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title: Smart Grid

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# Smart Grid 

**Alunos:** Alexandre Duarte, Maurício Taffarel, Pedro Guimarães

## 1. Introdução

A implantação de Smart Grids, também conhecidas como redes elétricas inteligentes, tem se tornado uma prioridade no setor elétrico global devido à necessidade de modernização das infraestruturas de energia. As Smart Grids integram tecnologias avançadas da informação e comunicação, interligando os IEDS (Intelligent Electronic Devices), à rede elétrica tradicional, proporcionando maior eficiência, confiabilidade e sustentabilidade em todo sistema da geração até a distribuição. A crescente demanda por energia, combinada com os desafios ambientais e a necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, impulsionou a busca por soluções inovadoras para o setor elétrico. Nesse contexto, as Smart Grids surgem como uma abordagem promissora para otimizar o uso de energia, promover a geração distribuída e melhorar a qualidade do fornecimento.

A Smart Grid pode ser definida como uma rede elétrica inteligente que incorpora tecnologias avançadas para aprimorar o gerenciamento, a eficiência e a confiabilidade da distribuição de energia. Ela vai além do modelo tradicional de fornecimento de energia, permitindo a coleta de dados em tempo real, a análise avançada dessas informações e a comunicação bidirecional entre consumidores e fornecedores. Dessa forma, a Smart Grid possibilita uma maior interação e controle sobre o consumo de energia, contribuindo para a redução do desperdício e para a promoção de práticas mais sustentáveis. Uma importante otimização com o uso das Smart Grids está no gerenciamento da geração distribuída, um mercado em ascensão no Brasil e no mundo.

## 2. Objetivo

Este trabalho tem como objetivo discutir sobre o conceito de Smart Grid, abordando os benefícios da implantação deste tipo de rede, bem como os desafios que precisam ser superados para sua completa aplicação.

Também será tratado sobre os equipamentos, dispositivos e protocolos que são utilizados para o funcionamento do smart grid. 

Ainda será abordado a integração que as ‘redes inteligentes’ proporcionam com as energias renováveis, algo essencial na sociedade, devido a crescente utilização de energia solar e eólica por exemplo.

Ao tratar destes temas, é possível obter um conhecimento abrangente para a implementação desta importante tecnologia no setor elétrico. 

## 3. Desenvolvimento


#### Conceito de smart grid
Smart grid é um conceito de rede elétrica “inteligente” que utiliza sensoriamento e automação para fornecer uma energia de forma confiável e segura, termo que vem se expandindo com a proposta de modernizar e aperfeiçoar as operações, sendo, portanto, uma rede moderna que permite um fluxo bidirecional de energia, que utiliza técnicas de controle avançadas.  Em uma rede comum, caso exista algum problema de fornecimento de energia elétrica, a empresa prestadora de energia só terá conhecimento do ocorrido caso seja informada. Com o smart grid, a companhia tem conhecimento do ocorrido imediatamente, já que medidores interrompem o envio de dados do sensor.

O aumento da população traz como consequência o aumento de problemas energéticos relacionados a distribuição, com isso, uma solução seria tornar a geração de energia mais distribuída para evitar perdas e custos já que o sistema atual conta com longas redes de transmissão devido a distância das centrais geradoras. Como solução, seria necessário a instalação de geradores distribuídos por toda a rede. Para isso é preciso controlar a interação entre geradores, consumidores e distribuidores de energia.  O smart grid é capaz de resolver este e outros problemas, otimizando o funcionamento como um todo.

Percebe-se que o smart grid ajuda na conexão de fontes distribuidoras como a microgeração (centrais geradoras com potência instalada menor ou igual a 100kw), e minigeração (potência instalada de 100kW e 1 MW). Isto possibilita a participação ativa de pessoas que possuem fontes de energia em casa ou empresa (painéis solares por exemplo) no mercado.

Este tipo de rede funciona por meio de sensores capazes de fazer a coleta e transmissão de informações que torna possível o ajuste de fluxo de eletricidade. Assim as intervenções na rede acontecem em tempo real sem a necessidade de intervenção humana. Tal sistema traz algumas vantagens em relação a rede tradicional, entre elas: facilidade na solução de problemas, economia, já que consegue se comunicar com os medidores inteligentes, flexibilidade, confiança e acessibilidade.

#### Componentes e infraestrutura de smart grid:

Para conectar o usuário da rede e fornecedores, é preciso implementar uma arquitetura computacional chamada de infraestrutura avançada de medição (AMI) para que uma comunicação automática e bidirecional entre consumidor e concessionária seja estabelecida através dos medidores inteligentes.

Os medidores inteligentes podem ser caracterizados como dispositivos que medem o consumo de energia elétrica assim como os medidores tradicionais. O seu maior diferencial é o fato de permitir o fluxo bidirecional de energia, além de fazer a coleta de informações sobre o consumidor. Desta forma é possível fazer o monitoramento e tarifação mais detalhada da energia, permitindo um maior fluxo de informações.

A estrutura do AMI é basicamente composta pelas redes: HAN, NAN, WAN.

HAN (Home Area Network) é a rede própria de cada domicílio, conectando, portanto, os dispositivos inteligentes e a microgeração. As informações de consumo e ocorrência são armazenadas nos medidores inteligentes.

A NAN (Neighborhood Area Network) é responsável pelo armazenamento das informações dos medidores vizinhos. A rede deste tipo envia informações para um concentrador de dados que está conectada central de gerenciamento de medição através de uma rede WAN (Wide Area Network), criando a estrutura avançada de medição. 

Para que todos os dispositivos e componentes da rede sejam integrados é necessário um padrão para a comunicação. Um dos protocolos mais utilizados é o DNP3, que permite a multiplexação de dados e função de divisão e empacotamento, permitindo assim o uso de vários dispositivos no mesmo meio, checagem de erro, priorização de dados, e funções de aplicação para interface entre o usuário e o sistema. Outros protocolos também poderiam ser utilizados como o  PROFINET, PROFIBUS, IEC61850. O maior problema da existência de vários protocolos é o fato de alguns serem proprietário que empresas de energia usam para o próprio sistema de automação.
Existe ainda o esforço para se utilizar os protocolos TCP/IP e UDP/IP, na rede, já que são protocolos bastante conhecidos e utilizados. Facilitariam também a implementação da internet das coisas, permitindo a conexão de muitos dispositivos inteligentes.

A interligação da rede ainda gera preocupação em relação a segurança, já que existe a possibilidade de fraudes ou ataques cibernéticos, fato que ocorre não só neste tipo de rede mas em qualquer outra. Por isso a importância da pesquisa para sempre estar utilizando os protocolos e infraestrutura mais atualizada para proporcionar a segurança de todos que estejam conectados e da rede em si.

#### Integração de Energias Renováveis

A integração de energias renováveis é um dos pontos fortes da implantação das Smart Grids. Com a crescente preocupação com as mudanças climáticas e a necessidade de reduzir as emissões de gases de efeito estufa, as fontes de energias renováveis, como a solar e a eólica, têm ganhado destaque no cenário energético global. As redes inteligentes desempenham um papel fundamental ao facilitar a integração dessas fontes renováveis na rede elétrica.

Uma das principais vantagens da Smart Grid nessa integração  é a capacidade de gerenciar a geração intermitente dessas fontes. A geração de energia solar depende da disponibilidade de luz solar, enquanto a geração eólica está sujeita à velocidade do vento. Através dos medidores inteligentes, comunicação em tempo real e análise dos dados, a Smart Grid pode prever e gerenciar a variação da geração dessas fontes, equilibrando-a com a demanda de energia e otimizando o uso dos recursos disponíveis.

Além disso, a Smart Grid permite a comunicação bidirecional entre os sistemas de geração de energia renovável e os consumidores. Por exemplo, um sistema de painéis solares em uma residência pode gerar energia excedente durante o dia, que pode ser injetada na rede elétrica e compartilhada com outros consumidores. Essa interação entre geração distribuída e a rede elétrica principal é otimizada graças à infraestrutura da Smart Grid, que permite o fluxo bidirecional de energia e o monitoramento preciso do consumo e da produção.

A integração de energias renováveis nas Smart Grids traz diversos benefícios, como a redução das emissões de carbono, a diversificação da matriz energética e a redução da dependência de combustíveis fósseis. Além disso, promove o uso de recursos energéticos locais e renováveis, incentivando a sustentabilidade e a resiliência do sistema elétrico.

#### Gerenciamento de Demanda e Eficiência Energética

Outro aspecto importante das Smart Grids é o gerenciamento de demanda e a eficiência energética. Com a crescente demanda por energia elétrica, é essencial otimizar o consumo e evitar picos desnecessários no sistema elétrico. A Smart Grid oferece soluções inovadoras para o gerenciamento inteligente da demanda e o uso eficiente da energia.

Uma das tecnologias-chave nesse aspecto são os medidores inteligentes, que permitem aos consumidores monitorar e controlar seu consumo de energia em tempo real. Com informações detalhadas sobre o consumo, os consumidores podem tomar decisões informadas sobre o uso de energia e ajustar seus padrões de consumo para períodos de menor demanda ou tarifas mais baixas, além de possibilitar a implementação de programas de resposta à demanda. Apesar de no setor residencial esse tipo de informação não ser tão utilizada, na indústria é crucial para garantir uma maior rentabilidade e otimização na utilização dos recursos.

Para as empresas no setor de geração, transmissão e distribuição de energia elétrica esse gerenciamento também é muito importante. A coleta de dados em tempo real permite identificar ineficiências e desperdícios no sistema elétrico, facilitando a implementação de medidas corretivas para maximizar o uso eficiente da energia. Além disso, é possível estabelecer de maneira ainda mais eficiente o período de funcionamento das usinas de geração de energia elétrica.

Dessa forma, a Smart Grid desempenha um papel fundamental na gestão da demanda e na promoção da eficiência energética, contribuindo para a sustentabilidade e a estabilidade do sistema elétrico tanto para os consumidores quanto para as empresas de energia.

#### Desafios para implantação do smart grid

É possível dizer que as maiores barreiras tecnológicas para a implantação do smart grid em um médio prazo, já foram superadas. No entanto, ainda é necessária uma coordenação de mecanismos para poder viabilizar a sua operação, exigindo assim um esforço dos envolvidos na transformação, como os consumidores, autoridades e empresas de energia.

A padronização de equipamentos e protocolos, além da sua viabilização econômica é algo que deve ocorrer com o passar do tempo, já que a produção em maior escala gera a redução do custo para produzir e instalar os equipamentos. Os principais desafios que ainda precisam ser superados serão citados a seguir.

É preciso realizar a instalação generalizada de medidores inteligentes para que o desperdício e furto de energia seja sanado. Também é necessário a implantação do uso de comunicações bidirecionais, já que este tipo de comunicação permite o conhecimento em tempo real das condições dos fios, cabos, transformadores e consumo de vários dispositivos instalados em ambientes diversos. A implantação de um tipo de portal do consumidor com aplicativos de serviços para que os clientes possam se comunicar, juntamente com a implantação de programas de gerenciamento de demanda. É imprescindível a ativação da rede interna dos clientes ( Home Area Network) para que os consumidores tenha acesso aos dados em suas próprias residências, facilitando a operação das redes. A automatização, controle e uso da eletrônica de potência das redes de distribuição serão importantes. E por fim, também é preciso que os aparelhos internos dos clientes também possuam funções de gerenciamento das medições em tempo real.

## 4. Conclusão

A Smart Grid, ou rede elétrica inteligente, é uma inovação tecnológica que revoluciona a forma como a energia elétrica é gerada, transmitida e consumida. Ao integrar avançados sistemas de comunicação e controle, a Smart Grid permite uma gestão mais eficiente e sustentável da energia, trazendo benefícios tanto para as concessionárias de energia quanto para os consumidores.

Uma das principais vantagens da Smart Grid é a melhoria na eficiência energética. Por meio do monitoramento em tempo real e do uso de sensores inteligentes, é possível identificar padrões de consumo, detectar falhas na rede e otimizar a distribuição de energia. Isso resulta em menor desperdício de energia, redução de perdas na transmissão e maior estabilidade no fornecimento elétrico. Além disso, a Smart Grid facilita a integração de fontes de energia renovável, como solar e eólica, tornando possível a criação de uma rede elétrica mais limpa e sustentável. Com esses avanços, a Smart Grid se apresenta como uma solução promissora para os desafios energéticos do século XXI, contribuindo para a mitigação das mudanças climáticas e para a construção de um futuro mais sustentável.

## 5. Referências bibliográficas

http://www.eletrica.ufpr.br/odilon/te339/artigo_SMART_GRID.PDF

https://www.gta.ufrj.br/ensino/eel878/redes1-2016-1/16_1/smartgrid/