Smart Grid na América Latina: Caso Ampla de Inovação no Setor Elétrico

The Smart Grid in Latin America: Ampla as an Example of Innovation in the Electricity Sector

Ney Wagner Freitas Cavalcante ney.cavalcante@coppead.ufrj.br

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

Camila Franco camila.franco@coppead.ufrj.br

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

Victor Almeida valmeida@coppead.ufrj.br

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

Flavia d'Albergaria Freitas flavia.freitas@coppead.ufrj.br

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

Elaine Tavares elaine.tavares@coppead.ufrj.br

Universidade Federal do Rio de Janeiro, Brasil

Todo dia, Ramon Gonzales seguia a mesma rotina. Saía de casa às 8 h para trabalhar. No caminho, observava os medidores de energia das casas na rua onde morava. “Isso já está virando obsessão. Esses 13 anos lidando com energia elétrica me fizeram ficar obcecado por medidores de energia” – pensava o engenheiro de telecomunicações do setor de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D) da Distribuidora de Energia Elétrica AMPLA. Era início do ano de 2010 e Ramon estava bastante animado com o novo projeto que havia sido lançado na empresa: a criação de uma cidade inteligente em Búzios, município do Estado do Rio de Janeiro, contemplando tudo o que havia de mais moderno na área de energia elétrica, a chamada Smart Grid . A ideia do projeto surgiu a partir da necessidade de implantação de medidores com características de inteligência, capazes de minimizar alguns problemas existentes na concessionária, como, por exemplo, o furto de energia.

Como parte da sua rotina de observação, atentava para os medidores de energia nas casas por onde passava, até como uma forma de encontrar ideias para o projeto no qual estava envolvido. Ramon começou a perceber que algo diferente acontecia com estes equipamentos dependendo do dia de semana e do horário. Em um domingo, tendo que ir à empresa para uma reunião de emergência, o engenheiro notou que os medidores que ele tinha costume de observar todos os dias em posições normais, nesse dia, encontravam-se inclinados. Logo Ramon presumiu que as pessoas estavam furtando energia. A partir disso, ele passou a refletir sobre várias questões que envolveriam o projeto e uma delas estava ligada a aspectos sociais, econômicos e culturais no Brasil: o gato de energia.

De acordo com o estudo do Instituto Acende Brasil realizado em 2015, a perda total das 59 principais distribuidoras de energia elétrica no Brasil foi da ordem de 5%. Esse percentual corresponde a mais de 15 milhões de MWh furtados. Considerando que a tarifa média desse ano foi de R$ 546/MWh, incluindo impostos, as perdas financeiras ultrapassaram R$ 8 bilhões (Secretaria de Infraestrutura e Meio Ambiente, n.d.). Com isso, o engenheiro indagava-se “Como vamos fazer uma cidade inteligente baseada nas mais modernas tecnologias de energia elétrica se ainda temos problemas tão primários como esse?” – pensou ele. A partir daquele dia, Ramon não esqueceu aquela cena dos medidores e pensava diariamente em como resolver este e vários outros problemas que ele começou a perceber com estas observações diárias.

A Ampla Energia e Serviços S.A é uma concessionária de distribuição de energia elétrica pertencente ao Grupo Enel, localizada no município de Niterói, no Estado do Rio de Janeiro. Ela atende a cerca de 2,8 milhões de clientes residenciais, comerciais e industriais em 66 municípios do Estado, o que representa 73% do território. (Enel, n.d.)

Por conta das crises de petróleo, desde a década de 70, a maioria das medidas de eficiência energética foi adotada, voluntariamente, pelo setor. Nos anos 90, em todo o mundo, surgiram iniciativas para modificar a estrutura institucional dos setores elétrico e de gás com o objetivo de criar ambientes competitivos para produção, importação e comercialização de eletricidade ou gás natural. Essa conjuntura favoreceu o surgimento de programas em eficiência energética, transformando o mercado (Souza, Leonelli, Pires, Souza, & Pereira, 2009).

Em 24 de julho de 2000, o governo federal brasileiro promulgou a Lei 9.991 com o objetivo de incentivar a inovação no setor elétrico. Esta lei prevê que todas as concessionárias, distribuidoras e geradoras de energia elétrica devem destinar um percentual de sua receita operacional líquida para projetos de Pesquisa e Desenvolvimento (Lei nº 9.991, 2000). Assim, nasceu o Programa de Pesquisa e Desenvolvimento das empresas do setor elétrico brasileiro.

Ramon já trabalhava na Ampla há 13 anos e sabia que (de acordo com o próprio site da instituição), para a empresa, a inovação e novas tecnologias são fatores importantes para o desenvolvimento energético sustentável, beneficiando também a sociedade. Por isso, ele considerava o programa de P&D uma ferramenta importante para encontrar soluções diante dos desafios tecnológicos e de mercado. O setor de P&D da Ampla é responsável por entender as demandas de todas as áreas da empresa, encontrar centros tecnológicos e universidades capazes de colaborar na resolução de desafios e submeter projetos à ANEEL. Estes projetos de P&D têm como objetivo, basicamente, a melhoria da qualidade do serviço e a expansão da base de clientes da rede Ampla.

Um desses projetos, o Eco Ampla, contempla a troca de resíduos recicláveis por bônus na fatura de energia elétrica, destinando o material coletado à indústria de reciclagem. Ramon gosta muito desse projeto, pois o objetivo transcende a coleta seletiva de resíduos, e oferece alternativas para o pagamento das faturas, diminuindo a inadimplência, reforçando positivamente a imagem da empresa e contribuindo para a preservação do meio ambiente.

O projeto Cidade Inteligente Búzios é mais um desses projetos de P&D desenvolvidos pela Ampla, e foi pensado para ir ainda mais longe, superando as fronteiras da perspectiva ambiental. É um projeto de energia para a cidade do futuro, que se baseia em três pilares: sustentabilidade, racionalidade e eficiência.

• Sustentabilidade: Diminuir o impacto ambiental do consumo energético, contribuindo para a redução de emissões de CO ₂ , favorecendo o aumento das energias renováveis e oferecendo ao consumidor informações sobre a eficiência de seu consumo, o que contribui para a mudança de hábitos.

• Racionalidade: Contribuir para o empoderamento do consumidor e sua participação ativa na cadeia de valor da gestão de energia, favorecendo a criação de uma consciência socioambiental.

• Eficiente: Reduzir as perdas de energia que acontecem nas linhas de transmissão e distribuição de energia, especialmente em horários de pico, reduzindo a necessidade de ampliação da capacidade da rede.

O projeto Cidade Inteligente Búzios tem como objetivo a implementação de medidores inteligentes na cidade, a fim de solucionar problemas enfrentados pela concessionária, visando tornar algumas atividades telecomandadas e mais rápidas, além de possibilitar a integração com toda a rede. Embora este tenha sido o ponto de partida do projeto, o escopo deste é bem maior e abrange não só a área de medição, mas também as áreas de: automação da rede, iluminação pública eficiente, inserção de veículos elétricos na cidade, soluções de telecomunicações mais eficazes para cada tipo de sistema e wi-fi gratuito em ambiente público. Todas estas iniciativas são orientadas pela participação da sociedade nesse ambiente de transformação.

O custo do projeto foi estimado em R$ 38 milhões, a serem financiados com recursos públicos e privados. Seriam testadas combinações de novas tecnologias, serviços e fontes sustentáveis de energia, que caracterizam uma cidade inteligente. A Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) garantiu ao projeto R$ 18 milhões em recursos para P&D. Assim como todos os stakeholders envolvidos, a Aneel também esperava contar com um modelo eficiente de gerenciamento e consumo de energia, que pudesse ser replicado pelo Brasil e pela América Latina, a partir da experiência inovadora de Búzios.

As contribuições esperadas para este projeto eram melhoria da eficiência e da confiabilidade das redes elétricas e economia e sustentabilidade da produção e distribuição de energia, com redução expressiva do consumo e das emissões de CO2. Para o município e estado, esperava-se a otimização e redução nos custos com consumo de energia e inclusão de fontes alternativas.

O projeto Cidade Inteligente Búzios pretendia atender 10.363 clientes, sendo 13 indústrias, 1.518 comerciais e serviços públicos e 8.832 residenciais. Conta também com uma previsão de instalação de 25 pontos de automação, além da utilização de 3 linhas de média tensão (15 kV), com 67 km de circuitos, 450 transformadores de média/baixa tensão e tendo como previsão de consumo de 55 GWh/ano (Vilaça et al. , 2014)

Antes da implantação do projeto, a população foi informada e conscientizada dos riscos pessoais e sanções dos furtos de energia.

A energia elétrica é caracterizada pela Associação Brasileira de Distribuição de Energia Elétrica (ABRADEE, n.d.) como uma commodity , por ser um produto homogêneo e não apresentar diferenciação. O setor de distribuição pode ser considerado um monopólio natural, pois sua estrutura física torna economicamente inviável a competição entre dois agentes em uma mesma área de concessão. Desta maneira, o setor adota modelos de Regulação Tarifária como meio de preservar os interesses dos consumidores, garantir a rentabilidade dos investidores e estimular a eficiência setorial ( Social, 1998 ).

Ramon entendia que, diante do novo paradigma proposto para o setor elétrico no início dos anos 90 e com as privatizações realizadas, era necessário que o setor se posicionasse de forma diferente. A criação da Lei nº 9.991, de 24 de julho de 2000, foi uma forma de “incentivar a busca constante por inovações e fazer frente aos desafios tecnológicos do setor elétrico” (ver linha do tempo do desenvolvimento do setor elétrico no ANEXO A).

Na época em que Ramon buscava entender mais sobre a história do setor elétrico, o engenheiro fez uma viagem a Barcelona, uma cidade considerada inteligente em várias modalidades (energia, mobilidade, moradia, etc.). Nesta viagem, aprendeu diversos conceitos sobre o tema que o ajudaram a compreender o projeto Cidade Inteligente Búzios, no qual a Ampla estava começando a trabalhar.

Ramon entendeu que o conceito de Smart Cities (Cidades Inteligentes) surgiu como uma proposta de solução para melhorar a qualidade de vida nas cidades, mediante o uso de uma ampla rede de dispositivos eletrônicos para monitorar o ambiente urbano em tempo real, para que fosse possível agir de forma responsiva, estabelecer controles automáticos, obter informações necessárias para tomadas de decisão inteligentes e facilitar os serviços.

Segundo um Relatório da ONU (Centro Regional de Informação das Nações Unidas [UNRIC], 2014), até 2050, mais de 65% da população mundial estará vivendo em áreas urbanas. Sendo assim, as cidades precisam utilizar de forma eficiente e inteligente seus recursos, visando o aumento de qualidade de vida dos cidadãos. As cidades vêm ganhando um papel estratégico no desenvolvimento humano. Com a expansão contínua das populações urbanas, emergiram necessidades em diversos aspectos da vida urbana, tal como segurança pública, planejamento, desenvolvimento econômico, sustentabilidade ambiental, gestão energética, mobilidade, saúde pública, atividades sociais e etc. Falhas em qualquer destas áreas ameaçam o desenvolvimento sustentável das cidades (He, Stojmenovic, Liu, & Gu, 2014).

O enfrentamento desses desafios pode ser facilitado pelos avanços recentes nas novas tecnologias da informação, que poderiam auxiliar a gestão das cidades. A migração gradual de rotinas diárias para meios eletrônicos pode ser utilizada para a administração pública municipal. As ferramentas da Web, que se tornaram parte da vida cotidiana, e as novas possibilidades de coleta e análise de dados, tais como Internet das Coisas (IoT) e Big Data , também auxiliam na compreensão do ambiente urbano e solução de seus problemas, destacando assim um importante papel social.

As redes distribuídas de sensores inteligentes, assim como nuvens ( Cloud ) e Data Centers onde os dados são armazenados e compartilhados, formam a infraestrutura tecnológica das cidades inteligentes. Estas tecnologias permitem a participação cidadã nas decisões públicas, fazendo destes dados uma forma de conhecimento e empoderamento coletivo. Além disso, a proliferação dos dispositivos móveis pessoais e o desenvolvimento das redes sociais tornam a participação social viável em larga escala (He, Stojmenovic, Liu, & Gu, 2014).

Apesar de ter ampla aplicação, a definição de Smart Cities não tem um consenso, uma vez que o que torna uma cidade inteligente pode não ser aplicável para outras, visto que as necessidades locais e contextos podem diferenciar-se. Alguns fundamentos conceituais, todavia, parecem convergir (Branchi, Fernández-Valdivielso, & Matias, 2014):

1. 1. Utilização de Tecnologias de Informação e Comunicação (TIC) para tornar os serviços públicos mais interativos, eficientes e visíveis para os cidadãos.
2. 2. Presença de uma plataforma digital que envolva os gestores administrativos, empresas e cidadãos.
3. 3. Disponibilização de acesso aos melhores serviços possíveis em cada momento.
4. 4. Investimento em capital humano, social e governança participativa.
5. 5. Entretanto, o que mais interessava Ramon e, consequentemente, à Ampla, sobre cidades inteligentes, era como construir a energia elétrica inteligente, a chamada Smart Grid .

Durante a estadia de Ramon em Barcelona, dentre os congressos que participou, um chamou-lhe atenção, o chamado ‘ Smart Grid: energia inteligente para cidades inteligentes’. O congresso organizado por especialistas na área de energia elétrica beneficiou bastante as pesquisas do engenheiro.

O termo Smart Grid (redes de energia inteligente) também apresenta diversas definições. Todavia, segundo um Relatório publicado pelo Ministério de Minas e Energias (2010) , tais definições

convergem para o uso de elementos digitais e de comunicações nas redes que transportam a energia. Esses elementos possibilitam o envio de uma gama de dados e informação para os centros de controle, onde são tratados, auxiliando na operação e controle do sistema como um todo.

Para se colocar em prática tal conceito, algumas transformações deveriam ser levadas em consideração, como a modernização da infraestrutura, instalação de camadas digitais, como softwares e capacidade de processamento de dados, que são a essência da rede inteligente, e mudanças na comercialização, necessárias para ampliar o número de acessantes (p. 21).

No Congresso, Ramon conversou com diversas pessoas que poderiam ajudá-lo na sua pesquisa sobre Cidades Inteligentes com foco em energia. Uma dessas conversas foi com o então Ministro de Minas e Energia do Brasil, que lhe contou que seria publicada uma Portaria (Portaria nº 440 do Ministério de Minas e Energia, de 20 de Julho de 2010), para a criação de um grupo de trabalho para estudo do conceito de redes elétricas inteligentes, também conhecidas como Smart Grid. Diversas entidades de variados setores, inclusive a Ampla, seriam convidadas para avançar no tema com o objetivo de nivelar os conhecimentos do grupo de estudo sobre o estado da arte de redes inteligentes e apresentar as possibilidades e desafios a serem vencidos para a implantação de novas tecnologias na rede elétrica.

Ao retornar para o Brasil, Ramon e sua equipe começaram a mapear os projetos de Smart Grid de diversas cidades brasileiras (ver ANEXO B) a fim de fazer um benchmarking das melhores práticas de uma indústria e auxiliar no trabalho o qual estavam iniciando. As conclusões deste processo foram:

1. 1. Grande foco na medição eletrônica, com desenvolvimento de medidores próprios e mais inteligentes;
2. 2. Todos os projetos, exceto o da Ampla, focavam no desenvolvimento de tecnologias;
3. 3. Os cronogramas de todos os projetos estavam indefinidos ou ainda não existiam;
4. 4. Grandes variações das dimensões tecnológicas nas implantações entre projetos;
5. 5. Nas empresas com projetos mais bem estruturados, havia uma média de 10 colaboradores dedicados à execução dos mesmos;
6. 6. Baixa interação das ações sociais.

O escopo detalhado deste mapeamento é apresentado no ANEXO C.

Ramon resolveu levar o problema do furto de energia para a equipe responsável pelo projeto de Smart Grid . O engenheiro sabia que o projeto abrangia bem mais do que apenas esse problema, contudo ele acreditava que pensar nisso poderia fazer surgir ideias para todas as outras áreas a qual se destinava este trabalho, como automação da rede, iluminação pública, mobilidade elétrica, serviços de telecomunicações, entre outros.

No dia seguinte, ao chegar na empresa, um grande debate ocorreu a respeito de como lidar com os problemas observados por Ramon.

“O que a gente tem que fazer é cortar a energia de todos aqueles que fazem furto” – disse Jannaina, uma das técnicas que participava do projeto.

“Ah claro, e como você vai ter controle sobre quem faz o furto e quem não faz? E outra coisa, o problema aqui não é só furto não!!. Temos que discutir a questão socioeconômica brasileira e levantar esses aspectos culturais arraigados que fazem com que muitas pessoas furtem energia e além disso, vão aprimorando as formas de furto com o ‘jeitinho brasileiro’!!!”- questionou Emily, a engenheira de produção da equipe.

“Calma gente, temos um problema bem maior nesse caso, vamos pensar em um de cada vez”- ponderou Ramón Gonzalez, o líder do projeto.

“Claro! As pessoas que entendem isso vão saber driblar o corte de energia e dar um jeito de obtê-la de forma ilegal” - reforçou Ramon.

“E essa ilegalidade pode vir até dos funcionários que fazem o trabalho externo de corte ou religação, precisamos ficar atentos a isso também” – complementou Ramón.

“Gente, pra mim está bem claro que esse problema exige uma solução tecnológica. Vamos instalar alta tecnologia em todos os medidores, modernizando a estrutura elétrica da cidade e pronto!” – contra argumentou Emily.

“Isso mesmo! Não temos que investir em inovação? Nosso projeto não é construir uma Smart Grid ? Inovação é resolução de problema, e resolver problema com inovação é claro que é com uso de tecnologia!” – complementou Jannaina.

“Exatamente, o furto de energia é só a ‘ponta do iceberg ’, nossa questão aqui é bem maior, é cultural, econômica. Eu acredito que inovando, transformando, investindo em tecnologias e formas diferentes de distribuir a energia, nós consigamos resolver esse problema.” – completou Emily.

“Então quer dizer que vocês acreditam mesmo que para inovar e, consequentemente, para construirmos nossa Cidade Inteligente, só precisamos de alta tecnologia?” – indagou Ramon.

Não houve resposta para esta provocação. A equipe manteve-se em silêncio e pensativa sobre que rumo o projeto deveria seguir dali em diante.