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

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

2 INDICE Plataforma Americana – Intelligrid Plataforma Européia - SmartGrid

3 Plataforma Tecnológica Americana para as Redes Elétricas do Futuro

4 Plataforma Intelligrid - Características - Iniciativa: EPRI – Energy Power Research Institute Iniciativa: EPRI – Energy Power Research Institute Participantes: Participantes: ConcessionáriasConcessionárias FabricantesFabricantes AgênciasAgências Órgãos reguladoresÓrgãos reguladores UniversidadesUniversidades Centros de PesquisaCentros de Pesquisa Organização : Consórcio Organização : Consórcio Identificar funções e requisitos de operação atuais e futuros da rede Desenvolver a Arquitetura Intelligrid Objetivos Utilities Consumidores Reguladores Fabricantes

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

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

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

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

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

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

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

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

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

14 Consórcio Intelligrid - Consumer Portal -

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

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

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

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

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

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

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

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

23 Consórcio Intelligrid - Arquitetura Intelligrid -

24 Consórcio Intelligrid - Orçamento - U$ 60M anuais

25 Plataforma Tecnológica Européia para as Redes Elétricas do Futuro

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

27 ETP Smartgrids - Objetivos - Criar uma visão conjunta das redes de energia da Europa de 2020 e após Criar uma visão conjunta das redes de energia da Europa de 2020 e após Participantes: Participantes: IndústriasIndústrias Empresas de transmissãoEmpresas de transmissão Empresas de distribuiçãoEmpresas de distribuição Institutos de pesquisaInstitutos de pesquisa UniversidadesUniversidades ÓrgãosÓrgãos objetivos claros estratégia ambiciosa EC 2006 Green Paper: A European Strategy for Sustenaible, Competitive and Secure Energy

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

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

30 ETP Smartgrids - Motivadores - Mercado Interno Mercado Interno LiberalizaçãoLiberalização Inovação e CompetitividadeInovação e Competitividade Preços baixos e eficiênciaPreços baixos e eficiência Segurança e Qualidade de Fornecimento: Segurança e Qualidade de Fornecimento: Disponibilidade de energia primáriaDisponibilidade de energia primária Confiabilidade e qualidadeConfiabilidade e qualidade CapacidadeCapacidade Ambiente Ambiente PoluiçãoPoluição Mudanças climáticasMudanças climáticas Preservação da natureza e da vida animalPreservação da natureza e da vida animal

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

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

33 ETP Smartgrids - Visão da Rede Futura - Wave energy Hydro power station Low emission power planr transformer Photovoltaic HVDC link Small hydro power Solar power plant Biomass Local CCC Off-shore wind Microgrid H 2 production and Filling station Demand side management CHP Fuel cells SMES Thermal storage Micro storage of electricity Undergroud info and power transmission Residential CHP SolarSolar Solar

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

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

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

37 Projetos da Área de Energia - FP6 (2002–2006) - Areas do Programa FP6 No. Projetos Budget Total (M) Participação CE (M) Sustainable Energy Systems 33137,578,3 Information Society Technologies 529,315,1 Scientific Support to Policies 54,135,0 SMEs Research Activities 12,414,0 International Cooperation (INCO) 810,781,0 Research and Innovation 22,91,9 Marie Curie Host Fellowships 11,61,6 TOTAL55188,5109,9

38 Projetos (FP6) em - Sistemas de Energia Sustentáveis - Sistemas de Energia Sustentáveis No. Projetos Budget Total (M) Participação CE (M) Novas Arquitetura e Integração de Sistema 27115,8 Armazenamento (para Energia) 15,9 Tecnologias Avançadas 515,8

39 Projetos da Área de Energia - FP7 (2007–2013) - Areas do Programa FP6 No. Projetos Budget Total (M) Participação CE (M) Sustainable Energy Systems 33137,578,3 Information Society Technologies 529,315,1 Scientific Support to Policies 54,135,0 SMEs Research Activities 12,414,0 International Cooperation (INCO) 810,781,0 Research and Innovation 22,91,9 Marie Curie Host Fellowships 11,61,6 TOTAL55188,5109,9

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


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