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ENERGIA – PANORAMA ATUAL E FUTURO
Energia Renovável e Sustentabilidade: como estão hoje e para onde vão os sistemas energéticos?
Prof. Dr. Lineu Belico dos Reis 25 de outubro de 2017
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ENERGIA – PANORAMA ATUAL E FUTURO Tópicos Principais
• ENERGIA E SUSTENTABILIDADE – CENÁRIO GERAL• CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES• INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE• MATRIZ, PLANEJAMENTO E GESTÃO ENERGÉTICOS• OS SISTEMAS “INTELIGENTES” PORTADORES DE
FUTURO – “SMART POWER” e “SMART GRID”• PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO • UM CALDO PARA REFLEXÕES E DISCUSSÕES • CONSIDERAÇÕES FINAIS
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ENERGIA – PANORAMA ATUAL E FUTURO Visão Panorâmica
• ENERGIA E SUSTENTABILIDADE – CENÁRIO GERAL• CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES• Impactos Ambientais• Recursos Renováveis e Novas Tecnologias Não Renováveis • Tecnologia da Informação e Globalização• Inovação• Execução técnica das proposições• INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE• Conceitos básicos e características espaciais e temporais• Um mundo de Desafios e Oportunidades• Seus Impactos nos Cenários Energéticos• Inovações e Tecnologia no Setor Energético• MATRIZ, PLANEJAMENTO E GESTÃO ENERGÉTICOS• OS SISTEMAS “INTELIGENTES” PORTADORES DE FUTURO – “SMART POWER” e “SMART GRID”• PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO • Visão Sistêmica, Eficiência e Segurança Energéticas
Operação e Manutenção Inovações na Geração, Transmissão e Distribuição
• Uma vista no Cenário Brasileiro• UM CALDO PARA RELEXÕES, DISCUSSÕES E BUSCA DE CONCLUSÕES • Reflexões, Discussões e Conclusões (?)
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ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL
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ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL
Brevíssimo Histórico
▪ A discussão global do modelo sustentável de desenvolvimento, se iniciou na década de 70: Conferência de Estocolmo (UnitedNations Conference on the HumanEnvironment) realizada em 1972.
▪ Ao final da década de 80: A “World Comission on Environment and Development” emitiu relatório Nosso Futuro Comum (Our Common Future).
▪ A definição mais simples (Gro Brutland): Modelo de desenvolvimento que satisfaz
as necessidades das gerações presentes sem afetar a capacidade de gerações
futuras de também satisfazer suas próprias necessidades (Our Common Future,
1987).
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ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL
Brevíssimo Histórico
Alguns passos posteriores mais marcantes
- Em 1992: A UNCED (United Nations Conference on Environment andDevelopment), no Rio de Janeiro.
Cinco documentos: a Agenda 21, a Convenção do Clima, a Convenção daBiodiversidade, a Declaração do Rio e os Princípios sobre Florestas.
- Em 1997, Japão: origem do Protocolo de Kyoto. Só ao final de 2004:ratificação, com assinatura da Rússia
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ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL
Brevíssimo Histórico
Alguns passos posteriores mais marcantes
- Diversas reuniões internacionais tem sido realizadas, ressaltando-se as efetuadasanualmente no âmbito da United Nations Climate Change Conference as COPs(Conference of the Parties).
- Avanços (eventuais, se existentes) são mínimos – impasses devido principalmente aposições de países importantes no contexto, tais como EUA, Rússia, China, Brasil,Índia.
- Ultimas Conferências – COP 21 (Paris, 2015), COP 22 (Marrakesh, 2016) – PróximaCOP 23 (Bonn, Nov 2017)
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ENERGIA E SUSTENTABILIDADE CENÁRIO GERAL
Uma lista de Grandes Dificuldades
Crescimento PopulacionalDesemprego
E outras:Organização institucional a nível global;Belicismo – Tráfico de armasTráfico de drogasTrafico de seres humanosIntolerância
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ENERGIA E SUSTENTABILIDADE: CENÁRIO GERAL
Soluções Energéticas para a Sustentabilidade
Universalização do Atendimento
Diminuição do uso de combustíveis fósseis e aumento do uso detecnologias e recursos renováveis;
Aumento da eficiência do setor energético como um todo, desde aprodução até o consumo;
Adequação do setor produtivo como um todo para aumentar eficiência nouso de combustíveis, sistemas de transporte e materiais;
Incentivo ao desenvolvimento tecnológico do setor energético paratecnologias ambientalmente mais adequadas e benéficas;
Uso de combustíveis menos poluentes
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CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES
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CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕES
• Impactos Ambientais
• Recursos Renováveis e Novas Tecnologias Não Renováveis
• Tecnologia da Informação e Globalização
• Inovação
• Execução técnica das proposições
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CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESImpactos Ambientais
A poluição do ar urbano
A chuva ácida
O efeito estufa e as mudanças climáticas
A desmatamento e a desertificação
A degradação marinha e costeira
O alagamento
A contaminação radioativa
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CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESRecursos Renováveis e Novas Tecnologias Não Renováveis
Novas Tecnologias Não RenováveisExemplos
Captura e Armazenamento de CarbonoNovas tecnologias de Geração Nuclear
Ciclos Combinados com Gás NaturalGaseificação do Carvão
Gas de Xisto e Areias Betuminosas
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CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESTecnologia da Informação; Globalização e Inovação
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CONDICIONANTES PRIMORDIAIS DE MODIFICAÇÕESExecução técnica das proposições
o Considerações Gerais sobre o “Fazer”o Distâncias entre planos e realidadeo Os quatro componentes da infraestrutura
para o desenvolvimentoo Necessidade de regulação estável e
adequadao Dilemas e desafios das profissões técnicas e
tecnológicaso Formação de Pessoal, Capacitação e
Treinamento
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INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE
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INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADE
Conceitos básicos e características espaciais e temporais
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Fundamentos da inovação
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O ciclo de inovação
Desenvolvimento Experimental.
Pesquisa e Desenvolvimento P&D
Pesquisa Básica
Pesquisa Aplicada
Aumento do graude comercialização
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Inovação - realização prática da disponibilização àsociedade dos novos produtos, sistemas ou serviços
viabilizando sua oferta ao mercado, a parte mais longa,dura e custosa do ciclo pesquisa/inovação
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INOVAÇÃO E SUSTENTABILIDADEUm mundo de Desafios e Oportunidades
Impactos nos Cenários EnergéticosInovações e Tecnologia no Setor Energético
• Enfrentando os dilemas de hoje: Solução de problemas estruturais, reativação, recapacitação, automação, sincronização ( vencendo a inércia) seletiva com o hoje (nichos).
• Visualizando o futuro possível e desejável (inovação, novas tecnologias, sistemas “inteligentes”), determinando o ritmo adequado.
• Estabelecendo planos realistas e exequíveis, com regulação estável e visão estratégica de longo prazo.
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MATRIZ, PLANEJAMENTO E GESTÃO ENERGÉTICOS
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PLANEJAMENTO ENERGÉTICO
Objetivo: promover utilização racional dos diversos energéticosconsumidos e otimizar o seu suprimento.Diretrizes: determinadas pelas políticas energéticas, econômicas,sociais e ambientais vigentes.Restrições de Contorno: sintonia com outros sistemasenergéticos que interagem com o sistema em questão.
O planejamento energético não termina com a elaboração deum plano e de suas metas de suprimento de energéticos,economias de energia, níveis de investimentos, etc. Ele é umprocesso contínuo ao longo do tempo, que inclui todas asfases de implantação do plano e as inevitáveis correções eatualizações.
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Política Energética
Revisão Gerencial
Planejamento Energético
Verificação
Implementação e Operação
Monitoramento, Medição e Análise
Auditoria Interna do Sistema de Gestão
Energética
Não conformidades
Correção Corretiva,
Preventiva, Preditiva
Melhoria Contínua
MODELO PARAPROCESSO DEPLANEJAMENTOENERGÉTICO
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Processo de Planejamento do Setor Elétrico Brasileiro
PRINCIPAIS ETAPAS
Planejamento da expansão do sistema
(planejamento estratégico)
Planejamento da expansão a Curto Prazo e
Programação da operação do sistema (planejamento tático)
ASPECTOS MAIS RELEVANTES DA EXECUÇÃO
Previsões da demanda futura de eletricidade (o crescimento domercado de energia elétrica) - Cenários
Escolha de técnicas e tecnologias exequíveis de geração etransmissão, que se adaptem bem às condições deoperação futuras
Definição e determinação da estrutura geral do sistema emtoda sua dimensão
Seleção dos cenários de investimento mais próximos do ótimoe, face à sua escolha, a locação e o cronograma de entradaem operação dos novos equipamentos e componentes dosistema
Desempenho técnico adequado do sistema
Forma de realização do planejado – centralização, leilões, etc.
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Estrutura geral do
Balanço Energético Nacional
BEN
Consumo final
Consumo final não-energético
Consumo final energético: setores energético + residencial +comercial + público + agropecuário + transportes + industrial +não identificado
Transportes: rodoviário, ferroviário, aéreo ehidroviário
Industrial: cimento, ferro-gusa e aço, ferro-ligas,mineração/pelotização e não ferrosos/outros dametalurgia, química, alimentos e bebidas, têxtil, papel ecelulose, cerâmica e outros
Consumo final do setor energético
Consumo não identificado
Produção de energia secundária
Consumo
Formas de Energia:
Energia Primária e Energia Secundária
- Oferta Total
- Oferta Interna
de Energia OIE
MATRIZ ENERGÉTICA
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MATRIZ ENERGÉTICA – Visão Simplificada
RECURSOS ENERGÉTICOS
(OFERTA)
..... Transporte Transformação Transporte ..... ..... CONSUMO
PETRÓLEO
Uso final 1 x x x x x
Uso final 2 x x x x x
Uso final ....
GÁS NATURAL
Uso final 1 x x x x
Uso final 2
OUTRO RECURSO
..................
ELETRICIDADE *
Uso final 1 x x x
Uso final 2
...................
*Forma Secundária de Energia
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Planejamento e Matriz EnergéticosDocumentos e Informações
Plano Nacional de Energia 2030
PNE 2030 (EPE)
Detalhamento de apenas um cenário
Sem alterações (oficiais como matriz e plano)
desde 2007.PNE 2050
Em elaboração
Plano Decenal de Expansão de Energia
Elétrica
Para os próximos 10 anos.
A versão PDE 2024 enfoca o
período 2015 - 2024
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REGIÕES ConsumoBilhões tep
Participaçãono consumo
%
Populaçãomilhões
Participação na população %
Consumo per capita
tep/capita
OECD (*) –(EUA e Canadá)
2,86 21,7 910 12,78 3,14
EUA 2,19 16,61 316 4,44 6,92
Canadá 0,25 1,89 35 0,49 7,2
Oriente Médio 0,69 5,23 218 3,06 3,17
Países da Europa não pertencentes à OECD e Eurásia
1,15 8,72 341 4,79 3,39
China 3,02 22,91 1367 19,21 2,21
Ásia 1,65 12,52 2348 6,63 1,31
Países da América não pertencentes à OECD
0,62 4,72 472 6,63 1,31
África 0,75 5,70 1111 15,62 0,67
TOTAL 13,18 (**) 100 (**) 7118 100 1,90
Brasil 0,294 200 1,47
Distribuição do Consumo Primário de Energia, População e Consumo per capita nas Diversas Regiões e no Brasil – Ano: 2013
Instituições globais com Matrizes Energéticas que também incluem dados
sobre o Brasil
IEA – International Energy Agencycom sede em Paris
EIA/DOE - Energy Information Agency –Department of Energy – USA com sede em Washington DC
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SISTEMAS “INTELIGENTES” PORTADORES DE FUTURO:
“SMART POWER” e “SMART GRID”
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Indústria daEnergia Elétrica
Conjunto deempresas que forma aCadeia da indústriade energia elétrica:Geração,Transmissão,Distribuição,Consumo.
Consumo
• Extrapola os limites da indústria daenergia elétrica propriamente dita;
• Interrelação e integração comprojetos e ações voltadas a enfocaros Usos Finais da Eletricidade e aConservação de Energia;
• Programa de P&D da ANEEL: GLD -Gerenciamento pelo Lado daDemanda; a Eficiência Energéticapelo lado do consumo e as ações doPROCEL - Programa de Conservaçãode Energia Elétrica;
• Ações envolvem ainda fabricantes,consumidores, órgãos reguladores,órgãos de defesa do consumidor.
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Modelo Conceitual de Smart Grid
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A Rede Hoje Rede Futura
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A CASA INTELIGENTE
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Sistemas de Armazenamento
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VEÍCULOS ELÉTRICOS
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39
Outros Sistemas de Armazenamento
– Volante inercial (Flywheel kinetic energy )
– Baterias (Sodium based batteries – SBB, Lithium-ion batteries, Advanced lead acid batteries , Lead carbon Batteries)
– Bombeamento de Agua (Pumped-hydro storage - PHS)
– Supercondutores(superconducting magnetic energy storage - SMES)
– Ar comprimido (compressed air energy storage systems -CAES)
– Térmico( Capacitores Térmicos), Supercapacitores, Hidrogênio (Regenerative Fuel Cell) e outros
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40
HOT SALT STORAGE
SUNSHINE STORAGE IN A SALT: The
molten salts stored in the two tanks
pictured here amidst the rows of troughs
at the Andasol 1 power plant in Spain
will allow solar energy to produce
electricity even at night.
Volantes de Inércia
Ultra Capacitores
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41
TECNOLOGIAS DE ARMAZENAMENTO CENÁRIO DAS APLICAÇÕES
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PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO Visão Sistêmica, Eficiência e Segurança Energéticas
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PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO Visão Sistêmica, Eficiência e Segurança Energéticas
Operação e Manutenção
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Do ponto de vista sistêmico
Técnicas de avaliação integradade custos e benefícios, técnicasde planejamento aderentes aosnovos requisitos regulatórios,Planejamento Integrado deRecursos, Avaliação AmbientalEstratégica, revisão do critériode modicidade tarifária, revisãodo tratamento da interfaceentre G&T com a Distribuição,adequação dos modelos aosrequisitos das análises de risco.
Do ponto de vista da Geração(não Distribuída), Transmissão e Distribuição (Geração Distribuída)
Modelagem e simulação dodesempenho das tecnologiasavançadas de transmissão,adequação da modelagemeconômica das diversas formas detransmissão [custos, benefícios(incluindo equipamentos e sistemasprovedores de serviços ancilares*) eimpactos nas tarifas]
Técnicas e Ferramentas de Planejamento e Gestão adequadas ao cenário energético atual
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* Serviços Ancilares – serviços
de suporte ao sistema elétricode potência fornecidos porequipamentos ou sistemaselétricos.
Referências:PROCEDIMENTOS DE REDE (sitedo ONS);PRODIST – Procedimentos daDistribuição (site da ANEEL)
O&M e as Inovações Tecnológicas
Superação dos descompassos eineficiências
Automação e Atualização Tecnológica –Sistemas de Potência; Projetos Existentes e Projetos Novos
Geração centralizada, Transmissão, Distribuição e Geração Distribuída
Gestão da Operação e ManutençãoTerceirizaçãoCapacitação e Treinamento
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PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICO Inovações na Geração, Transmissão e
Distribuição
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Fontes Renováveis AlternativasExemplos: Eólica, Solar,
Biomassa (lixo e resíduos)
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Principais componentes ou subsistemas de um
aerogerador de eixo horizontal.
Fonte: Macedo, 2002.
Pequeno aerogerador alimentando uma
casa isolada. Pereira, 2008
Planta Offhore: Horns Rev II,
Dinamarca. Fonte: GWEC, 2012
ENERGIA EÓLICA
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(1) (2)
(3) (4)
Figura 11.10 Celulas de filmes finos: (1) Telha com módulo fotovoltaico de filme fino flexível integrado.
Fonte: (Rüther, 2004); (2) Módulo de a-Si. Fonte: (Rüther, 2004); (3) Célula solar de CdTe; (4) Módulo
fotovoltaico de CIS/CIGS
ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA
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Figura 11.16 – Fotografia da planta solar one, localizada em Daggett-Barstow
Torre de Potência
Calha Parabólica Chaminé Solar
Sistema Fotovoltaico de Concentração
da Emcore Corp. (EUA)
ENERGIA HELIOTÉRMICA
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Inovações na Transmissão
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SISTEMA DE TRANSMISSÃO DO RIO MADEIRA
UATCC - em 800 kV
SISTEMA EATCC MULTITERMINAL
LTs CA e CC
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Redes Supranacionais Exemplo –África/Europa
Sistemas de controle eletrônicos da família FACTS“Flexible AC Transmission Systems”
A utilização destes equipamentos, integrados às Redes Inteligentes (Smart Grids), em
dimensões e locais adequados do sistema elétrico, resultará em mudança de
paradigmas de planejamento e operação, com grande impacto no aumento da confiabilidade, em seus aspectos de
Disponibilidade e Segurança.
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Inovações na Distribuição
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Geração distribuída: fontes renováveis, cogeraçãoIP – Iluminação Pública
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Exemplos de tecnologias de geração
utilizadas em GD e MR
Fotovoltaica Microturbina Eólica Máquinas de Combustão
Interna
Fonte: EPRI (2001)
Exemplo de arquitetura de minirrede elétrica 1) CC centralizada
2) 2) CA distribuída
Fonte: Vandenbergh (2009 apud Fadigas e Bolanos, 2012)
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PRINCIPAIS DESAFIOS DO SETOR ENERGÉTICOUma vista no Cenário Brasileiro
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▪ No sistema elétrico brasileiro convivemo novo e o velho.
▪ Boa parte dos equipamentos maisantigos, devido ao envelhecimento,congestão da rede e a demandasextremas de carga de pico têmapresentado, ao longo do tempo,aumento das perdas e perda deconfiabilidade, justificando ações derevitalização, assim como demodernização e automação, paraincorporar avanços tecnológicos.
▪ Isso já é suficiente para que se afirme,sem qualquer hesitação, que para osistema elétrico como um todo é damaior importância incluir novastecnologias e inovações e se encaminharao “Smart Power”, com objetivosprincipais de aumentar a eficiência(diminuir perdas) e confiabilidade(disponibilidade e segurança),incorporar adequadamente as maisdiversas alternativas de geraçãorenovável e permitir maior flexibilidadee eficácia na gestão operacional dosistema.
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Além disso, no cenário tecnológico eoperacional da geração, transmissão eda distribuição, pode se distinguirtecnologias e procedimentos queapresentam diversas perspectivasfavoráveis de uso, principalmentequando utilizando os grandes avançosda tecnologia de informação (TI) e daautomação, dentro dos conceitos deSmart Grid e Smart Power.Tais tecnologias:- ou já se encontram inseridas
tradicionalmente no setor elétrico(mas podem ser aperfeiçoados),
- ou estão disponíveis para aplicaçãoimediata e em curto prazo
- ou ainda se encontram em fase deaperfeiçoamento para aplicaçãocomercial mais adiante.
Neste conjunto se ressaltam:políticas e programas de eficiênciaenergética e combate aodesperdício; desenvolvimentoadequado de interconexões elétricasentre subsistemas e sistemascentralizados com sistemas locais;hidrelétricas operando com rotaçãovariável; sistemas de controleeletrônicos, da família FACTS;sistemas em corrente contínua dealta tensão CCAT, multiterminais,redes supranacionais;complementação energética (portermelétricas e centrais eólicas, porexemplo); sistemas energéticosdescentralizados e geraçãodistribuída; sistemas avançados dearmazenamento.
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UM CALDO DE TEMAS PARA REFLEXÕES E DISCUSSÕES
• Reflexões, Discussões e Conclusões (?)
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MATRIZ ENERGÉTICA
• O Consumo• Planejamento do
Sistema e Matriz Energética
• Matriz Energética• O PNE – Plano
Nacional de Energia
OPORTUNIDADES E PERSPECTIVAS DO “ SMART POWER”
• Visão Sistêmica• Planejamento e Gestão• Inovações - Cenário Geral
das Tecnologias mais Significativas:- Na Geração- Na Transmissão- Na Distribuição
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Alguns aspectos mais relevantes do assunto enfocado para orientar reflexões
e discussões:
o Impactos esperados no setor elétrico;
o É mesmo inovação? Para quê? Para quem?
o Real relevância para o país;
o Dificuldades e particularidades de sua introdução no Brasil: de
planejamento, de execução, de O&M;
o Classificação do estado de sua introdução no Brasil comparativamente aos
países mais avançados tecnologicamente: atrasada, atualizada ou
avançada;
o Estágio de desenvolvimento atual no Brasil; Viabilidade e vantagens de
sua introdução comparativamente à situação atual;
o Transferência de tecnologia. É viável? Interessa?
o Impactos nas formas de envolvimento do consumidor (passiva ou ativa);
o Existência de incentivos em termos de P&D (Pesquisa e Desenvolvimento)ou outros, tanto governamentais quanto privados;
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EXEMPLOS DE TÓPICOS PARA REFLEXÃO E DISCUSSÕES
Técnicas e ferramentas de gestão e planejamento
da mini geração distribuída com cogeração
Desenvolvimento tecnológico e inovação em geração solar fotovoltaica e heliotérmica
Desenvolvimento tecnológico e inovação em distribuição: linhas subterrâneas, “hvdc light”, gestão de O&M
Geração distribuída, armazenamento de energia, evolução do desenvolvimento da “Smart Grid”
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Finaliza-se a apresentação, retomando um importante assunto
abordado, que se refere às dificuldades associadas à execução
técnica das proposições. Relacionadas às dificuldades do “fazer”,
aos distanciamentos usuais entre cartas de intenções e planos e
entre os planos e a realidade da execução, aos dilemas e
desafios das profissões técnicas e tecnológicas e à formação de
pessoal, a capacitação e treinamento.
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CONSIDERAÇÕES FINAIS
Isso, com o objetivo de ressaltar a importância e a
responsabilidade, poucas vezes lembradas, reconhecidas e
valorizadas em nosso país, ao contrário do que ocorre em grande
parte de países mais avançados em termos mundiais, da Educação
Tecnológica. E agradecer a honra de ter sido convidado para
apresentar a Conferência de Abertura deste evento, podendo
afirmar, com base na experiência pessoal e profissional, que maior
reconhecimento e valorização da Educação Tecnológica estão
dentre as necessidades fundamentais para elevação de nosso país a
um patamar bem mais alto no “novo” cenário tecnológico e
energético sem volta do mundo moderno globalizado.
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ALGUMAS REFERÊNCIAS
Fox-Penner Peter: SMART POWER - CLIMATE CHANGE, THE SMART GRIDAND THE FUTURE OF ELECTRIC UTILITIES, Island Press, Washington DC,USA, 2010.
Reis, L. B., Fonseca J. N., EMPRESAS DE DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIAELÉTRICA NO BRASIL – TEMAS RELEVANTES PARA GESTÃO. Ed Synergia; Riode Janeiro, 2012
Philippi Jr., Reis, L. B., Energia e Sustentabilidade, Ed Manole, Barueri, SP,Brasil, 2016
Reis, Lineu B: Geração de Energia Elétrica, 3 a edição, Ed Manole, Barueri,SP, Brasil, 2017