Upload
vuongdien
View
213
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
23/10/2013
1
IEEE WorkshopSMART GRID - Trends & Best Practices
Smart Grid no Contexto da Geração e Distribuição
18/10/2013
NAPREI – Núcleo de Pesquisas em Redes Elétricas Inteligentes
enerq – Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia
Universidade de São Paulo
1
Tópicos
1. Conceitos Gerais de Smart Grids
2. Evolução das Redes Inteligentes e Resultados (PDRI)
3. Enerq em Smart Grids
2
23/10/2013
2
3
1. Redes Inteligentes – Conceitos Gerais
Sistema Atual
FONTE: EPRI
4
Sistema Futuro:
FONTE: EPRI
Redes Inteligentes – Considerações Gerais
23/10/2013
3
5
Argumentos contrários:
Indefinição do conceito
Conservadorismo do setor
Carência de Arcabouço regulatório adequado
Problemas estruturais no setor de distribuição
Redes Inteligentes – Considerações Gerais
6
Fatos Relevantes:
Avanço tecnológico
Consciência ambiental
Informação no topo da cadeia
Desmassificação da Sociedade
Redes Inteligentes – Considerações Gerais
23/10/2013
4
7
O Porquê das Redes Elétricas Inteligentes
“Se Alexander Graham Bell fosse de alguma forma transportado para o século 21, ele não reconheceria os componentes de telefonia moderna - telefones celulares, mensagens de texto, torres de celular, etc., enquanto Thomas Edison, um dos principais arquitetos do sistema elétrico, estaria totalmente familiarizado com a rede elétrica.”
8
Redes Inteligentes – Definições
NIST - National Institute of Standards and Technology:
“... modernização do sistema de distribuição de eletricidade para possibilitar o monitoramento, proteção e otimização automática da operação deste com seus diversos elementos interligados, desde geradores centralizados ou distribuídos passando pela rede de alta tensão e sistema de distribuição, até os usuários industriais e sistemas de automação predial...”
ETPS - European Technology Platform:
“...rede elétrica capaz de integrar de forma inteligente as ações de todos os usuários conectados a ela - geradores, consumidores e aqueles que assumem ambos os papéis - a fim de prover energia elétrica de forma eficientemente, sustentável, econômica e segura.”
23/10/2013
5
9
EPRI - Electric Power Research Institute:
“...uso da comunicação e de modernos recursos computacionais para melhorar a eficiência e confiabilidade das redes de transporte de energia e possibilitar a oferta de novos serviços aos consumidores.”
DOE - Department of Energy USA:
“...uso de tecnologia digital para melhorar a confiabilidade, segurança e eficiência do sistema elétrico: da geração de grande porte, passando pelos sistemas de distribuição de energia e um número crescente de recursos distribuídos geração e armazenamento”
Redes Inteligentes – Definições
Busca de soluções para necessidades
Restrições ambientais crescentes
Exigência de qualidade pela sociedade
Modicidade tarifária x viabilidade econômica
Oportunidades
Melhoria no negócio distribuição de energia
Agregar novos negócios
Otimização dos custos operacionais e de
investimentos
23/10/2013
6
- Abrangência Restrita do Negóciosó exploração da utilização do “fio” para distribuição de energia elétrica
- Ambiente Regulatório em Transiçãouma década de experiência e ajustes em andamento
- Demandas por tarifas mais adequadascríticas da sociedade das distorções do sistema tarifário
- Ofertas tecnológicas disponíveisautomação, comunicação e eletrônica
- Sub-utilização do potencial do sistema elétricocapilaridade, cadastro e logística
- Possibilidade de integração com outros serviços urbanoságua, gás, internet, segurança, trânsito, etc.
Infra-estrutura (hardware), de Ferramentas (software) e de Procedimentos
(processos) para a adequação do atual negócio de Distribuição de Energia
Elétrica aos novos:
Paradigmas técnicos- aplicação de tecnologia avançada
Paradigmas econômicos - eficiência da distribuição de energia- ampliação do negócio- operação otimizada- otimização de investimentos- aumento do lucro
Paradigmas sociais - diversidade de serviços integrados- qualidade - preço- impacto ambiental
23/10/2013
7
13
Redes Inteligentes – Convergência
13
CONVERGÊNCIATECNOLÓGICA
Infraestrutura de
Comunicação
Tecnologia da
Informação
Serviços de Rede (Web Services)
Geração Distribuída
Home Appliances
Medidor Inteligente
Automação da Rede
Veículos Híbridos ou
Elétricos
14
Um Cenário Internacional
EST
AD
OS
UN
IDO
S
EU
RO
PA
JAP
ÃO
Grau Mediano de Automação do
Sistema
Quantidade Crescente Unidades
de Geração Distribuída
Conectadas ao Sistema
Médio/Alto Grau de Automação do
Sistema
Aumento Intensivo de Unidades de
Geração Distribuída Conectadas ao
Sistema
Aumento Intensivo de Unidades de Microgeração
Conectadas ao Sistema
Alto Grau de Automação do
Sistema
Aumento Intensivo de Unidades de Geração
Distribuída Conectadas ao
Sistema
Aumento Intensivo de Unidades de Microgeração
Conectadas ao Sistema
23/10/2013
8
15
Motivadores no Brasil
Cenário Nacional
Redução de Perdas
Comerciais
Redução de Custos
Operacionais
Aumento da Confiabilidade
do Sistema
Aproveitamentoda
Capilaridade do Sistema
(Novos Serviços)
16
Motivadores no Mundo
EST
AD
OS
UN
IDO
S
EU
RO
PA
JAP
ÃO
Escassez de Recursos Naturais
Confiabilidade do Sistema
Envelhecimento dos Ativos
Prospecção de Novos Serviços
Questões Climáticas
Escassez de Recursos naturais
Envelhecimento dos Ativos
Confiabilidade do Sistema
Prospecção de Novos Serviços
Escassez de Recursos Naturais
Questões Climáticas
Prospecção de Novos Serviços
23/10/2013
9
Redes cada vez mais “observáveis”G
GD
Observabilidade
Evolução técnica
T D
Tendências
17
Uso intensivo e complementar de tecnologias de:◦ Automação◦ Monitoramento◦ Diagnóstico◦ Localização de faltas◦ Recursos distribuídos de geração e armazenagem de
energia◦ Medição como unidade remota no cliente◦ Gerenciamento da demanda
18
23/10/2013
10
19
Redes Elétricas Inteligentes –
Uma visão:
20
23/10/2013
11
21
Exemplo de Funcionalidades de Automação -Caracterização
22
InteroperabilidadeRequisito fundamental para a aplicação de funcionalidades em
redes inteligentes
IED
IEDIED
Componente de TI
Componente de TI
Componente de TI
IED
Componente de TI
INTEROPERABILIDADE
23/10/2013
12
Interoperabilidade para Redes Inteligentes
Interoperabilidade é a capacidade de um processo interagir com outro processo, de forma transparente e com elementos de relacionamento construídos de forma independente de cada um dos processos,
É fundamental que sejam utilizados padrões abertos para os componentes tecnológicos envolvidos.
Os processos interoperantes podem ser de quaisquer naturezas, operados por sistemas de informações ou não.
24
Proposta de plataforma IntelligridIntegração dependente da tecnologia(situação atual)
Interoperabilidade
23/10/2013
13
25
Interoperabilidade – Tendências
IEC 61850, DNP3, ...
IED
IEDIED
Componente de TI
Componente de TI
Componente de TI
IEC 61968
SISTEMAS TI EQUIPAMENTOS
26
Interoperabilidade – Sistemas
IEC 61968 ‐ Application integration at electric utilities –System interfaces for distribution management
23/10/2013
14
27
Interoperabilidade – Equipamentos
IEC 61850 ‐ Communication networks and systems in substations
FONTE: ZHANGAND, J.; GUNTER, C. A., “IEC 61850 ‐ Communication Networks and Systems in Substations:An Overview of Computer Science” University of Illinois at Urbana‐Champaign, Estados unidos
28
23/10/2013
15
Síntese Metodológica
29
MEDIÇÃO
AUTOMAÇÃO TELECO / TI
GD / VE
PENETRAÇÃO E FUNCIONALIDADES
DE GD
PENETRAÇÃO DE MEDIÇÃO
REQUISITOS DE TEL/TI
REQUISITOS DE TEL/TI
REQUISITOS DE MEDIÇÃO
POLÍTICAS PÚBLICAS
Integração dos Blocos
30
23/10/2013
16
Representação da RedeConceito de Clusters
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
ConjuntoConjun
to
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Representante
“CLUSTER 1”
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
ConjuntoConjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Conjunto
Representante
“CLUSTER 30”
31
32
Subestação de Distribuição ‐ SED
Grupo 1
•Monitoramento de Carregamento
•Telecomando de Equipamentos
•Transferência Automática de Carga Entre Transformadores
•Monitoramento de Carregamento
•Telecomando de Equipamentos
•Transferência Automática de Carga Entre Transformadores
Grupo 2
•Sistema Automático de Rejeição de Carga
•Sistema Automático de Rejeição de Carga
Grupo 3
•Manutenção Preditiva Focada na Condição dos Equipamentos
•Manutenção Preditiva Focada na Condição dos Equipamentos
Grupo 4
•Ajuste Remoto dos Dispositivos de Proteção
•Análise Automática de Oscilografia Para Diagnóstico de Ocorrências
•Ajuste Remoto dos Dispositivos de Proteção
•Análise Automática de Oscilografia Para Diagnóstico de Ocorrências
Grupo 5
•Esquemas Lógicos de Proteção e Controle
•Esquemas Lógicos de Proteção e Controle
23/10/2013
17
33
Grupo 1
•Monitoramento de Carregamento ao Longo do Alimentador
•Telecomando de Equipamentos
•Monitoramento de "Power Quality"
•Localização de Defeito – Nível I (Chaves e Religadores)
•Monitoramento de Carregamento ao Longo do Alimentador
•Telecomando de Equipamentos
•Monitoramento de "Power Quality"
•Localização de Defeito – Nível I (Chaves e Religadores)
Grupo 2
•Manutenção Preditiva Focada na Condição dos Equipamentos
•Manutenção Preditiva Focada na Condição dos Equipamentos
Grupo 3
•Localização de Defeito –Nível II (Chaves, Religadores, AMR e/ou Localizadores de Falta Monitorados
•Localização de Defeito –Nível II (Chaves, Religadores, AMR e/ou Localizadores de Falta Monitorados
Grupo 4
•Isolamento Automático do Trecho em Falta e Recomposição dos Demais (Self-Healing) - Nivel I (Automação Local)
•Isolamento Automático do Trecho em Falta e Recomposição dos Demais (Self-Healing) - Nivel I (Automação Local)
Grupo 5
•Isolamento Automático do Trecho em Falta e Recomposição dos Demais (Self-Healing) - Nivel II (Automação Central)
•Reconfiguração Automática para Gerenciamento dos Índices Técnicos
•Isolamento Automático do Trecho em Falta e Recomposição dos Demais (Self-Healing) - Nivel II (Automação Central)
•Reconfiguração Automática para Gerenciamento dos Índices Técnicos
Grupo 6
•Controle de Tensão/VAR
•Controle de Tensão/VAR
Sistema de Distribuição de Média Tensão – SDMT
34
FUNCIONALIDADES DE AUTOMAÇÃO
Sistema de Distribuição de Baixa Tensão – SDBT
Grupo 1
•Resposta a Demanda
•Resposta a Demanda
Grupo 2
•Rejeição de Carga pela Baixa Tensão
•Rejeição de Carga pela Baixa Tensão
23/10/2013
18
Representação da Rede
Atributos do Cluster ANEEL Atributos Adicionais DEC FUNCs
Formação dos Clusters
Perda Comercial Taxa de Crescimento Custo da END
Atributos Adicionais
DECCLUSTER
DECALTO
DECBAIXO
35
Evolução da RedePI = Penetração Inicial do Conjunto de
Funcionalidades “a” no Cluster “b” (Função dos Questionários)
PF = Penetração Final do Conjunto de Funcionalidades “a” no Cluster “b” (Função do Cenário)
TI = Tempo Inicial da Evolução da Penetração do Conjunto de Funcionalidades “a” no Cluster “b” (Função do Cenário)
TF = Tempo Final da Evolução da Penetração do Conjunto de Funcionalidades “a” no Cluster “b” (Função do Cenário)
36
23/10/2013
19
Evolução da Rede
Rede Alvo “Alto”
Cluster 1 Cenário 1
37
38
Funcionalidades de Redes Inteligentes - Modelo
23/10/2013
20
39
52,0%
60,6%
75,3%
0,0%
10,0%
20,0%
30,0%
40,0%
50,0%
60,0%
70,0%
80,0%
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
Brasil ‐ percentual de unidades consumidoras com medidor inteligente
Conservador Moderado Acelerado
Premissas:Tx crescimento mercado 4,0 % aaTx crescimento consumidores1,78% aa
23/10/2013
21
‐ ‐ ‐ ‐
4,0
7,9
11,8
15,6
19,5
23,4
27,3
31,2
35,0
38,9
42,6 46,1
49,0 50,5 51,4
‐ ‐ ‐
4,5
9,0
13,5
18,0
22,4
26,9
31,3
35,8
40,2
44,6
48,9
52,9 56,3
57,9 58,9 60,0
‐ ‐
5,5
11,0
16,4
21,9
27,3
32,7
38,2
43,6
49,0
54,4
59,6
64,5
68,6 70,6 71,9 73,1 74,4
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
2012
2013
2014
2015
2016
2017
2018
2019
2020
2021
2022
2023
2024
2025
2026
2027
2028
2029
2030
milhões de UC
Brasil ‐ número de unidades consumidoras com medidor inteligente
Conservador Moderado Acelerado
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
R$ milhões
Brasil ‐ Investimentos correntes ‐ Cenário Acelerado
Investimentos Correntes em Medição, incluindo TI e Telecom Investimentos Correntes em Automação, incluindo TI e Telecom
Subsídios para GD, incluindo TI e Telecom Investimento Total
23/10/2013
22
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
R$ milhões
Brasil ‐ Investimentos correntes ‐ Cenário Moderado
Investimentos Correntes em Medição, incluindo TI e Telecom Investimentos Correntes em Automação, incluindo TI e Telecom
Subsídios para GD, incluindo TI e Telecom Investimento Total
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
6.000
7.000
2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 2023 2024 2025 2026 2027 2028 2029 2030
R$ milhões
Brasil ‐ Investimentos correntes ‐ Cenário Conservador
Investimentos Correntes em Medição, incluindo TI e Telecom Investimentos Correntes em Automação, incluindo TI e Telecom
Subsídios para GD, incluindo TI e Telecom Investimento Total
23/10/2013
23
18,5
3,5
9,9
5,2
6,4
1,81,3
11,9
15,8
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Acelerado
R$ milhões
Medição Automação GD Med PNT Oper Ativos END Exp. GD
Brasil ‐ Cenário Acelerado ‐ Valor presente de custos e benefícios
Custos Benefícios ‐ inf Benefícios ‐ sup
Medição
Automação
GD
Custo evitado GD
Redução END
Redução PNT
Custo evitado Med
R$
bilh
ões
23/10/2013
24
11,3
3,0
2,7
4,1
4,9
7,9
11,3
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Acelerado
R$ milhões
Medição Automação GD Med PNT Oper Ativos END Exp. GD
Brasil ‐ Cenário Moderado ‐ Valor presente de custos e benefícios
Custos Benefícios ‐ inf Benefícios ‐ sup
Medição
Automação
GD
Custo evitado GD
Redução END
Redução PNT
Custo evitado Med
R$
bilh
ões
8,4
2,2
3,1
3,8
3,6
6,8
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
Acelerado
R$ milhões
Medição Automação GD Med PNT Oper Ativos END Exp. GD
Brasil ‐ Cenário Conservador ‐ Valor presente de custos e benefícios
48
Custos Benefícios ‐ inf Benefícios ‐ sup
Medição
Automação
Custo evitado GD
Redução END
Redução PNT
Custo evitado Med
R$
bilh
ões
23/10/2013
25
RESULTADOS OBTIDOSEficiência Operacional – Clusters Brasil
49
RESULTADOS OBTIDOSConfiabilidade – Clusters Brasil
50
23/10/2013
26
RESULTADOS OBTIDOSGestão de Ativos – Clusters Brasil
51
Plano de Implantação
52
23/10/2013
27
Tema principal de pesquisa, projetos de P&D, desenvolvimentode modelos e ferramentas computacionais, dissertações e teses;
IEEE ISGT LA 2013: IEEE Conference on Innovative Smart Grid Technologies.
Coordenação do NAPREI – Núcleo de Pesquisas em Smart Grids
Smart Grid Lab: Ambiente de simulação para emular sistemas elétricos conectados a sistemas de automação, medição, TI e Telecomunicação reais.
UACs Relés IED ReligadoresRemotas / Medição
Energia Elétrica
Agua, Gás, etc.
Barramento Interoperabilidade
DMS OMS SinapGridSistemas Legados
EMS Gestão Ativos Outros Sistemas
Meios de Comunicação
TransdutorAmbiente digital / Ambiente físico
MDM SCADA
GIS
Emulador de RedeSINAP‐ON
Unidades GD e uGD
23/10/2013
28
Obrigado!
Nelson Kagan - [email protected] – Centro de Estudos em Regulação e Qualidade de Energia
NAPREI – Núcleo de Pesquisas em Redes Elétricas InteligentesUniversidade de São Paulo
55