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O tema do trabalho é o estudo das redes inteligentes, as Smart Grids. Sua capacidade de tratar em tempo real o estado do sistema, detectar rapidamente falhas e possibilitar com que os consumidores possam produzir e devolver energia para rede faz com que as Smart Grids sejam um passo importante para uma rede elétrica mais eficiente, confiável e sustentável.
Um dos pontos fortes das Smart Grids está no seu nome. Assim como Smartphones revolucionaram a indústria de celulares, as SG usariam os numerosos dados que existem no sistema elétrico. Desde dados granulares de usuários finais, até fluxo nos fios elétricos e updates em tempo real para responder dinamicamente à qualquer eventual problema.
Uma tecnologia necessária para o desenvolvimento e implementação de SGs são os medidores inteligentes (do inglês Smart Meter). Os medidores inteligentes são dispositivos capazes de fazer, em pequenos intervalos de tempo, medidas precisas acerca do consumo energético de cada consumidor e enviá-las às companhias elétricas.
Além de prover dados para a optimização e operação das malhas elétricas, esses medidores também são responsáveis pelo novo modelo de cobrança pela energia elétrica. Nesse novo modelo o consumidor seria cobrado automaticamente dependendo do seu consumo, usando a comunicação do medidor com a inteligência da Smart Grid.
Outro sensor importante é a Unidade de Medida Fasorial (PMUs), que são dispositivos capazes de medir com precisão a diferença de fase e ângulo entre pontos da rede, usando sinais de tempo em GPS, tendo uma informação do posicionamento relativo e global das unidades produtoras e consumidoras de energia.
Esses dispositivos funcionam medindo fasores por método de sincronia , comparando com diversos satélites chamados syncrophasors. Assim como medidores inteligentes, possuem uma taxa de coleta de dados extremamente rápida, além de serem importantes para oferecer ainda mais controle e informação sobre o que acontece no sistema.
A geração distribuída tem como base o “net metering”, no qual o prosumidor ( consumidor - produtor ) após descontado o próprio consumo, recebe um crédito em forma de kWh na próxima fatura pelo saldo positivo de energia gerada e inserida na rede.
Como benefícios para a matriz energética brasileira, têm - se: o aumento da sua diversificação e sustentabilidade, já que energias limpas como a solar são a base desse processo, a redução do carregamento das redes e a minimização das perdas por transmissão de energia, já que a geração distribuída é disponível próximo ao consumo.
No Brasil, a minigeração distribuída de energia entrou em vigor em 2012, a partir Resolução Normativa ANEEL nº 482.
O mercado das smart grids oferece aos cidadãos a instalação de mecanismos geradores de energia limpa como já citado acima, e as turbinas eólicas também são um método excelente de geração de energia através da força do vento.
A energia eólica é a energia contida na vibração das partículas de ar que se movimentam como se fossem um fluído semelhante a água, mas obviamente estão no estado gasoso. O processo de aproveitamento dessa energia é a transformação da energia cinética gerada através da ação da corrente de ar sobre a turbina eólica, considerada uma energia cinética de translação, em uma de rotação. Ao iniciar esse movimento de rotação das turbinas, é gerada energia elétrica nesse tipo de modelo. A capacidade de armazenamento vem evoluindo bastante ao longo dos anos e mostra grande potencial tecnológico para uso posterior.
Por mais que a instalação das smart grids, devido à implementação de uma vasta rede de telecomunicações medidores inteligentes e infraestrutura de TI, seja ligada a um grande investimento inicial, essa tecnologia aponta para uma grande redução de custos ao longo prazo.
Para as distribuidoras, alguns dos possíveis benefícios dessa tecnologia seriam a redução de custos operacionais devido à possibilidade de realizar leituras, cortes e ligações de forma remota, estudando a rede de acordo com medidores inteligentes e obtendo informações sobre a possibilidade de uma melhor distribuição de energia, otimizando o processo. Elas teriam também uma maior precisão e agilidade para encontrar problemas na rede como falhas, interrupções e furto, reduzindo o custo empresarial sobre esses tópicos.
Para os consumidores, além da modernização da rede propiciar o aumento da qualidade dos serviços energéticos através da redução do número e duração das interrupções, a medição inteligente possibilitará à eles um papel mais ativo e um consumo mais consciente decorrente da possibilidade de controle em tempo real da sua fatura de energia.
As redes de comunicação são elementos chave para a oferta de confiabilidade mas, ao mesmo tempo, podem ser causadoras de mais interrupções e apagões. O acesso dos consumidores e de novos diferentes atores as redes elétricas inteligentes traz consigo o risco dos ataques cibernéticos. A rede de comunicação, desde a sua concepção, deve prever o risco de ataques cibernéticos e garantir a segurança necessária ao sistema elétrico.
A própria infraestrutura digitalizada e com ênfase em informação (data-centric) faz com que Smart Grids sofram de vulnerabilidades para ciberataques. Hackers poderiam ser capazes de levar a um colapso total do sistema, causando, no pior dos casos, pânico em massa.
Tais vulnerabilidades fazem com que qualquer ataque significativo seja capaz de enganar o sistema e influenciá-lo a fazer as escolhas erradas de uso e capacidade da malha, além de possivelmente cegar o sistema sobre problemas e ataques em curso. Multiplicando o dano do ataque.
Para enfrentar tal problema, é fundamental focar na privacidade, confiabilidade e autenticação dos dados críticos, assim garantindo uma eficiência e robustez à malha, impedindo modificações não autorizadas na infraestrutura. Outro ponto importante é a cibersegurança distribuída, projetadas para monitorar a arquitetura de maneiras independentes, mantendo a integridade da informação e dificultando ataques.
O U.S Department of Energy e a indústria de eletricidade já investiram juntos U$7.9 bilhões, entre 2009 e 2015, em projetos para modernização de sistemas em implementações de Smart Grids, esperando uma melhora na cibersegurança. Seguindo esses passos o governo indiano orçou U$5.8 bilhões numa ideia similar.
Para a segurança de uma rede, é imprescindível a padronização da comunicação, um protocolo ao qual o tráfego de informações pode seguir e ter certeza que é seguro, eficiente e usado por todos.
Nas implementações de Smart Grids atuais, os protocolos mais utilizados são:
IEEE 1815 (DNP3), que é o mais usado protocolo de comunicação para aplicações SCADA (Sistemas de Supervisão e Aquisição de Dados) que é uma maneira de visualizar e fazer o controle de um sistema complexo como uma Smart Grid, utilizam também o IEEE 2030.5, que possibilita a administração de energia do usuário final, incluindo demanda, controle de fluxo, comunicação de preços, geração distribuída, estocamento de energia e até suporta controle de outros serviços como água e gás. Por último o OpenADR que é utilizado por diversas empresas e times de pesquisa norte americanos capaz de tratar toda a administração energética.
Levando esse cenário em consideração, percebemos que de fato é impossível ter um futuro energético gerenciável sem a aplicação da Smart Grid.
P:Qual serias as vantagens da ascensão das smart grids, substituindo a antiga distribuição de energia elétrica?
R: A rede elétrica convencional consiste em um fluxo de energia unidirecional que parte das geradoras para os consumidores, enquanto nas redes elétricas inteligentes os fluxos de energia e de comunicação são bidirecionais e monitorados. O maior controle da rede diminui falhas humanas, aumenta a confiabilidade e a sua eficiência. Além disso, existe o lado da geração distribuída, que beneficia tanto os “prosumidores” quanto o meio ambiente, já que ela é baseada em fontes limpas de energia.
P: Qual a diferença de comunicação entre as redes elétricas inteligentes e a distribuição antiga de energia?
R: O principal fator que as difere no quesito comunicação é a presença, nas smart grids, de medidores inteligentes situados na rede que são responsáveis pela medição do uso de energia por consumidor e a sua transmissão para companhias elétricas, além do novo modelo de cobrança.
P: De que forma as tecnologias das smart grid afetam a segurança da rede?
R: A própria infraestrutura das redes elétricas inteligentes faz com que ela seja mais vulnerável a ataques, devido ao grande e constante fluxo de dados que passa por ela. Dessa forma, faz-se necessário um grande investimento no papel de segurança da rede, algo que no passado não era muito relevante e que ultimamente é um dos tópicos mais centrais na implementação dessa rede.
P: Quando se trata do conceito de interação com o usuário, como as smart grids se comportam?
R: Grande parte do sucesso das smart grids se deve a facilidade de interação do usuário com os equipamentos e serviços que precisam ser funcionais e de grande eficácia. A tecnologia deve ser simples o suficiente a ponto de pessoas de diferentes gerações, culturas e lugares possam aproveitar ao máximo os benefícios que essa tecnologia nos trás nos dias de hoje. Um grande exemplo é a CAS tecnologia, que ao longo dos anos tem feito vários projetos envolvendo principalmente automação residencial, como por exemplo a tomada inteligente que aponta os dados de quanto seus aparelhos eletrodomésticos estão consumindo naquele determinado momento, proporcionando maior transparência de dados e custos, assim facilitando a interação do usuário com seus equipamentos, podendo evitar um "apagão" por exemplo.
P: Como as smart grids se relacionam com as energias limpas e alternativas que estão presentes nos dias de hoje?
R:As smart grids possuem um ponto sustentável totalmente benéfico. Em virtude da microgeração, que é baseada em fontes alternativas de energia como a solar, as smart grids atuam na diminuição da geração de gases causadores do efeito estufa, muito provenientes de fontes de energia poluentes como os combustíveis fósseis.
[1]ANEEL, Agência Nacional de Energia Elétrica, http://www.aneel.gov.br/geracao-distribuida (Acesso em 22 Abril 2019).
[2]EGOZCUE, Elyoenai at TEDxBasqueCountry 2013 https://www.youtube.com/watch?v=PnvI2dhjFyo (Acesso em 18 Abril 2019).
[3]PROOF, blog, ‘Os melhores conteúdos sobre segurança da informação’,https://www.proof.com.br/blog/smart-grid/(Acesso em 22 Abril 2019)
[4]GETTINGSMARTERABOUTHESMARTGRID, programa do governo federal norte-americano http://www.gettingsmarteraboutthesmartgrid.org/
[5]OUTUOZE, Abdulrahaman Okino https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2314717218300163
Rio de Janeiro, 21 de abril de 2019