também serão apresentados, de forma crítica, os principais mecanismos de
promoção de eficiência energética e as possíveis ações de GLD no Brasil, destacando-se
os grandes desafios para a implantação deste no país.
3.1. Definição de Gerenciamento pelo Lado da Demanda
O Gerenciamento pelo Lado da Demanda, GLD (DSM, do inglês Demand Side
Management) é o planejamento e a implementação, que envolvem ações das
concessionárias destinadas a influenciar os consumidores de forma a produzir alterações
desejadas na curva de carga. Estas atividades englobam: Gerenciamento de carga,
conservação estratégica, eletrificação, geração de energia pelo lado do consumidor,
substituição de equipamentos obsoletos por mais eficientes e estratégias para o
crescimento da participação no mercado. Para que a capacidade da implementação seja
bem sucedida, deve haver um equilíbrio das necessidades de serviços públicos junto ao
cliente [6].
O GLD permite um uso mais eficaz dos recursos existentes, incluindo os
ambientais, tornando possível postergar ou até mesmo cancelar a construção de novas
usinas geradoras e as correspondentes instalações de transmissão e distribuição para
escoamento da energia elétrica, possibilitando assim uma significativa economia [19].
17
Em razão disso, os programas de Gerenciamento pelo Lado da Demanda
assumem uma importância adicional para o Setor Elétrico Brasileiro, visto que são uma
reação ao impasse: mercado consumidor que se expande sem que haja recursos
disponíveis para novos investimentos a médio e curto prazo [20].
Dessa forma, programas de GLD trazem benefícios para a sociedade em geral:
as concessionárias de energia elétrica têm mais uma alternativa no planejamento da
matriz energética, os consumidores têm suas despesas com energia reduzidas e a
sociedade usufrui com a melhor utilização dos recursos disponíveis, acarretando em
menos agressão ao meio ambiente.
3.2. Objetivos do GLD
Segundo [21], os objetivos do Gerenciamento pelo Lado da Demanda são:
Melhorar a confiabilidade da rede;
Reduzir picos de consumo e a demanda total de energia;
Deslocamento de carga quando o sistema estiver operando próximo à capacidade
de geração.
Aumentar a eficiência energética melhorando o balanceamento da rede;
Gerenciar os gastos com energia;
Proporcionar um maior controle dos equipamentos;
Favorecer a geração distribuída;
Aumentar a utilização e o fator de carga das unidades geradoras;
3.3. Tipos de programas de GLD
Os programas de Gerenciamento pelo Lado da Demanda podem ser divididos
em duas categorias; o GLD direto, no qual a concessionária determina as cargas a serem
desconectadas ou reduzidas, conforme condições especificadas em um contrato de
interrupção com o consumidor, ou ainda o GLD indireto onde o próprio consumidor
18
remaneja sua demanda em resposta a sinais de preço gerados pela concessionária [22].
Segue abaixo a descrição de cada um.
3.3.1. O GLD Indireto;
São programas que não permitem o controle direto da carga. Esses programas
provocam alterações na curva de carga mediante mudanças induzidas nos hábitos de
consumo de energia elétrica [23], como exemplo, as tarifas variáveis no tempo,
incentivando os clientes a consumirem em horários fora de ponta; programas de
educação do consumidor, procurando ensinar o cliente como conservar a energia;
programas envolvendo publicidade e marketing para estimular os consumidores a
conservar a energia e programas governamentais dando descontos em aparelhos
modernos, mais eficientes que consomem menos energia elétrica.
3.3.2. O GLD direto permitindo o controle direto da carga;
O controle de carga direto, DLC (do ingles, Direct load control), permite que a
concessionária controle remotamente o funcionamento de determinados aparelhos,
podendo ligar/desligar aparelhos específicos, fora e durante os períodos de pico de
demanda e eventos críticos. O DLC é baseado em um acordo facultativo entre a
concessionária e o cliente, onde este que participa do programa recebe uma
compensação na conta de energia elétrica, ou seja, a conta de luz é reduzida [24].
As aplicações mais comuns são em ar condicionado, aquecedores de água e
bombas de piscina, classificados como aparelhos “interruptíveis”, podendo ser pausado
e religado. Equipamentos “não-interruptíveis”, como máquinas de lavar e máquinas de
lavar louça, precisam ser operados continuamente e não se aplicam a uma política
baseada em DLC [25].
No Brasil ainda não há programas de controle direto de carga, e ainda são
poucos significativos os esforços para sua implantação. Já nos Estados Unidos, a
19
implantação de DLC, em 2012, foi a estratégia com maior impacto na redução de picos
de demanda de consumo, reafirmando sua eficácia [26].
3.4. Estratégias para moldar a curva de carga
O GLD proporciona para atuação junto ao mercado consumidor uma operação
mais segura e econômica, uma vez que reduzem a demanda máxima e as taxas de
retomada de carga durante o dia [3].
Nesse cenário, existem seis estratégias para moldar a curva de carga, mostradas
na Figura 11 e descritas abaixo: conservação estratégica, crescimento estratégico da
carga, curva de carga flexível, deslocamento de carga, preenchimento de vales e
redução do pico [6].
Figura 11: Possibilidades do GLD: Fonte [6].
i) Conservação estratégica (strategic conservation):
As concessionárias adotam programas para incentivar o uso eficiente de energia
elétrica, a fim de reduzir a demanda não somente no horário de ponta, mas durante as
20
outras horas do dia. Isso pode reduzir o custo médio de combustível e postergar a
necessidade para adição futura de capacidade de transmissão, geração e distribuição.
ii) Crescimento estratégico da carga (strategic load growth):
É proporcionado por meio do incentivo a adoção de tecnologias baseadas em
eletricidade para substituir equipamentos ineficientes baseados em combustíveis fósseis
ou para melhorar a produtividade do consumidor e sua qualidade de vida. Isso reduz o
custo médio de serviço ao distribuir custos fixos sobre uma base maior de vendas de
energia, além de beneficiar todos os consumidores.
iii) Curva de carga flexível (flexible load shape):
Conceito relacionado à confiabilidade. No planejamento futuro, que deve
englobar o estudo da oferta e da demanda, a carga poderá ser flexível se forem dadas
aos consumidores opções de qualidade do serviço, que variam conforme o preço. Este
programa envolve carga não interrompível, gerenciamento integrado da energia e
aparelhos individuais de controle.
iv) Deslocamento da carga (load shifting):
Esta técnica de gerenciamento de carga incentiva os consumidores a deslocarem
o consumo de energia elétrica do horário de pico para o horário fora do pico. Desse
modo, essa técnica combina os efeitos do corte de ponta e do preenchimento de vale. É
feito por meio de incentivos financeiros, impondo tarifas elevadas no horário de pico,
com tarifas mais baixas nos momento de menor carregamento do sistema,
impulsionando assim a transferência de carga para esses horários.
v) Preenchimento de vales (valley filling):
Este método incentiva o cliente a consumir mais energia elétrica durante
períodos em que a concessionária gera energia a custos mais baixos. Sua consequência
pode ser a redução dos custos de serviço por distribuir os custos fixos de capacidade
21
sobre uma base maior de venda de energia e também por diminuir custos médios de
combustível.
vi) Rebaixamento de pico (peak clipping):
Uma das formas mais clássicas de gerenciamento de carga. Ele é definido como
a redução da carga de ponta, conseguido geralmente através do controle direto de carga
(desligamento de aparelhos através das concessionárias) e pela tarifação horária. Este
método pode reduzir os custos da concessionária, visto que a necessidade de operar suas
unidades de geração mais caras é reduzida e também por postergar investimentos na
expansão da capacidade de geração, transmissão e distribuição.
3.5. Impactos do GLD sobre a Sociedade e os Consumidores Residenciais
Segundo [23] os programas de GLD geralmente afetam o uso da demanda e
energia dos consumidores com auxílio de quatro recursos:
Promovendo alterações nas instalações e nos aparelhos de energia elétrica;
Incentivar o consumidor a reformar instalações elétricas antigas e comprar
aparelhos mais modernos e eficientes.
Alterando o modo de uso dos aparelhos existentes;
Através de programas de controle direto de determinadas cargas por conta da
concessionária, em que tais cargas são desligadas, automaticamente, a intervalos
regulares durante o dia, resultando descontos na conta de luz do consumidor, ou ainda,
modificações sugeridas nas residências dos usuários, propondo isolamentos adicionais
ou janelas mais apropriadas à conservação ambiental.
Mudando os hábitos dos consumidores em relação à utilização da energia
elétrica;
Mudanças nos hábitos dos consumidores, por meio de programas educativos e
campanhas de marketing.
22
Tarifas variáveis no tempo;
O uso de tarifas variando ao longo do dia procura sinalizar aos consumidores
que o custo de produção da energia não é uniforme, existindo períodos no qual ele é
mais caro (horário de ponta) e horas no qual é mais barato (fora de ponta). Desse modo,
esta estrutura tarifária procura incentivar o cliente a consumir mais energia elétrica fora
do horário de ponta, em que a tarifa é mais barata.
3.6. Critérios analisados pelos consumidores na implementação de programas de
GLD
Os consumidores julgam os seguintes itens ao analisarem os possíveis impactos
de programas de GLD que lhes são ofertados [23];
Incentivos oferecidos para sua adesão;
Para aderir ao programa os consumidores precisam de incentivos que venham de
encontro aos seus interesses. Como por exemplo, a redução do custo tarifário ao adotar
programas de controle direto de cargas.
O grau de severidade dos programas;
Nesse caso o programa é avaliado de acordo com sua severidade, isto é, não será
aceito pelos clientes se levar a cortes extremos de eletricidade, como exemplo: em
dias de verão, aparelhos de ar condicionado serem desligados por várias horas.
As modificações no estilo de vida que podem ser ocasionadas pelo programa;
Se o programa afetar demasiadamente o estilo de vida dos consumidores, ele
pode não ser aceito.
Considerações estéticas;
Procura-se verificar se os equipamentos a serem instalados, como equipamentos
para controle direto da carga, alterarão a estética e a arquitetura das residências.
23
Serviços oferecidos aos consumidores;
Verifica-se o nível de comunicação com a concessionária, o padrão e a qualidade
das instalações, dos equipamentos, e do atendimento em caso de manutenção.
3.7. Gerenciamento pelo lado da demanda e tarifação dinâmica
Uma das maiores preocupações do setor regulado de energia elétrica é a busca
por padrões de consumo que sejam capazes de administrar, de forma consciente e no
curto prazo, os picos de consumo, ao mesmo tempo em que, sem reduzir o bem-estar
propiciado pelo uso de energia, reduzam a demanda futura de longo prazo. O
instrumento regulatório à disposição para balancear esses objetivos é a tarifa, que
incentivadas são provavelmente o instrumento mais relevante em muitos programas de
GLD. O gerenciamento das tarifas pelo lado da demanda é uma das ferramentas que
pode promover um uso mais racional dos recursos [27].
Recentemente a estrutura tarifária brasileira sofreu intensas mudanças, a fim de
alcançar tais objetivos. A seguir será descrita a estrutura tarifária brasileira atual,
destacando a tarifa branca, que demonstra tal mudança.
3.8. Estrutura Tarifária
Estrutura Tarifária é a forma como os diversos tipos de consumidores pagam pelo
uso da energia elétrica, divididos por subgrupos e modalidades de tarifas de acordo com
horas de uso, nível de tensão e localização [28].
É quase impossível tratar do tema Gerenciamento pelo Lado da Demanda sem falar
sobre Tarifas. Em praticamente todos os programas, uma modalidade especial é criada
ou algum tipo de incentivo é dado aos participantes.
24
3.8.1. Modalidades Tarifárias
Como o atual trabalho se restringe para áreas residenciais, focaremos na estrutura
tarifária para o grupo B1. Sobre as modalidades tarifárias para o grupo B, a proposta
consiste de duas modalidades tarifárias, descritas segundo a [29]:
Modalidade Tarifa convencional: Monômia1, com um preço de consumo de
energia em R$/MWh sem distinção horária. A modalidade convencional já vem sendo
aplicada.
Modalidade Tarifa branca: Monômia, com três preços de consumo de energia em
R$/MWh, de acordo com os postos tarifários.
3.8.1.1.Tarifa Branca
Segundo a ANEEL, ainda em 2014 os consumidores terão acesso à Tarifa
Branca. Ela é uma nova opção de tarifa que sinaliza aos consumidores a variação do
valor da energia conforme o dia e o horário do consumo. A mesma será oferecida
para as instalações em baixa tensão (127, 220, 380 ou 440 Volts).
A proposta da tarifa branca é incentivar os clientes a deslocarem o consumo dos
períodos de ponta para aqueles em que a distribuição de energia elétrica tem
capacidade ociosa, nos quais a tarifa é mais barata, reduzindo o valor da fatura no
fim do mês e a necessidade de ampliação da rede da distribuidora para atendimento
do horário de pico. A tarifa branca será facultativa, e caso o cliente não pretenda
modificar seus hábitos de consumo, a tarifa convencional continuará disponível
[30].
A Tarifa Branca funcionará da seguinte forma: Nos dias úteis, o valor Tarifa
Branca varia em três horários: ponta, intermediário e fora de ponta. Na ponta e no
1 Conforme estabelecido na resolução 414/2010 da ANEEL tarifa Monômia é a tarifa de fornecimento de
energia elétrica constituída por preços aplicáveis unicamente ao consumo de energia elétrica ativa e
consumidor residencial é definido como unidade consumidora com fim residencial e baixa renda, com
regulamento específico.
25
intermediário (das 17h às 18h e das 22h às 23h), a energia é mais cara. Fora de
ponta, é mais barata. Nos finais de semana e feriados nacionais, o valor é sempre
fora de ponta como é mostrado na Figura 12.
Figura 12. Comparativo entre a Tarifa Branca e a Tarifa Convencional. Fonte:[30].
De acordo com a ANEEL é importante que o consumidor, antes de optar pela
Tarifa Branca, conheça seu perfil de consumo e a relação entre a Tarifa Branca e a
Tarifa Convencional. A Tarifa Branca não é recomendada se o consumo for maior nos
períodos de ponta e intermediário e não houver possibilidade de transferência do uso
dessa energia elétrica para o período fora de ponta. Quanto mais o consumidor deslocar
seu consumo para o período fora de ponta e quanto maior for a diferença entre essas
duas Tarifas, maiores são os benefícios da Tarifa Branca.
Segundo a ANEEL foram propostas as seguintes regras na audiência Pública nº
43/2013:
26
A adesão será uma opção do consumidor, e a solicitação deverá ser atendida pela
distribuidora em até 30 dias;
A opção pela modalidade tarifária Branca poderá ser exercida por todos os
titulares de unidades atendidas em baixa tensão, exceto aquelas classificadas
como iluminação pública ou que façam uso do sistema de pré-pagamento;
A adesão de uma nova ligação, no caso de o consumidor querer iniciar o
fornecimento com aplicação da modalidade tarifária Branca, deve ser atendida
pela distribuidora dentro dos prazos definidos pela Resolução Normativa nº
414/2010 (máximo de 5 dias em área urbana e 10 dias em área rural);
O consumidor poderá retornar à Tarifa Convencional a qualquer tempo, devendo
ser atendido pela distribuidora em até 30 dias. Na hipótese desse retorno à
Convencional, uma nova adesão à Tarifa Branca só seria possível após o decurso
de 180 dias;
Os custos relativos ao medidor e à sua instalação são de responsabilidade da
distribuidora; eventuais custos para alterações no padrão de entrada da unidade
consumidora competem ao solicitante;
O consumidor poderá solicitar um medidor com funcionalidades adicionais,
devendo porém arcar com a diferença de preço desse equipamento em relação ao
medidor normal;
A fatura deverá discriminar os valores de consumo em cada período (ponta, fora
de ponta e intermediário);
Os descontos da Tarifa Social devem ser concedidos de forma progressiva,
observados os respectivos períodos em que tenha ocorrido o consumo e
aplicados os descontos da faixa de consumo seguinte somente quando
ultrapassado o limite máximo de consumo da faixa anterior.
27
3.8.2. Bandeira Tarifária
Além da Tarifa Branca, o sistema tarifário brasileiro sofrerá outra mudança, o
sistema de Bandeiras Tarifárias, que será válida a partir de 2015. O sistema possui três
bandeiras: verde, amarela e vermelha e segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica
(ANEEL), as bandeiras funcionam como um “semáforo de trânsito”, indicando se a
energia custará mais ou menos, em função das condições de geração de eletricidade e se
refletirão em diferença de tarifa para o consumidor.
Bandeira verde: condições favoráveis de geração de energia. A tarifa não sofre
nenhum acréscimo;
Bandeira amarela: Indica um sinal de atenção, pois as condições de geração
estão menos favoráveis. A tarifa sofre acréscimo de R$ 1,50 para cada 100
quilowatt-hora (kWh) consumidos;
Bandeira vermelha: Indica que a situação anterior está se agravando, isto é,
condições mais custosas de geração. A tarifa sofre acréscimo de R$ 3,00 para
cada 100 kWh consumidos.
As Bandeiras Tarifárias não representaram um custo a mais na conta de luz, e
sim, são apenas uma forma diferente de indicar um custo que consta na conta, que
geralmente passa despercebido pelos consumidores. Atualmente, os custos com compra
de energia pelas distribuidoras são incluídos no cálculo de reajuste das tarifas dessas
distribuidoras e são repassados aos consumidores um ano depois de ocorridos, quando a
tarifa reajustada passa a valer. Com as bandeiras, haverá a sinalização mensal do custo
de geração da energia elétrica que será cobrada do consumidor, com acréscimo das
bandeiras amarela e vermelha [31].
Essa sinalização concede ao consumidor a oportunidade de adaptar seu consumo
de energia elétrica, gerenciando melhor o mesmo e reduzindo o valor da conta de luz. O
28
público alvo das Bandeiras Tarifárias serão todos os consumidores do Sistema
Interligado Nacional (SIN), de alta e baixa tensão.
3.9. Eficiência Energética
A eficiência energética é uma importante ferramenta no atendimento à
demanda, ela entrou em pauta mundial a partir de 1970 com o choque do petróleo, no
qual o uso das reservas de recursos fósseis obteve um aumento expressivo em seu custo.
Como resultado constatou-se que dado serviço poderia ser realizado com um gasto de
energia reduzido e, portanto com reduzidos impactos ambientais, sociais, culturais e
econômicos.
Hábitos de consumo e aparelhos começaram a ser considerados em termos da
conservação da energia, tendo sido apresentado que diversas iniciativas que resultam em
maior eficiência energética são economicamente viáveis, isto é, o custo da implantação
de tais iniciativas é menor do que o custo de produzir a energia cujo consumo é
poupado. Recentemente, a eficiência energética ganhou nova motivação, a preocupação
com a questão das mudanças climáticas decorrentes do aquecimento global do planeta,
no qual à produção e o consumo de energia tem uma significativa participação. Desse
modo, é justificado destacar a eficiência energética quando se analisa a oferta e o
consumo de energia. Essa preocupação se fundamenta mesmo em um país como o
Brasil, em que apresenta uma matriz energética em que sua maioria está associada a
energias renováveis [32].
Além disso, a eficiência no uso da energia é uma importante ferramenta no
atendimento da demanda, contribuindo para a segurança energética, para a modicidade
tarifária, para a competitividade da economia e para a redução das emissões de gases de
efeito estufa [32].
29
3.9.1. Principais Mecanismos de Promoção à Eficiência energética e
Conservação no Brasil.
Diversas iniciativas de eficiência no uso da energia e conservação de energia
vêm sendo empreendidas há mais de 20 anos no Brasil. Seguem abaixo os principais e em
seguida serão abordados com mais detalhes.
O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL):
Lei nº 9.478, de 6 de agosto de 1997;
Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000;
O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE);
O Programa de apoio a Projetos de Eficiência Energética (PROESCO):
Lei de nº 10.295/2001, de 17 de outubro de 2001(regulamentada pelo
Decreto nº 4.059, de 19 de dezembro de 2001);
Política de banimento gradativo das lâmpadas incandescentes por faixa
de potência por meio da Portaria Interministerial MME/MCTI e MDIC,
nº 1.007/2010.
3.9.1.1.O Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (PROCEL).
O PROCEL foi criado em 1985, coordenado pelo MME e executado pela
Eletrobrás e tem por objetivo promover o uso eficiente da energia elétrica e combater o
seu desperdício. O mesmo é constituído por diversos subprogramas, dentre os quais se
destacam ações nas áreas de iluminação pública, industrial, saneamento, educação,
edificações, prédios públicos, gestão energética municipal, informações,
desenvolvimento tecnológico e divulgação, são eles:
Procel GEM - Gestão Energética Municipal.
Procel Sanear - Eficiência Energética no Saneamento Ambiental.
Procel Educação - Informação e Cidadania.
Procel Indústria - Eficiência Energética Industrial.
30
Procel Edifica - Eficiência Energética em Edificações.
Procel EPP - Eficiência Energética nos Prédios Públicos.
Procel Reluz - Eficiência Energética na Iluminação Pública e Sinalização
Semafórica.
Procel Selo - Eficiência Energética em Equipamentos.
Procel Info - Centro Brasileiro de Informação de Eficiência Energética
Segundo [33] estima-se que em 2012 o Procel tenha alcançado um resultado de
economia de energia de aproximadamente 9 bilhões de kWh. Esse resultado equivale
aproximadamente a 2 % do consumo total de energia elétrica no Brasil no ano de 2012.
Além disso, estima-se que o Procel foi responsável por uma redução de demanda na
ponta de 3.458 MW.
Os principais resultados energéticos alcançados pelo Procel são apresentados na
Tabela 2, e na
Tabela 3 mostra alguns indicadores da economia de energia obtida no ano.
Tabela 2. Principais resultados energéticos das ações da Eletrobrás Procel em 2012 -
Adaptado de [33].
RESULTADO Total
Energia Economizada (Bilhões de kWh) 9,097
Redução de Demanda de Ponta (MW) 3.458
Usina Equivalente (MW)³ 2.182
Emissão de CO2 Equivalente Evitada (mil tCO2e) 624
Tabela 3. Indicadores de resultados das ações da Eletrobrás Procel em 2012 - Adaptado de
[33].
INDICADOR Total
Economia em relação ao consumo total de energia elétrica no Brasil (%) 2,03
Economia em relação ao consumo residencial de energia elétrica no Brasil (%) 7,74
31
Número de residências que poderiam ser atendidas com a economia de energia, durante 1 ano (milhões) 4.8
De acordo com [33] os resultados energéticos alcançados pelo Programa se
devem principalmente ao Selo Procel. O mesmo foi criado através do Decreto
Presidencial de 8 de Dezembro de 1993 e caracteriza-se como um dos subprogramas do
Procel. O selo Procel tem como objetivo orientar o consumidor, indicando os produtos
que apresentam os melhores níveis de eficiência energética, promovendo dessa forma, a
redução do consumo e consequentemente uma maior economia na conta de energia
elétrica.
Para que um aparelho contenha o Selo Procel, o qual é mostrado na Figura 13, é
necessário ser submetido a testes em laboratórios que confirme sua atuação em
eficiência.
Figura 13. Selo Procel [2]
No decorrer dos anos, o Selo vem colaborando para um aumento dos índices de
eficiência energética de diversos equipamentos, estimulando a fabricação e a
comercialização de produtos mais eficientes, contribuindo para o desenvolvimento
tecnológico e a preservação do meio ambiente. Além de promover uma redução
significativa do consumo de energia elétrica no país [33].
32
3.9.1.2. Lei nº 9.478, de 6 de agosto de 1997.
A Lei nº 9.478, de 6 de agosto de 1997, restabelece os princípios e objetivos da
“Política Energética Nacional” que define, em seu artigo 1º, o aproveitamento racional
das fontes de energia, os quais visarão aos seguintes objetivos: proteção ao meio
ambiente, promoção da conservação de energia, utilização de fontes alternativas de
energia, dentre outros assuntos. Esta lei instituiu o Conselho Nacional de Política
Energética – CNPE. Entre outras competências, o CNPE deve “Promover o
aproveitamento racional dos recursos energéticos do País”. Para o exercício de suas
atribuições, o “CNPE contará com o apoio técnico dos órgãos reguladores do setor
energético”, onde vemos uma premissa para a atuação de Agências Reguladoras como
ANEEL(Agência Nacional de Energia Elétrica) e ANP (Agência Nacional do Petróleo,
Gás Natural e Biocombustíveis) [34].
3.9.1.3. Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000.
A Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000, estabelece a aplicação do montante de
0,5% da receita operacional líquida – ROL – das concessionárias distribuidoras de
energia elétrica em projetos de eficiência energética voltados ao uso final. A mesma
também estipula os percentuais mínimos para investimento em pesquisa e
desenvolvimento do setor pelas concessionárias do setor de energia elétrica. Os
investimentos são aplicados em programas das próprias empresas, ou através do
FNDCT - Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico, além de
parcela destinada ao MME para estudos e pesquisas de planejamento da expansão do
sistema energético, assim como os de viabilidade indispensável ao aproveitamento dos
potenciais hidrelétricos e de inventário.
Em 28 de março de 2007, a Lei nº 11.465 alterou os incisos I e III do caput do
art. 1º da Lei 9.991, de 24 de julho de 2000, prorrogando, até 31 de dezembro de 2010,
33
a obrigação de as concessionárias e permissionárias de serviços públicos de distribuição
de energia elétrica aplicarem, no mínimo 0,50% (cinquenta centésimos por cento) de
sua receita operacional líquida em programas de eficiência energética no uso final.
Segundo [35] a finalidade desses programas é evidenciar a relevância de ações
de eficiência energética e de combate ao desperdício de energia elétrica, maximizando
os benefícios da energia economizada e da demanda evitada. Busca-se, assim, o
desenvolvimento de novas tecnologias e a inserção de hábitos racionais de uso da
energia elétrica na sociedade.
3.9.1.4. O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE).
O Programa Brasileiro de Etiquetagem (PBE), coordenado pelo Inmetro, visa
prover informações aos consumidores, através de etiquetas informativas, com o objetivo
de alertar o consumidor quanto à eficiência energética de alguns dos principais
eletrodomésticos nacionais. Também, permite que os clientes avaliem e administrem
melhor o consumo de energia dos equipamentos eletrodomésticos, selecionando
produtos de maior eficiência em relação ao consumo, possibilitando economia nos
custos de energia.
De acordo com [36] de forma geral, o PBE funciona da seguinte forma: os
produtos são ensaiados em laboratórios e recebem etiquetas com faixas colorida. No
caso da eficiência energética, a classificação vai da mais eficiente (A) à menos eficiente
(de C até G, varia com o produto), onde entende-se que os mais eficientes utilizam
melhor a energia, têm menor impacto ambiental e custam menos para funcionar,
pesando menos no bolso. A etiqueta mostrada na Figura 14 [36] é um exemplo utilizado
em refrigeradores. Cada linha de eletrodoméstico possui sua própria etiqueta,
apresentando as características técnicas de cada produto.
34
Figura 14. Exemplo de Etiqueta utilizada em refrigeradores. Fonte:[36]
Dessa forma, o programa incentiva a melhoria contínua do desempenho dos ele-
trodomésticos, buscando otimizar o processo de qualidade dos mesmos. Isso estimula a
competitividade do mercado, visto que a tendência é que os fabricantes procurem atingir
níveis de desempenho melhores em relação à avaliação anterior, fabricando produtos
cada vez mais eficientes.
3.9.1.5.O Programa de apoio a Projetos de Eficiência Energética (PROESCO)
A necessidade crescente de zelar pelo Meio Ambiente e o amadurecimento do
setor de eficiência energética brasileiro mostrou que era necessário criar mecanismos
que facilitassem o financiamento dos projetos e contratos de performance elaborados
pelas Empresas de Serviços de Conservação de Energia (ESCOS) [37].
Dentro deste cenário, em 19 de Maio de 2006, foi criado pelo BNDES – Banco
Nacional do Desenvolvimento Econômico e Social, MME – Ministério das Minas e
35
Energia com auxílio técnico da ABESCO: o PROESCO, programa destinado a financiar
projetos de eficiência energética. O Programa busca auxiliar a execução de projetos que
comprovadamente auxiliaram para a economia de energia, os principais focos de ação
são em iluminação, otimização de processos, ar comprimido e motores. A área de
financiamento concebe também os usuários finais de energia, com interesse de financiar
a compra de equipamentos mais eficientes [35].
3.9.1.6. Lei de nº 10.295/2001, de 17 de outubro de 2001(regulamentada pelo
Decreto nº 4.059, de 19 de dezembro de 2001).
Conhecida como a “Lei de Eficiência Energética”, a Lei nº 10.295, de 17 de
outubro de 2001, (regulamentada pelo Decreto nº 4.059, de 19 de dezembro de 2001),
estabelece o procedimento para a adoção de “Os níveis máximos de consumo de
energia, ou mínimos de eficiência energética, de máquinas e aparelhos consumidores de
energia fabricados ou comercializados no País, bem como as edificações construídas,
serão estabelecidos com base em indicadores técnicos e regulamentação específica a ser
fixada nos termos deste Decreto, sob a coordenação do Ministério de Minas e Energia”
[38].
A Lei prevê, ainda, a evolução dos níveis por meio de programa de metas,
específico para cada equipamento. São estabelecidos prazos diferenciais para fabricação
e importação, e para comercialização. Já foram regulamentados os índices mínimos para
motores elétricos trifásicos, lâmpadas fluorescentes compactas, refrigeradores e
congeladores, condicionadores de ar, fogões e fornos a gás, e aquecedores de água a gás
[38].
De acordo com [35], a implementação da Lei de Eficiência Energética tem como
objetivo promover transformações estruturais no mercado dos equipamentos
consumidores de energia. Disponibilizando com ela, para o mercado consumidor,
36
produtos com inovações tecnológicas induzidas pela eficiência energética. O
estabelecimento dos níveis máximos de consumo específico de energia e a evolução dos
Programas de Metas possibilitam, na prática, o desenvolvimento e implementação de
tais avanços. A mesma também beneficia diretamente o meio ambiente, visto que, pela
adoção de equipamentos eficientes livres de gases que agridem a camada de ozônio, ou
com a redução da emissão de gases de efeito estufa.
Por último, devemos levar em consideração que a economia de energia
proporcionada pela implementação da Lei evitará significativos investimentos em
geração, transmissão e distribuição de energia, no horizonte de longo prazo.
3.9.1.7. Política de banimento gradativo das lâmpadas incandescentes por
faixa de potência por meio da Portaria Interministerial MME/MCTI e
MDIC, nº 1.007/2010.
A substituição das lâmpadas incandescentes por outros modelos será gradativa
até 2016, quando elas devem ser retiradas do mercado, segundo a Portaria
Interministerial MME/MCTI e MDIC, nº 1.007/2010. As lâmpadas Incandescentes se
caracterizam por converter a energia em luz e calor, o que faz com que consuma mais
que as fluorescentes.
Segundo [39], desde o dia 30 de junho de 2012, os modelos de lâmpadas
incandescentes de 150W e 200W não podem mais ser produzidas ou importadas. Em
julho de 2013 foi a vez das lâmpadas de 100W e 75W e no ano seguinte deixam de ser
comercializadas as de 60W. As últimas a deixarem o mercado serão as de 40W e 25W.
Segundo a Secretaria de Planejamento e Desenvolvimento Energético do MME,
uma lâmpada incandescente de 60W ligada 4 horas por dia, pode resultar em 7,2 kWh
de consumo no final do mês. Na comparação, uma lâmpada fluorescente compacta
equivalente proporciona uma economia de 75%, ou seja, este resultado pode cair para
37
1,8 kWh/mês. Os resultados podem variar por conta da frequência de utilização e a
potência de cada tipo de lâmpada.
3.9.2. Críticas e Considerações
Apesar do êxito e da importância de muitas dessas ações dos programas de
eficiência energética no Brasil, existe ainda um grande potencial de melhorias do uso
final de eletricidade.
De acordo com Sergio Bajay, pesquisador da Unicamp, o Brasil avançou pouco
em termos de eficiência energética em relação a outros países. De acordo com o
especialista, o Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica (Procel) promove
acordos com federações de indústrias, mas não existem metas pré-estabelecidas nem
mecanismos de medição e verificação, restringindo e dificultando a sua ação no país
[40].
É importante também que o Brasil caminhe no sentido de promover a
independência entre a coordenação do Procel e as empresas energéticas, devido ao
conflito entre o objetivo principal destas empresas (auferir o lucro) e o esforço nacional
para economia de energia. Além disso, as concessionárias tem a visão de supridor, não a
de consumidor, o que dificulta um posicionamento neutro [41].
3.10. Ações de GLD no Brasil
A maioria das ações de GLD no Brasil estão veiculadas com os programas
conservação e eficiência energética citados acima, principalmente com o PROCEL -
Programa Nacional de Conservação de Energia Elétrica.
Recentemente alguns projetos pilotos de Redes Inteligentes com foco em GLD
estão sendo implantados em diversas regiões do Brasil, são eles; Arquipélago de
Fernando de Noronha (CELPE) - Ilha de Fernando de Noronha/PE, Cidade Inteligente
Búzios (Ampla/Endesa Brasil) - Cidade de Búzios/RJ, Smart Grid Light (Light) -
38
Cidade do Rio de Janeiro/RJ, Smart Grid (AES Eletropaulo) - São Paulo/SP, InovCity
(EDP Bandeirantes) - Cidade Aparecida/SP, Fazenda Rio Grande - Curitiba (Copel)/PR.
Estes serão detalhados no capítulo seguinte.
Destaca-se ainda, como impulsionador para o GLD no Brasil, a alteração na
estrutura tarifária para o consumidor residencial (B1), com a criação da modalidade de
tarifa branca abordada no item 3.8.1.1, visto que a esta incentiva os clientes a consumirem
em horários fora da ponta, reduzindo significativamente a curva de carga.
3.11. Desafios para a Implantação do GLD no Brasil.
As ações de GLD no Brasil ainda são pouco significativas, se comparados com
países mais desenvolvidos. Descreve-se alguns desafios para a implantação deste no
país.
3.11.1. Falta de Informação dos Consumidores
A sociedade brasileira tem pouco conhecimento do GLD, seus benefícios
diretos, principalmente no que se refere ao consumidor final. Os consumidores, em sua
grande maioria, não têm informação ou habilidade técnica suficiente para avaliar as
possibilidades e as vantagens que uma dada tecnologia pode lhe proporcionar.
Além disso, para a grande maioria dos consumidores é um assunto de pouca
prioridade. As despesas com energia são, para a maioria dos usuários, parte pequena do
orçamento de despesas e vistas como custos fixos. Há pouca difusão de conhecimento
das oportunidades, poucos textos didáticos e cursos de formação que difundam os
conceitos de conservação e economia de energia, inclusive na formação básica de
profissionais em áreas relevantes [42].
3.11.2. Questões sobre a aceitação do consumidor
A implantação de programas de GLD quase sempre demanda uma participação
efetiva do consumidor, seja pela autorização para efetuar mudanças, seja por meio de
39
uma mudança de hábitos. Conseguir a plena adesão dos consumidores nem sempre é
possível, especialmente no segmento residencial, onde muitos consumidores não abrem
mão de certos confortos da vida moderna [20].
3.11.3. Restrições financeiras dos consumidores
Equipamentos mais eficientes são normalmente os mais modernos,
consequentemente os mais caros. Ainda que tenha consciência das vantagens
econômicas de fazer o investimento inicial, o consumidor pode ter dificuldade em ter
acesso a um crédito ou apenas consegui-lo a juros elevados [42].
3.11.4. Desinteresse Governamental.
Ainda há pouco envolvimento de autoridades no desenvolvimento de incentivos
para propulsionar o GLD, como por exemplo, na implantação do Smart grid. Sua
implantação no Brasil está se dando de forma lenta, devido a falta de incentivos do
governo. Esse assunto será melhor abordado no capítulo 4.
3.12. Aplicações Residenciais de GLD Baseada em Smart Grid
Além de ser o setor que mais contribui para pico da curva de demanda no Brasil,
o setor residencial apresenta maiores possibilidades para gerenciamento, principalmente
por ser a carga inelástica [43].
Dessa forma sistemas de gerenciamento de energia estão sendo integrados com
aplicações residenciais, a fim de otimizar o consumo de energia nas casas e apoiar os
usuários residenciais na modelagem da sua curva de demanda de energia, com o
objetivo de economizar a energia, reduzir a conta de luz e também controlar a energia
consumida por ligar/desligar os diferentes aparelhos da área residencial de acordo com
exigências da rede, uma vez que os picos de demanda de energia tem impactos
negativos e aumentam o custo de produção de energia [44].
40
Diferentes sistemas de gerenciamentos de energia vêm sendo estudados e
propostos, visto que permitem a comunicação bidirecional entre geradores e
consumidores de energia e proporcionam aos consumidores informações sobre os seus
padrões de consumo de energia e favorecendo a adotar um comportamento eficiente de
energia.
Um exemplo de aplicação de GLD em áreas residenciais baseada em Smart Grid
encontra-se no Anexo I. Neste é apresentado segundo [44] um sistema de apoio à
decisão, com base no armazenamento de energia inteligente (Unidade de
Gerenciamento de Energia Local - LEMU), que é capaz de gerenciar a energia elétrica e
os dispositivos domésticos inteligentes de uma casa, com o objetivo de otimizar o
consumo local de energia.
3.13. Conclusão
Em vista dos argumentos apresentados no atual capítulo, foi possível perceber os
inúmeros benefícios que o GLD traz à sociedade em geral, na medida em que tem como
objetivo reduzir a demanda máxima, proporcionando a postergação da expansão com
novas usinas, redes de transmissão e distribuição de energia. Deste modo, colabora com
uma operação mais segura e econômica, além de ser um instrumento eficaz contra o uso
ineficiente e irracional de energia.
Contudo, apesar dos inúmeros benefícios relacionados ao Gerenciamento pelo
Lado da Demanda, suas ações no Brasil ainda são pouco significativas se comparados
com países mais desenvolvidos, visto que, ainda há grandes desafios a serem superados.
Dessa forma, para que haja um expressivo desenvolvimento do GLD no País é
necessário um maior incentivo do governo, promovendo a instalação de uma Rede
Inteligente sólida e uma significativa conscientização dos consumidores residenciais por
meio de programas educacionais e campanhas de marketing.
41
Capitulo 4
4. REDES ELÉTRICAS INTELIGENTES
As Redes Elétricas Inteligentes (REI ou Smart Grid em inglês) fornecem as
ferramentas necessárias para tornar rentável e conveniente o Gerenciamento pelo Lado
da Demanda, por isso é um tema de extrema importância para o atual trabalho.
A expressão Smart Grid deve ser entendida mais como um conceito do que uma
tecnologia ou equipamento específico [45]. Ela carrega a ideia de uma rede que utiliza
avançada tecnologia digital para coordenar e monitorar o transporte de eletricidade em
tempo real, com fluxo de energia e de informações bidirecionais entre o sistema de
fornecimento de energia e o cliente final, o que possibilitará a implantação de
estratégias de otimização e controle da rede de forma muito mais eficiente que as
atualmente em uso, diminuindo o uso clandestino (popularmente chamados “gatos”).
Atualmente é um tema alvo de amplo estudo e discussão no cenário mundial.
Intensos investimentos estão sendo aplicados em projetos que utilizam tecnologias
relacionadas às redes elétricas inteligentes, em especial para viabilizar o Gerenciamento
pelo Lado da Demanda, por meio dos estudos de geração distribuída, dos medidores
inteligentes e da tecnologia da informação e gerenciamento de dados.
No cenário das Redes Elétricas Inteligentes os usuários residenciais são
esperados a desempenhar um papel fundamental na melhoria da eficiência da rede,
através da adoção de mecanismos inteligentes para o gerenciamento da demanda de
energia. Com o Smart Grid uma enorme quantidade de dados é disponibilizado aos
usuários, como informações em tempo real sobre o valor da energia consumida. Ao
mesmo tempo, os consumidores têm a possibilidade de enviar dados para a rede,
permitindo, um feedback sobre o consumo de energia de cada aparelho da casa. Todos
estes dados podem ser usados por mecanismos do Gerenciamento Pelo Lado da
42
Demanda, que suportam usuários residenciais na construção do seu perfil de demanda
de energia. Esses mecanismos tem o objetivo de reduzir não só a conta de energia, mas
também o uso eficiente da energia em si. Por meio do Smart Grid será possível
ligar/desligar um dispositivo de acordo com requisitos da rede elétrica, deslocando-se o
pico da energia, ou, mais genericamente, alterando o comportamento de consumo das
famílias, de intermitente para programáveis, através da definição de um perfil de
demanda de energia para o dia seguinte e, em seguida, respeitando-o "em tempo real"
durante o dia. Esta será uma verdadeira revolução no que diz respeito à abordagem
social da energia e exigirá uma integração efetiva dos componentes TIC (Tecnologias
da Informação e Comunicação) para a rede de energia para tornar-se viável e
confortável para o usuário final [46].
A implementação da REI possibilita uma gama de novos serviços, abrindo a
possibilidade de novos mercados. Desta forma, a REI se apresenta como uma das fortes
tendências de modernização do sistema elétrico em vários países [4].
4.1. Características das Redes Inteligentes
Segundo [47] algumas das características geralmente atribuídas à Redes
Inteligentes são:
Auto recuperação: capacidade de automaticamente detectar, responder, analisar
e restaurar falhas na rede;
Tolerância a Ataques Externos: capacidade de mitigar e resistir a ataques físicos
e cyber-ataques;
Fortalecimento dos Consumidores: habilidade de incluir os equipamentos e
comportamento dos consumidores nos processos de planejamento e operação da
rede;
43
Qualidade de Energia: prover energia com a qualidade exigida pela sociedade
digital;
Resposta da demanda mediante a atuação remota em dispositivos dos
consumidores;
Acomodar uma grande variedade de fontes e demandas: capacidade de integrar
de forma transparente (plug and play) uma variedade de fontes de energia de
várias dimensões e tecnologia;
Reduzir o impacto ambiental do sistema produtor de eletricidade, reduzindo
perdas e utilizando fontes de baixo impacto ambiental;
Viabilizar e beneficiar-se de mercados competitivos de energia, favorecendo o
mercado varejista e a microgeração.
4.2. Componentes das Redes Elétricas Inteligentes X Rede Elétrica Atual
Na rede elétrica convencional o fluxo de energia é unidirecional, partindo das
geradoras para os consumidores, o consumo é medido e não há uma iteração com troca de
informações entre o medidor e o sistema ao qual ele faz parte. A energia é produzida em
grandes plantas de geração, transmitida até as centrais de distribuição e, finalmente,
distribuída aos consumidores. Dessa forma o sistema elétrico atual é estruturado
basicamente de quatro componentes: Geração, transmissão, a distribuição da energia
elétrica e o controle do sistema.
Já as redes elétricas inteligentes, referem-se ao uso intensivo de modernas
técnicas de comunicação e de informação para garantir maior confiabilidade e oferecer
mais qualidade ao sistema de energia elétrica. Nas redes elétricas inteligentes os fluxos
de energia e de comunicação são bidirecionais, o consumidor poderá gerar e “vender”
energia [26].
44
Desse modo outras ferramentas surgem para melhorar a confiabilidade, a
eficiência, a qualidade e a interação com os consumidores. O National Institute of
Standards and Technology (NIST) aponta um modelo conceitual de redes elétricas
inteligentes composto de sete componentes, que são: A geração de energia, transmissão,
distribuição, os consumidores, operação da rede elétrica, provedores de serviço e
mercado de energia. Os sete componentes são necessários para transmitir, armazenar,
editar e processar as informações necessárias, promovendo a eficácia da Rede
Inteligente [48]. Essa interação entre os sete domínios é mostrado na Figura 15.
Figura 15. A interação entre os diferentes domínios das redes Elétricas Inteligentes.
Fonte:[48].
4.3. Tecnologias e Infraestrutura para a Viabilização das Redes Elétricas
Inteligentes
Para que seja possível desfrutar dos benefícios que a REI fornece à rede elétrica
atual, são necessários intensos investimentos em infraestrutura com novas tecnologias
que não são suportadas pela rede atual. A viabilização desta é possível através das
seguintes áreas tecnológicas [45]:
45
Dispositivos de Eletrônica de Potência: dispositivos capazes de controlar o
sistema de energia elétrica com a velocidade e precisão dos microprocessadores,
porém atuando em níveis de potência milhões de vezes maior;
Geração Distribuída e Microgeração: localização da geração próxima ao uso
final, com potencial para melhorar a confiabilidade e segurança de comunidades
e consumidores individuais;
Dispositivos de Armazenamento de Energia: melhoram o suprimento à carga
sensíveis a flutuações na qualidade de energia da rede;
Sistema Integrado de Comunicação: permite a comunicação bidirecional
integrada que envolve desde a unidade geradora até o usuário final e instantânea
entre todos os equipamentos críticos do sistema, permitindo o monitoramento,
controle e correção;
Sensores: redes de sensores inteligentes.
4.4. Motivadores para a implantação das Redes Elétricas Inteligentes no Brasil e
no Mundo
As justificativas que fazem com que cada pais invista em Smart Grid são
distintas, conforme mostra a Figura 16. Comumente a Europa investe nas REI para a
redução de emissões de CO2, já os EUA visam o aprimoramento da eficiência da rede
elétrica, por sua vez a Ásia e Pacifico como um mecanismo que viabiliza ações para a
inserção de um mercado tecnológico desenvolvido e para uma eficácia no atendimento à
demanda [4].
46
Figura 16. Motivadores Regionais das REI. Adaptado de: [4].
Segundo [4], no caso do Brasil de forma geral, os motivadores principais para
investir nas Redes Elétricas Inteligentes são:
Melhoria de qualidade do serviço de energia.
Redução de perdas.
Redução de pico.
4.5. Projetos Pilotos de Redes Elétricas Inteligentes no Brasil
No Brasil, o conceito de REI ainda é um conceito recente, vem sendo difundido
aos poucos e já se observa alguns projetos pilotos em andamento. Estimulados por
empresas e órgãos governamentais, esses projetos precisam de tempo e maturação para
apresentar resultados palpáveis.
Os projetos encontram-se nas cidades de Sete Lagos (MG), Búzios (RJ),
Parintins (AM), Cidade de Fortaleza (CE), Fernando de Noronha (PE), Aparecida do
Norte (SP) e Curitiba (PR) como mostrado na
Figura 17.
47
Figura 17. Projetos Piloto de REI no Brasil. Adaptado de [49].
A descrição dos projetos pilotos de Redes Elétricas Inteligentes abaixo se baseia
em [49]:
i. Parintins (Eletrobras Amazonas Energia) - Cidade de Parintins/AM:
Projeto realizado em conjunto da Eletrobras com a Eletrobras Amazonas desde
2010. Este recebe investimentos através do programa de Eficiência Energética
regulamentado pela ANEEL e da Pesquisa e Desenvolvimento (P&D). O objetivo do
projeto é a implementação de tecnologias avançadas de Smart Grid, para a automação
do sistema de distribuição de energia elétrica na medição e monitoramento do consumo,
que, portanto dispensa a utilização de operadores para a realização de certas
intervenções nas redes elétricas e de leituristas, para verificar o consumo das
residências.
48
ii. Cidade Inteligente Aquiraz (COLCE/Endesa) - Cidade Alquiraz/CE:
O desenvolvimento e implantação de um Piloto de Rede Inteligente na cidade de
Aquiraz tem como finalidade reduzir o desperdício e aumentar a eficiência no consumo
de energia na região. Esta terá um Sistema de Reposição Automática (SRA) para rede
de média tensão, provido de um Sistema Inteligente para Mudança Automática de
Ajuste do Sistema de Proteção (SIAP).
iii. Arquipélago de Fernando de Noronha (CELPE) - Ilha de Fernando de
Noronha/PE:
A finalidade do projeto é implementar um sistema que englobe as principais
tecnologias do Smart Grid na ilha de Fernando de Noronha. Este conterá recursos de
automação de redes, tecnologias de medição, de telecomunicação e de microgeração
distribuída, bem como a análise da viabilidade e do estudo de aplicação de tarifas
diferenciadas.
iv. Cidades do Futuro (CEMIG) - Cidade de Sete Lagoas/MG:
O projeto Cidades Futuras tem como objetivo desenvolver um protótipo
funcional para auxiliar em futuras decisões de implantação em grande escala. Cidades
do Futuro é um dos mais amplos programas brasileiros de implantação da arquitetura
smart grid. Seja pela diversidade e abrangência da área geográfica e classes de
consumidores, seja pelas infraestruturas implantadas e suas integrações sistêmicas.
v. Cidade Inteligente Búzios (Ampla/Endesa Brasil) - Cidade de Búzios/RJ:
O projeto Cidade inteligente Búzios, desenvolvido pela Ampla, utilizará uma
rede elétrica inteligente com modernas soluções digitais para melhorar a flexibilidade da
rede e a gestão das informações. Busca-se contribuir para as metas de energia do Brasil
e demonstrar a aplicabilidade dos principais conceitos e tecnologias de redes
inteligentes em um cenário urbano, tais como medidores inteligentes, automação de
49
rede, aplicação de energias renováveis, iluminação pública eficiente e mobilidade
elétrica.
vi. Smart Grid Light (Light) - Cidade do Rio de Janeiro/RJ:
O Programa é um conjunto de projetos de pesquisa e desenvolvimento (P&D) de
redes inteligentes com novas tecnologias de medição e automação. Há diversos
produtos desenvolvidos, como medidores inteligentes, serviços de interação com o
consumidor, portal Web, aplicativos para celular, entre outros [50].
vii. Smart Grid (AES Eletropaulo) - Barueri e outras localidades, São Paulo/SP:
O projeto desenvolvido pela AES Eletropaulo tem como objetivo inserir o smart
grid na região de Barueri, criando um modelo de implantação em toda a área de
concessão com metas Tecnológicas e Estratégicas, seu período de implantação será
até dezembro 2015.
viii. InovCity (EDP Bandeirante) - Aparecida/SP:
O InovCity tem a finalidade de implementar o smart grid em Aparecida/SP, que
abrange geração distribuída, eficiência energética, automação de rede, medição
Inteligente e mobilidade elétrica. Serão instalados medidores inteligentes em todos os
clientes de Baixa Tensão do Município.
ix. Fazenda Rio Grande (COPEL) - Curitiba/PR:
O Projeto tem como objetivo inserir o smart grid na distribuição de energia com
a inserção de um projeto piloto em área de alta densidade de carga e visibilidade a fim
de viabilizar futuras aplicações.
4.6. Desafios para a implantação da REI no Brasil
O principal ponto de discussão sobre Smart Grid é que, com todas as suas
inovações, a implantação do serviço demanda grandes investimentos por parte das
concessionárias de energia, que precisam incorporar sistemas de telecomunicações em
50
suas estruturas para dar conta do desenvolvimento desses processos. Este talvez seja o
principal obstáculo para a implantação do sistema no Brasil, onde as relações custo-
benefício ainda não se mostram equilibradas. Em razão disso, as vantagens associadas
às redes elétricas inteligentes ainda não são o bastante para promover a implantação
efetiva no sistema brasileiro. Uma possível solução para esta problemática é um maior
incentivo do governo, dado que os benefícios gerados por tal tecnologia favorecem a
sociedade em geral [5].
Além disso, segundo o Centro de Gestão e Estudos Estratégicos [4], há outros
desafios ao desenvolvimento, implantação e operação das REI no Brasil a serem
superados, são eles:
Desenvolver um modelo para o mercado que o torne viável;
Estabelecer padrões de interoperabilidade e de segurança de equipamentos e
sistemas;
Promover a segurança (cyber-security), através de politicas e mecanismos de
proteção e de controle da privacidade dos dados de consumo trafegados na rede;
Ganhar experiência com projetos de tecnologia de informações e comunicação
em larga escala;
Obter velocidade de desenvolvimento de tecnologias;
Estabelecer politicas e regulamentação;
Promover, de forma prioritária, a interação e o envolvimento dos consumidores,
com o objetivo de construir consciência e consenso sobre a importância da REI.
4.7. Conclusão
Neste capítulo foram apresentados os conceitos e ideias encontradas na literatura
a respeito das Redes Elétricas Inteligentes, bem como seus componentes, as tecnologias
51
para sua viabilização, os motivadores para sua implantação no Brasil e no Mundo,
projetos pilotos no país e os desafios a serem superados para sua implantação.
Pode-se notar que o Smart Grid é um tema de extrema importância para o atual
trabalho, pois fornecem as ferramentas necessárias para tornar rentável e conveniente o
Gerenciamento pelo Lado da Demanda, ao permitir a geração de informações mais
detalhadas e em tempo real, com fluxo de energia e de informações bidirecionais entre o
sistema de fornecimento de energia e o cliente final. Desta forma, os consumidores
podem ter maior controle sobre seus gastos com a energia e também as concessionárias
passam a ter controle em tempo real do montante de energia consumido, o que
possibilitará a implantação de estratégias de otimização e controle da rede de forma
muito mais eficiente que as atualmente em uso.
Porém, os inúmeros benefícios associadas às redes elétricas inteligentes ainda
não são o bastante para promover a implantação efetiva no sistema brasileiro. Há
grandes desafios a serem superados, sendo que o maior deles é a falta de incentivo do
governo. A implantação do serviço demanda grandes investimentos por parte das
concessionárias de energia, que precisam incorporar sistemas de telecomunicações em
suas estruturas para dar conta do desenvolvimento desses processos e as relações custo-
benefício ainda não se mostram equilibradas.
52
Capitulo 5
5. CONCLUSÃO E SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS
5.1. Conclusão
Primeiro foi traçado o perfil de consumo de energia elétrica do Brasil, com foco
no setor residencial, mostrando a participação dos eletrodomésticos no consumo de
energia, a curva de carga de cada segmento e a problemática do período de ponta. Foi
possível observar que o consumo de Energia Elétrica Brasileiro não é uniforme,
concentrado principalmente na região Sudeste, representando 52,5% do consumo total.
No que diz respeito aos eletrodomésticos, aqueles que conferem maior peso no consumo
final de energia elétrica da classe residencial são os chuveiros elétricos, as geladeiras e
aparelhos de condicionamento ambiental. Desse modo, tais eletrodomésticos são os que
mais contribuem no consumo domiciliar do Brasil e o Sudeste é a região que mais
participa para o pico da curva de carga no horário de ponta. Assim, estas informações
são de extrema importância para o atual trabalho, na medida em que, o GLD visa
deslocar a demanda dos horários de pico para os horários fora de pico, portanto é
necessário conhecer o perfil de consumo da região de atuação.
No capítulo 3, foi apresentado a conceituação de Gerenciamento pelo Lado da
Demanda com foco no segmento residencial. Neste foi abordado o objetivo de
programas de GLD, os tipos, seus impactos sobre a sociedade e sobre os consumidores
residenciais, os critérios analisados, as estratégias para moldar a curva de carga e a atual
à estrutura tarifária Brasileira. Também foram apresentados, de forma crítica, os
principais mecanismos de promoção de eficiência energética e as possíveis ações de
GLD no Brasil, destacando-se os grandes desafios para a implantação deste no país.
Por último foram apresentados os conceitos e ideias a respeito das Redes
Elétricas Inteligentes, bem como seus componentes, as tecnologias para sua
53
viabilização, os motivadores para sua implantação no Brasil e no Mundo, projetos
pilotos no país e os desafios a serem superados para sua implantação. Pode-se notar que
o Smart Grid é um tema de extrema importância para o atual trabalho, pois fornecem as
ferramentas necessárias para tornar rentável e conveniente o Gerenciamento pelo Lado
da Demanda, ao permitir a geração de informações mais detalhadas e em tempo real,
com fluxo de energia e de informações bidirecionais entre o sistema de fornecimento de
energia e o cliente final. Desta forma, os consumidores podem ter maior controle sobre
seus gastos com a energia e também as concessionárias passam a ter controle em tempo
real do montante de energia consumido, o que possibilitará a implantação de estratégias
de otimização e controle da rede de forma muito mais eficiente que as atualmente em
uso.
Em vista dos argumentos apresentados no presente trabalho, foi possível
perceber os inúmeros benefícios que o GLD traz à sociedade em geral, na medida em
que tem como objetivo reduzir a demanda máxima, proporcionando a postergação da
expansão com novas usinas, redes de transmissão e distribuição de energia. Deste modo,
o GLD colabora com uma operação mais segura e econômica, além de ser um
instrumento eficaz contra o uso ineficiente e irracional de energia.
Contudo, apesar dos inúmeros benefícios relacionados ao Gerenciamento pelo
Lado da Demanda, suas ações no Brasil ainda são pouco significativas se comparados
com países mais desenvolvidos, visto que, ainda há grandes desafios a serem superados.
Em razão disso, para que haja um expressivo desenvolvimento do GLD no País
é necessário um maior incentivo do governo, promovendo a instalação de uma Rede
Inteligente sólida e uma significativa conscientização dos consumidores residenciais por
meio de programas educacionais e campanhas de marketing.
54
5.2. Sugestão de Trabalhos Futuros
Para aprofundar ainda mais o tema abordado, indica-se o estudo em relação à parte
técnica do Gerenciamento pelo Lado da Demanda, a fim de implantar um sistema de
controle do GLD baseado no controle direto de carga em áreas residenciais,
desenvolvendo uma lógica computacional para tal.
Outro aspecto interessante para construção de trabalhos futuros é incluir o aspecto de
viabilidade econômica, detalhando em quanto tempo a instalação das redes elétricas
inteligentes para a implantação de um efetivo GLD traz um retorno para as
concessionárias de energia.
55
Capítulo 6
6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
[1] ANEEL. Energia no Brasil e no Mundo. In: Atlas de Energia Elétrica do
Brasil. Brasília: Agência Nacional de Energia Elétrica, 2007. p. 1-12.
[2] PROCEL. SELO PROCEL DE ECONOMIA DE ENERGIA 2011. Brasília,
2011.
[3] CEMIG. Modulação de Carga. Disponível em: <http://www.cemig.com.br/pt-
br/a_cemig/nossos_negocios/Paginas/modulacao_carga.aspx) >. Acesso em: 23 de nov.
2013.
[4] CGEE. Redes Elétricas Inteligentes : contexto nacional. Brasília: Centro de
Gestão e Estudos Estratégicos, 2012. p.172.
[5] GALVÃO, R. O custo das redes eletricas inteligentes: Necessidade de alto
investimento ainda é o principal obstáculo para a implantação no brasil. Scientific
American Brasil, 2013.
[6] GELLINGS, C. W. The Concept of Demand-Side Management for Electric
Utilities. n. 10, p. 1468–1470, 1985.
[7] CAGNON, J. Â.; VALARELL, I. DE D.; RODRIGUES, R. M. Gestão
energética em indústrias madeireiras. In: Encontro de Energia no Meio Rural, 6.,
Campinas, 2006. Disponível em:
<http://www.proceedings.scielo.br/scielo.php?script=sci_arttext&pid=MSC0000000022
006000200002&lng=en&nrm=abn>. Acesso em: 12 jan. 2014.
[8] EPE. Anuário estatístico de energia elétrica 2013. Rio de Janeiro: Empresa de
Pesquisa Energética, 2013. p. 253.
[9] ANEEL. Resolução Normativa No 414, de 9 de Setembro de 2010. Rio de
Janeiro, Agência Nacional de Energia Elétrica, 2010.
[10] PROCEL. Avaliação do mercado de eficiência energética do brasil. Rio de
Janeiro, 2005.
[11] EPE. Balanço energético nacional, BEN. Rio de Janeiro, 2013.
[12] CAVALCANTI, R. C. O Consumo Energético Residencial em Campo
Grande e a Eficiencia Energética. 2002. 123f. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Civil) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2002.
[13] KONOPATZKI, E. A.; BECKER, T. V.; HEINTZE, T. D.; ZEFERINO, C. L.;
MARANGONI, F. Levantamento da Curva de Carga em Unidades Residenciais do
Município de Medianeira-PR. In: Congresso Brasileiro de Engenharua de Produção,
3., Ponta Grossa, 2013.
56
[14] ANEEL. Resolução No 90, de 27 de março de 2001. 2001.
[15] ANEEL. Procedimentos de Distribuição de Energia Elétrica no Sistema
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[33] PROCEL. Consolidados Resultados do Programa em 2012. p. 7–10, 2013.
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<http://www.mme.gov.br/mme/menu/conselhos_comite/cnpe/1_-
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[35] SOUZA, H. M. DE; LEONELLI, P. A.; PIRES, C. A. P.; JÚNIOR, V. B. S.;
PEREIRA, R. W. L. Reflexões Sobre os Principais Programas em Eficiência Energética
Existentes no Brasil. Revista Brasileira de Energia, v. 15, p. 7–26, 2009.
[36] INMETRO. Etiqueta de eficiência energética. Disponível em:
<http://www2.inmetro.gov.br/pbe/a_etiqueta.php >. Acesso em: 20 dez. 2013.
[37] ENERGIAS.COM.BR. Eficiência energética. Brasília: energias.com.br, 2013.
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[38] BRASIL. Decreto no 4.059, de 19 de Dezembro de 2001. Brasil, 2001.
Disponível em:
<http://legis.senado.gov.br/legislacao/ListaPublicacoes.action?id=234101>. Acesso em:
13 dez. 2013.
58
[39] BRASIL. Ministério de Minas e Energia. Portaria Interministerial no 1.007, de
31 de Dezembro de 2010. Brasil, 2010. Disponível em:
<http://www.mme.gov.br/mme/galerias/arquivos/legislacao/portaria_interminestral/Port
aria_MME-MCT-MDIC_n_1.007-2010.pdf>. Acesso em: 15 jan. 2014.
[40] MARCEL, E. Especialistas fazem avaliação crítica da eficiência energética
na indústria. São Paulo, 2012. Disponível em:
<http://www.fiesp.com.br/noticias/especialistas-fazem-avaliacao-critica-da-eficiencia-
energetica-na-industria/>. Acesso em: 20 de dez. 2013.
[41] SANTOS, M. J. R. DOS. Uma breve avaliação das ações do Procel -
Programa Nacional de Conservação de Energia Eletrica. In: Programa de Energia e
Automação da Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, São Paulo, 2012.
[42] INEE. A Eficiência Energética e o Novo Modelo do Setor Energético. Rio de
Janeiro, 2001.
[43] CAMPOS, A. DE. Gerenciamento Pelo Lado da Demanda : Um Estudo de
Caso. [s.1] Universidade de São Paulo - USP, 2004.
[44] PÉREZ-ROMERO, M.; GALLARDO-LOZANO, J.; ROMERO-CADAVAL,
E.; GUERRERO-MARTÍNEZ, M.-A. Optimized Energy Consumption Management
for Residential Applications Controlled by a Local Energy Management Unit.
University of Extremadura School of Industrial Engineering, 2013. (Nota técnica).
[45] FALCÃO, D. M. Smart Grids e Microredes: O futuro já é o presente. VIII
Simpósito de Automação de Sistemas Elétrocos (Simpase), Rio de Janeiro, v.8, 2009.
[46] BARBATO, A.; CAPONE, A.; CARELLO, G.; et al. House Energy Demand
Optimization in Single and Multi-User Scenarios. IEE Smart Grid Communications,
Bruxelas, Bégica, 2011.
[47] FALCÃO, D. M. Integração de Tecnologias para Viabilização da Smart
Grid. In: III Simpósio Brasileiro de Sistemas Elétricos, 2010, Belém. 2010.
[48] NIST, N. I. OF S. AND T. Guidelines for Smart Grid Cyber Security: Vol. 1,
Smart Grid Cyber Security Strategy, Architecture, and High-Level Requirements,
2010. Disponível em: <http://csrc.nist.gov/publications/nistir/ir7628/nistir-
7628_vol1.pdf>. Acesso em: 2 fev. 2014.
[49] Redes Inteligentes Brasil. Disponível em:
<http://redesinteligentesbrasil.org.br/>. Acesso em: 4 jan. 2014.
[50] LIGHT. Programa Smart Grid light. Disponível em:
<http://smartgridlight.com.br/>. Acesso em: 29 jan. 2014.
59
ANEXO I - Aplicação de Unidade de Gerenciamento de Energia local (LEMU)
A seguir será apresentado segundo [44] um sistema de apoio à decisão, com base
no armazenamento de energia inteligente (A Unidade de Gerenciamento de Energia
local, em inglês (“Local Energy Management Unit”- LEMU), que é capaz de gerenciar
tanto a energia elétrica e os dispositivos domésticos inteligentes de uma casa, com o
objetivo de otimizar o consumo local de energia. A arquitetura deste sistema consiste
principalmente de duas unidades. Em primeiro lugar, a Energia unidades locais
Management (LEMU), que estão localizados dentro das casas e são capazes de manter o
consumo de energia elétrica em um valor limiar e para ligar/desligar os dispositivos
usando o protocolo X10. Em segundo lugar, a Administração Central de Energia e
Sistema Inteligente (CEMIS), que recebe dados de operação de cada LEMU, analisa-os
usando algoritmos comportamentais e decide a melhor maneira em que cada um tem de
operar, suavizando o perfil de carga e otimização do uso dos recursos.
Aplicação de Unidade de Gerenciamento de Energia local (LEMU)
A Unidade de Gerenciamento de Energia local, em inglês (“Local Energy
Management Unit”- LEMU), permite que o usuário demande e otimize uma constante
potência à rede, que por sua vez é menor do que a potência de pico máximo que pode
ser exigido pelo usuário. As correntes exigidas à rede são senoidais e em fase com a
tensão de rede. Além disso, ele controla os diferentes dispositivos inteligentes
conectados à casa. Todas estas funções produzem grande economia para o usuário cujo
consumo de energia é gerenciado de forma eficiente. Esta é colocada em casas e
edifícios residenciais, como a Figura 18.a) mostra, apontando para um gerenciamento
eficiente da energia, que por sua vez permite um controle otimizado da potência total
exigida para a rede. A área residencial está ligada ao mesmo ponto da rede de
60
distribuição, a partir do qual a energia é obtida. A Figura 18.b) mostra um exemplo da
localização da LEMU na aplicação residencial. O LEMU pode ser transmitido
juntamente com uma unidade central (CEMIS) através de uma ligação Ethernet2
(utilizando o protocolo TCP/IP) e com os diferentes dispositivos da casa ou a área
residencial, tais como sensores e atuadores através da rede elétrica da área (usando o
protocolo X10). O Sistema de Armazenamento de Energia (SAE) é controlado por meio
de portas de entrada e saídas digitais e analógicas [44].
Figura 18. a) Representação esquemática da localização LEMU na casa ou aplicação
residencial. b) Conexão LEMU á rede pública. Fonte: Adaptado de [44].
2 é uma arquitetura de interconexão para redes locais - Rede de Área Local (LAN) - baseada no envio de
pacotes. Ela define cabeamento e sinais elétricos para a camada física, e formato de pacotes e protocolos
para a subcamada de controle de acesso ao meio (Media Access Control - MAC) do modelo OSI
61
Segundo, [44], a Unidade de Gerenciamento de Energia local tem três objetivos
principais:
O primeiro objetivo trata da limitação dos picos de energia da rede, que ocorrem
durante os períodos de inicialização ou quando os dispositivos de alta potência
operaram durante curtos intervalos de tempo. Este mencionado excesso de demanda é
entregue pela SEE para o consumidor, “suavizando” a potência demandada à rede
pública. Uma vez que a potência exigida é controlada, uma potência inferior pode ser
contratada pelo usuário, o que leva a uma economia para o cliente.
A segunda é a dissociação entre a energia consumida pelo usuário e a energia
exigida para a rede. O Sistema de Armazenamento de Energia (SAE) ou em
inglês (SEE -Energy Storage System) armazena o excesso de demanda de
energia, quando o consumo de energia do usuário é menor do que o exigido para
a rede, ou entrega o excesso de energia demandada quando o consumo de
energia é maior do que o limite de potência contratada da rede.
O terceiro objetivo é a capacidade de conexão/desconexão das diferentes
dispositivos sob o controle da LEMU, de modo a manter o consumo de energia
sob um limite de referência, que é realizado de acordo com os comandos da
unidade central.
O LEMU é composto principalmente pelo NI sbRIO9631, o módulo X10
bidirecional, a conexão TCP/IP, a conexão de gerenciamento de energia com carregador
SAE e a conexão com a rede. O sbRIO9631 utiliza o FPGA para eventos de
processamento do X10, o SAE monitora os parâmetros do carregador, a obtenção do
consumo de energia, e o relatório de informação para a unidade central. O processador é
usado pelo sbRIO9631 para a comunicação Ethernet como a porta de comunicação.
62
O LEMU é integrado em uma rede de gerenciamento de energia. Uma breve
descrição do seu hardware está representado na Figura 19. O módulo bidirecional X10 é
um modulador/demodulador que aumenta a frequência dos sinais. Ele permite enviar ou
receber dos diferentes sensores e atuadores para controlá-los, e estes sinais são enviados
através da rede elétrica da casa. O módulo X10 tem três sinais digitais, que são a
transmissão, recepção e zero cross ones3. As mensagens são formatados com 4 bits de
código de início, seguido por um código da casa de 4 bits, código da unidade 5 bits e
código de comando de 5 bits.
A porta Ethernet (utilizando o protocolo TCP / IP) permite a comunicação com a
unidade central. As entradas são os diferentes comandos X10 de on/off ou o nível de
regulação que o LEMU tem que enviar para os diferentes dispositivos da casa. As saídas
são do relatório dos eventos X10 que foram enviadas pelos dispositivos e o estado de
carga (SOC%) do ESS, que são enviados quando ocorrem os eventos, e o consumo de
energia do usuário, que são enviados a cada 5 segundos. O carregador é responsável por
entregar energia para o SEA da rede ou exigindo a energia do SEA, a fim de entregá-lo
ao usuário. O sbRIO9631 lê parâmetros analógicos do SEA, de rede e as correntes do
SEE. Ele envia sinais digitais (comutação de sinais para controlar o carregador) ao
carregador.
3 É um termo comumente utilizado em eletrônica e matemática. Em termos matemáticos, um "zero-
crossing" é um ponto onde a função troca de sinal, representado por uma travessia do eixo (valor zero) no
gráfico da função.
63
Figura 19. Descrição do hardware LEMU e suas conexões. Fonte: Adaptado de[44].
Algoritmo do Gerenciamento da Energia
O Sistema de Armazenamento de Energia (ESS) utiliza uma bateria para
armazenar a energia e a topologia do corregador consiste em um sistema de bateria
birirecional, onde carrega/descarga. O algoritmo que implementa esse processo de
gerenciamento de energia é representada no fluxograma mostrado na Figura 20.
Figura 20. O algoritmo do gerenciamento da energia. Fonte:[44].
64
Segundo [44], quando a potência consumida pelo cliente for inferior ao limite de
potência que a unidade central reporta ao LEMU (menos energia é exigida da rede), se a
bateria não estiver cheia ela será carregada e caso contrário (bateria cheia), a bateria não
é carregada/descarregada, isto é a bateria fica parada. Quando a potência consumida
equivale à potência de referência, não carrega/descarrega, isto é bateria parada.
Finalmente, quando a potência consumida é maior do que a potência de referência, o
excesso de energia requerida pelo cliente é fornecido pela bateria e após algum tempo
de uso a bateria será descarregada.
