Smart Grid na porta de casa

No passado, o rápido desenvolvimento das redes de distribuição de energia foi espelhado pelo mesmo desenvolvimento na medição de energia. Havia grandes nomes envolvidos no desenvolvimento de medidores elétricos, como Thomas Edison, Lord Kelvin e até mesmo Sir Hiram Maxim, o inventor da metralhadora.

Evolução conservadora na distribuição de energia

É possível traçar outro paralelo com as redes de distribuição de energia: quase todos os desenvolvimentos subsequentes foram muito conservadores. Esse lento processo de evolução foi interrompido pela intervenção política com os esforços quase fanáticos para diminuir a pegada de carbono global.

Entretanto, a análise do impacto desse esforço não foi realizada, e os autores das políticas desconsideraram o fato de que a energia é cara e difícil de armazenar, e que o sistema de distribuição precisa estar em um estado de equilíbrio entre produção e consumo. Além disso, sob o pretexto de baixa eficiência, as cargas puramente ôhmicas são forçadas a sair do sistema.

Desafios dos sistemas modernos de energia

O resultado é que, de um lado, há uma produção de energia dinâmica e, na maioria das vezes, imprevisível, fora dos esquemas clássicos de distribuição; e, de outro, aparelhos modernos com altas taxas de rede reversa influenciados por harmônicos mais altos.

Os amortecedores naturais desses harmônicos mais altos, como as lâmpadas incandescentes, não estão mais sendo produzidos. Não adianta lamentar esse estado de coisas. Em vez disso, temos que procurar uma solução que esteja disponível para controlar e estabilizar o estado da rede de distribuição de energia.

Quais são as limitações dos sistemas atuais?

Os sistemas implantados, baseados na diretriz europeia “20-20-20”, têm uma desvantagem básica: eles se concentram principalmente na redução do consumo de energia. Eles podem ajudar a reduzir os custos, mas a questão continua sendo até que ponto e para quem?

Esses sistemas de construção cara (com o prazo final de implantação em 2020) são incapazes de lidar com soluções de estado crítico. Há dois motivos principais para isso.

Em primeiro lugar, eles não se destinam a dar suporte a esses estados e, em segundo lugar, são controlados e gerenciados a partir de um único ponto central, o que resulta em sua alta latência. Os grandes acidentes do têm, independentemente do local de formação, um atributo comum: encadeamento de falhas (geralmente) banais.

Aqui temos a possibilidade de desenvolver um dispositivo com o título provisório de “medidor elétrico“. Além da capacidade óbvia de medir energia, esses dispositivos têm uma característica estratégica: eles estão localizados em todos os pontos de carga. Portanto, eles devem apoiar medidas para, respectivamente, evitar estados de emergência nos sistemas de distribuição e minimizar os impactos negativos desses estados.

O dilema: como lidar com o Big Data?

Projetos-piloto, baseados na diretiva da UE “20-20-20”, revelaram o fenômeno do “big data“. Se refletirmos sobre esse problema, descobriremos surpreendentemente que não faz sentido perder tempo com a questão do big data. De um ponto de vista lógico, a concessionária precisa de uma leitura de energia – mensal ou anual – e cerca de seis vezes por dia para mudar as tarifas. Portanto, você poderia perguntar: por que esse problema realmente surgiu?

A resposta é relativamente simples: temos comunicação bidirecional, portanto, baixamos naturalmente dados e informações adicionais – por exemplo, valores de tensão – a cada 15 minutos. O sistema de distribuição é trifásico, a energia é ativa e reativa e, além disso, incluímos a direção de orientação. No final, temos cinco valores por fase, o que significa que enviamos 15 valores a cada 15 minutos.

Exemplo: Contagem de dados na República Tcheca

Vamos considerar um país pequeno como a República Tcheca. Supondo que, em média, duas pessoas por medidor elétrico, teremos um total de cinco milhões de medidores. O sistema descrito acima geraria, portanto, 75 milhões de dados a cada 15 minutos!

Diariamente, o número chega a mais de 7,2 bilhões de valores de dados que praticamente ninguém precisa. Se você adicionar protocolos escolhidos de forma inadequada a esse número assustador, um problema colossal surge da trivialidade.

Essa é uma ilustração de apenas um possível desafio de dados – baixar dados demais para suas necessidades. Mas como proceder com uma solução adequada para um sistema grande e extenso? Todas as informações são direcionadas a um ponto central onde as decisões subsequentes são tomadas.

Infelizmente, esse controle central é muito caro e precisa de recursos de comunicação muito altos para a taxa de transferência. Além disso, se os canais forem lentos e um pouco permeáveis (PLC, GPRS), um grande número de dispositivos finais poderá ficar sem atendimento.

Melhor solução: O controle distribuído

Uma maneira melhor de resolver esse problema é transferir, para o controle central, apenas os dados importantes e críticos. O gerenciamento deve ser distribuído para o local de sua execução. O centro é então responsável pela criação da estratégia.

Essa solução reduz significativamente o problema de big data, pois somente as informações necessárias são enviadas para o centro de controle. O sistema é, portanto, dinâmico (mesmo que os canais de comunicação sejam lentos) porque está disponível para resolver situações de emergência na fonte e usa efetivamente uma massa de pequenas ferramentas, como os modernos medidores elétricos mencionados acima.

Obviamente, esse sistema também tem seus problemas, mas, felizmente, suas características são diferentes e, principalmente, não influenciam o controle do sistema.

Conclusão

Se você vir uma imagem atraente de um sistema de rede inteligente totalmente baseado no controle central e lhe disserem que a lentidão dos canais de comunicação será resolvida, como em um passe de mágica (de preferência por redes de quinta ou sexta geração), não acredite!

Estou absolutamente convencido de que, para que o conceito de rede inteligente seja cumprido, é necessário usar o controle distribuído. As restrições de custo, as dificuldades de tempo e os desafios técnicos não nos dão outra alternativa.

Deseja transformar seu gerenciamento de energia?