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Smart Grids Latin America 2008, Santiago, Chile

Title SMART GRID of present

SMART GRID 101ation Dymitr Wajsman

Chairman of International Division – UTC Diretor de Capacitação e Desenvolvimento de Negócios – APTEL

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Glossário AMR – Automatic Meter Reading

Ø Elimina a necessidade da visita do leiturista ao consumidor. Normalmente o consumidor fica mais satisfeito com a privacidade, leitura mais precisa, possibilidade de programação por demanda e informação melhor ao consumidor. AMI – Automatic Meter Infrastructure

Ø Sistema que mede, coleta e analisa o uso de energia empregando medidores de energia avançados e diversas tecnologias de telecomunicações. Esta infraestrutura inclui hardware, software, telecom, sistemas no cliente e gerência de dados (HW e SW) dos medidores. AMM – Automatic Meter Management

Ø Relacionada a AMI, se refere a gerência e distribuição de dados obtidos dos medidores em toda a empresa, utilizados para melhoria das eficiências operacionais de vários departamentos da empresa.


Medidores

Ø América do Norte – 300 milhões Ø América do Sul – 175 Milhões Ø África e Oriente Médio – 130 Milhões Ø Europa – 470 Milhões Ø Ásia e Pacífico – 1,3 Bilhões


Penetração de Medidores Automáticos no Mundo (2007)

6% 8% 4%


AMI


Benefícios da AMI

Numa pesquisa do DOE que teve respostas de 74 empresas, apenas 24% disseram que a implantação de AMI foi devida a somente leitura de medidores.Outros 15% (onze) disseram que implementariam todos os usos acima e ainda outras categorias.


Por que SMART GRID?

Ø Evitar Blackouts Ø Aumento de uso de geradores intermitentes

• Grandes quantidades de geração intermitente e distribuída, não podem ser conectadas à infraestrutura de rede existente sem implantação de novas estratégias de balanceamento de carga e geração.

Ø Necessidade de redução de consumo de energia e ponta.

Ø Aumento da Eficiência Operacional Ø Redução de Perdas Técnicas e Comerciais


Riscos atuais para implantação da SMART GRID

Ø Falta de Orientação Regulatória • Até agora os regulamentos são de alto nível e, na maioria dos casos, limitados ao uso de fontes renovaveis e redução de emissões.

Ø Falta de Normas Tecnologicas • Apesar de surgirem algumas normas, as atuais implementações utilizam grande variedade de tecnologias, aplicações e soluções de infra estrutura, podendo ser assim consideradas “sob medida” ou proprietárias.

Ø Vida Útil das tecnologias atualmente disponíveis • É esperado que as tecnologias para implementação da Smart Grid venham a se tornar obsoletas muito mais rápido do que os componentes atuais da Rede Elétrica.


Nos USA, pressão do Governo e Reguladores

Ø Nível Federal

§ Title XIII of the Energy Independence and Security Act (EISA), de Dezembro de 2007

§ UTC demonstrou no Congresso, DOE e FERC a importância dos Sistemas de Telecom

§ $ mil orçados para pilotos e testes de Smart Grid (ainda não alocados)

Ø Nível Estadual

§ CA e TX liderando o movimento para Smart Grid/AMI tanto no aspecto de investimento quanto em recuperação de custos.

§ NY e outros deverão seguir § A reunião de inverno da NARUC (National Association of Regulatory Utility Commissioners) teve um forte foco em Smart Grid


Title XIII of the (EISA) of December 2007

It is the policy of the United States to support the modernization of the nation's electricity transmission and distribution system to maintain a reliable and secure electricity infrastructure that can meet future demand growth and to achieve each of the following, which together characterize a smart grid:

1. Increased use of digital information and control technologies 2. Dynamic optimization of grid operations and resources with full cyber security 3. Integration of distributed resources including renewables 4. Incorporation of demand response, demandside resources, and energy

efficiency 5. Deployment of realtime, automated, interactive technologies for metering,

communications, and distribution automation 6. Integration of smart appliances and consumer devices 7. Integration of electricity storage and peak shaving technologies including plugin

electric vehicles and thermal storage air conditioning 8. Provision of timely information and control options to consumers 9. Development of standards for interoperability 10. Lowering of unnecessary barriers to smart grid technologies, practices, and

services. http://thomas.loc.gov/cgibin/bdquery/z?d110:h.r.00006:


Relatório: DOE Grid 2030

Ø A infraestrutura elétrica dos Estados Unidos vai exigir um investimento de $ 450 Bilhões para atender ao crescimento da carga.

Ø Uma porção significativa deste investimento deverá ser utilizada em sistemas avançados de telecomunicações e TI, necessários para integrar a rede do usuário final com redes das empresas elétricas (ou comercializadoras), promovendo melhorias nas tomadas de decisão e controle.

Ø Telecom and TI para Smart Grid até 2030 tem investimentos esperados de $70 a $130 Bilhões.

§ Telecom and TI são fundamentais para esta transformação


UTC Industry Intelligence September 18, 2008

House Passes Energy Bill With Smart Grid Accelerated Depreciation Provisions

This week, the U.S. House of Representatives passed a major energy bill, which includes provisions allowing utilities to accelerate the depreciation cycle for smart meters and smart grid systems. Under section 845 of the bill, qualified investments in smart meters and smart grid systems would be depreciated over a 5year cycle. In order to qualify, a smart electric meter must be 1) capable of measuring and recording data on a timedifferentiated basis in at least 24 separate time segments of the day; 2) provide for the exchange of information necessary to support timebased rates or other forms of demand response; 3) provide data for customers to monitor their energy usage electronically; and 4) provide net metering. In order to qualify, a smart electric grid system must be capable of (i) sensing, collecting, and monitoring data of or from all portions of a utility's electric distribution grid, (ii) providing realtime, twoway communications to monitor or manage such grid, and (iii) providing real time analysis and event prediction based upon collected data that can be used to improve electric distribution system reliability, quality, and performance. The bill faces an uphill climb in the Senate and the White House has threatened to veto it due to issues related to provisions regarding offshore drilling.


UTC Industry Intelligence September 25, 2008

Senate Passes Energy Tax Incentive Bill with Smart Grid/AMI Provisions

The U.S. Senate passed an energy tax incentive bill on Tuesday which includes provisions for the accelerated depreciation of investments in smart meters and smart grid technologies. This follows on the heels of the passage of the House version of its energy reform bill last week (HR 6049), which included identical provisions for the accelerated depreciation of investments in smart meter and smart grid technologies. The Senate bill was passed by a vote of 93 – 2, and does not include controversial provisions regarding offshore drilling. The bill must now go to conference to resolve any differences before it goes to the President, who is expected to sign it.


UPLC – Powerline Tuesday, October 21, 2008

CONGRESS: WALL STREET BILL INCLUDES PROVISIONS FOR SMART GRID/SMART

METERS Section 306 of the "Emergency Economic Stabilization Act of 2008" allows utilities to obtain accelerated depreciation of smart meters and Smart Grid investments. The accelerated depreciation provisions are part of major legislation that was passed by Congress and signed into law by President Bush this month in response to the economic crisis. Specifically, the accelerated depreciation provisions will allow utilities to recover their costs over a tenyear period for qualified investments in smart meters and Smart Grid equipment. In order to qualify for accelerated depreciation under the law, smart meters must be able to measure in at least hourly increments; support timebased rates or other forms of demand response; and enable utilities to provide electronic billing and net metering. Meanwhile, Smart Grid equipment will qualify for accelerated depreciation if it can provide sensing, collecting and monitoring of data on the distribution grid; provide realtime, twoway communications to monitor and manage the distribution grid; and provide realtime analysis of, and event prediction based upon, collected data that can be used to improve electric distribution reliability, quality and performance.


O que se busca?

Ø Geração Limpa Ø Controle do Consumidor/ Responsabilidade da Utility

Ø Confiabilidade Ø Flexibilidade Ø Previsão Ø Aquisição de dados e gerência/utilização


Riscos

Ø Existem grandes incertezas e riscos para Utilities e para a sociedade no processo de implementação da Smart Grid, tais como: • Falta de orientação regulatória • Falta de Normas Técnicas • Vida Útil das tecnologias disponíveis (hoje)

Ø Geralmente é aceito o termo SMART GRID para denominar sistemas de suprimento de energia do futuro. A infraestrutura moderna de telecom e TI terá um papel relevante na SMART GRID.


SMART GRID

ISO

Centro de Controle da Distribuição

Equipes Móveis

Geração

SE Transmissão

Sistema de Transmissão

SE Distribuição

Consumidor Industrial

Consumid or Residencia l

Sistema de Distribuição

Resposta “por

demanda”

Via da Informação

Energia

Sensores nas Linhas e Instalações

Sensores nos ativos

Medidores de Energia,

Gas e Água

Wireless


Criação da Visão e Estratégia para Smart Grid

Ø Passo 1 – Preparação • Estrutura de Trabalho, Comitê Coordenador (Visão), Grupos de Trabalho, Forças Tarefas, Seleção de Participantes, Treinamento, Cases e Conhecimento de Projetos.

Ø Passo 2 Definição de fatores internos e externos que afetarão a Visão e RoadMap • Analise Regulatória, Analise dos Atributos do Consumidor Residencial e não Residencial que afetarão a Smart Grid, Analise de Aspectos Geográficos, Definição de Performance (disponibilidade, confiabilidade, segurança), Tecnologias (rede existente de telecom, TI, Automação, investimentos em AMI, serviços ao consumidor, normas adotadas)


Criação da Visão e Estratégia para Smart Grid (2)

Ø Passo 3 – Criação da Visão (incrementos de 5 anos num horizonte de 15 anos) – “Qual é o nosso futuro preferido?” • Ser compatível com requisitos internos e externos; Baseado na missão, opinião e ambiente da organização; Descrever o que deseja ver no futuro; Ser específico (sem se deter na tecnologia e finanças); Seja inspirado e positivo; Não assuma que o futuro fará as coisas da mesma forma que hoje; Estar aberto a mudanças dramáticas.


Criação da Visão e Estratégia para Smart Grid (3)

Ø Passo 4 – Criar o Roadmap Tecnológico para Smart Grid (passo a passo) § Comunicação com a organização, Comunicação com stakeholders e formadores de opinião, Comunicação com os consumidores, Justificativa de Investimentos, Fornecer visibilidade para diferentes perspectivas, Facilitar entendimento de conceitos complexos, Informação de necessidades aos fornecedores, Trabalhar em ambiente de mudanças. § Guia para Grupos de Trabalho e Forças Tarefa


Produtos do Roadmap para SMART GRID

• Descrição de alto nível do Roadmap (passo a passo)

• Master Plan de Comunicações • Master Plan de Tecnologia • Master Plan de Relacionamento com Consumidores • Master Plan de Financeiro • Master Plan de Regulatório • Requisitos Funcionais de Alto Nível para Smart Grid • Master Plan de Implementação


O que virá primeiro?

Ø Provavelmente: § AMI – benefícios visíveis § Gerência do horário de ponta § Resposta da Demanda / DSM § Detecção de Falhas / Gerência


Aplicações novas e integradas

Video Surveillance And Valued Added

Services

Outage Status Circuit Status

Substation Power Quality

Outage Status OffCycle Reads Theft Detection

Curtailment Status Chiller Flow Data Critical Peak Pricing

Interval Meter Reads Load Profiles Demand Usage Power Quality

AMR/AMI

Conservation

Customer Care

Distribution / Substation Automation

Security And Valued Added Services

Outage Detection From Manual Reads to AMR Energy Mgmt Services

Demand Response Load Shedding

Load as a Resource TOU Rates

Outage Notification Billing Consolidation

Trouble Account Management Customer Loyalty Programs

Asset Management Mobile Mapping

Reliability Enhancement / Outage Recovery Distribution Planning Automated Controls Asset Protection Homeland Security Internet and VOIP

More Data Applications Enhancements /Additions

UTC Research


P&D

Ø IntelliGrid (EPRI + empresas) Ø The Modern Grid Initiative (DOE OE + empresas) Ø GridWise (DOE OE + empresas) Ø Advanced Grid Applications Consortium (CTC (DOE) + empresas) Ø Power Systems Engineering Research Center (PSERC + 13 Universidades + 35 Industrias)

Ø Consortium for Electric Reliability Technology Solutions (DOE +LABS+Universidades+empresas)

Ø California Energy Commission—Public Interest Energy Research (+universidades+Labs)

Ø New York State Energy Research and Development Authority Ø European Union fifth and sixth Framework Programs Ø Galvin Electricity Initiative.


P&D no Brasil

Ø APTEL e Universidade Mackenzie Ø Projeto NOTRE2 Ø Três Grupos de Trabalho: • GT1 – Medidores e Interface com o usuário • GT2 – Tecnologia (Telecom e TI) • GT3 – Aspectos Negociais e Regulatórios

Ø Esperado relatório para final de 2008

Ø ABNT – definição de Normas Técnicas de medidores


Standards Ø Nos USA

• O National Institute of Standards and Technology (NIST) é o Laboratório Nacional de Medidas dos USA, similar a INMETRO.

• Com a emissão do 2007 Energy Independence and Energy Security Act (EISA), NIST tem a responsabilidade de coordenar a estrutura normativa para atingir a interoperabilidade de componentes e sistemas da Smart Grid, que inclui protocolos e normas de gerencia das informações. NIST emitirá relatórios com recomendações para FERC. Por sua vez a FERC decidirá o momento em que terá consenso suficiente da industria e iniciará o processo de regulamentação para a sua adoção.


O que estimula investimentos em Smart Grid?

Ø Conformidade com mandatos legislativos e regulatórios Ø Crescimento continuo da carga dos consumidores Ø Crescimento de recursos de geração intermitente Ø Acomodação de grande penetração de geração distribuída, produzida por consumidores comerciais e residenciais, mantendo integridade do sistema elétrico e confiabilidade de suprimento

Ø Melhor utilização de recursos tradicionais de sistemas de potencia,incluindo geração, transmissão e distribuição, deslocando carga da ponta para não ponta

Ø Redução de perdas técnicas com a otimização de fator de potência e fluxo de energia e redução de perdas comercias com a melhoria da identificação e mitigação de fraudes


O que estimula investimentos em Smart Grid? (2)

Ø Evitar interrupções locais de energia e distúrbios no sistema com o reroteamento de fluxo, mudanças de carga, melhorando o perfil de tensão e tomando medidas corretivas rapidamente

Ø Economia de Energia Ø Minimizar o custo total do suprimento (operação) utilizando operação automatizada, manutenção preditiva, redução de ocorrências e otimização de uso de ativos

Ø Necessidade de fornecimento de novas opções aos consumidores para gerencia de seus custos e usos de eletricidade

Ø Necessidade de estabelecer regras justas de preço para consumidores e fornecedores, considerando energia, serviços ancilares e utilização do sistema


Complicações?

Ø A tecnologia ainda está em desenvolvimento, assim como regulamentações, protocolos e procedimentos podem estar em elaboração ou inexistentes.

Ø As mudanças irão incluir: • Uso de componentes avançados • Controle de geração e demanda para balanço de potencia, controle de emergências e controle de tensão

• Estratégias para novo Controle centralizado, hierarquizado e local

• Nova e expandida infraestrutura de telecomunicações


Tecnologias para Smart Grid

Ø As aplicações de Smart Grid demandarão tecnologias de: • Sistemas de Controle • Proteção • Infraestrutura de telecomunicações • Tecnologias Internet • Interface com Usuário para monitoração, controle, relatórios e entrada de dados

• Sistemas TI


Redes Críticas de Telecom Redes de Telecomunicações são fundamentais para Automação e Sistemas de Informação. Estas redes permitem a troca de informações entre dispositivos e estabelecem contato entre elementos da rede elétrica no campo e centros de operação.

On/Off

Medidor

Sensor

RTU

Camera

Eletrodo mestico

Consumidor

Ges. Ativos

Preço/Prod

Orç/Prev

RH

Analise

Receita/Cob

Financeiro

Controle

Compras


Redes Telecom para Smart Grid

Public

Private

PSTN

Internet

Vendor

Mobile

Emergency

Ext Grid Op

R

R

R S

S

S

S C

A M A A

A A A

A A A

A A A

A A A

A A A

A A A

M M

M M M

R

R

Home Area Network

Neighborhoo d Area Network

Access Network

Backhaul Network

Core Network

ExtraNet

R

R

S C

C M

S

S

S

Intelligent Distribution Grid Intelligent Transmission Grid Home Outside

A Actuator M Meter S Sensor C Concentrator R Router Legend:

Fonte: IBM


Futuro da AMI e Smart Grid

Ø As Empresas de Energia Elétrica tem tentado justificar AMR nos últimos 15 anos. AMI ainda hoje é a âncora para todas as analises de Smart Grid. Medidores digitais e a infraestrutura de telecomunicações associadas são os maiores investimentos a serem recuperados via tarifa.

Ø Rede de Telecomunicações adequada é considerada como o primeiro passo critico.

Ø Reguladores desejam reverter todas as vantagens da tecnologia para os consumidores e obter benefícios sociais que dificilmente poderão ter os custos recuperados pelas tarifas reguladas (existentes). Em último caso, os reguladores decidirão sobre os méritos da digitalização da rede após conhecer e entender o assunto Smart Grid.

Ø Na Europa o assunto é tratado pela European Commission.


Smart Meter – Medidor Inteligente

Ø Hoje os medidores de energia, água e gás tem precisão superior a 97%.

Ø A necessidade é de medidores com características real time, upgradable, programável, two way e expansível.

Ø O custo aumenta com o incremento de características técnicas e o custo do medidor é o maior na implementação de Smart Grid. Com a escala o custo diminui, mas ainda está elevado.

Ø O medidor deve ser tratado como computador “head end” da plataforma e o valor real vem das aplicações que o medidor suporta e não, somente, relacionado as funções que ele substitui ou automatiza.


Smart Meter – Medidor Inteligente


Normas Técnicas

Ø Regulador pode acelerar o processo de modernização dos medidores se permitir a recuperação do investimento (nos USA – Energy Act 2007).

Ø A padronização das Normas Técnicas é entendida como um fator importante de redução de preço.

Ø Os fornecedores ainda têm a mentalidade proprietária. Trabalham com solução própria de meio de comunicação. Alguns são “wireless” ou “powerline”, mas dificilmente os dois. O numero de soluções de comunicação tem crescido bastante, incluindo WiFi, Wi Max, Zigbee, Zwave, DS2, Homeplug e uma variedade de padrões de celulares.


Escolhas Tecnologicas

Uma avalanche de dados virá dos medidores, atuadores e sensores


Diversas Tecnologias

Wireless Network Provider

BPL BPL BPL MPLS

MW T1

PMP MW

Metro Etherne

t

DSL T1FR

MPLS

MPLS

T1FR GSMCDMA Public

GSMCDMA Private

WiMAX VHF VHF

PLC 900 MHz Mesh

2.4 GHz Mesh

Zigbe e

6LoWPA N

PLC

A M C S D

Wireline Network Provider

EndUser Private

Utility Operated Public Wireless

Public Wireline

A Actuato r M Meter

C Concentrat or S Substation

D Data Center

Application Layer Presence

Fonte: IBM


Implementação

Fonte: BPL Global


Instalação de sistemas

Ø O tempo para instalação de AMI e Smart Grid é de vários anos até que o último medidor é instalado ou modificado e a gestão da implantação é um dos maiores riscos para o sucesso do projeto.

Ø O “supply chain” é complexo e de difícil gestão. Inclui fabricantes de medidores, telecomunicações, serviços de TI, instaladores, integradores, comercial, etc.

Ø A instalação de AMI/AMM/Smart Grid toca diretamente os consumidores e, eventualmente, causa confusão inicial e desconforto.


Opções

Ø As plataformas tecnológicas devem ser escaláveis, flexíveis para crescer e possibilitar interconexões (mesh)

Ø Os profissionais de telecomunicações devem assessorar a alta gerencia

Ø O “master planning” de telecomunicações deve ser feito mirando o futuro, longo prazo e não somente as necessidades imediatas


Benefícios para Consumidores

Ø Informações para gerenciamento de contas e uso de energia • Dados num painel ou portal em casa • Consumidor pode gerenciar utensílios DSM, via portal • Possibilidade de participação em outras opções de tarifas

ØRestauração mais rápida ØConveniência de mais medidas ØMelhoria das faturas (detalhamento) ØLiga e desliga remoto (serviço) ØEtc.


Benefícios para Governo

Ø Interesse Público Ø Benefícios Ambientais Ø Infraestrutura de qualidade para negócios Ø Segurança Nacional Ø Prevenção de blackouts, falhas e desastres Ø Segurança Pública Ø Melhores Serviços Ø Eficiência e Economia Ø Melhor gestão de recursos


Benefícios para Utility

Ø Redução de custos operacionais Ø Melhor gestão de falhas Ø Redução de perdas técnicas e comerciais Ø Menores custos de gestão de suprimentos Ø Otimização de planejamento e gerencia de carga Ø Melhores dados históricos da carga e uso do sistema Ø Gestão de ativos e manutenção Ø Redução de geração adicional e capacidade de transmissão Ø Atende a requisitos de tarifas Ø Atende a requisitos ambientais


Principais Obstaculos

Ø Negociações Regulatórias • Recuperação via tarifa • Aumento do custo de energia

Ø Riscos e redução de resultados (para investidores) Ø Entendimento de ambiente de negócios e a necessária aplicação de tecnologia • Comunicação entre pessoal técnico e comercial/financeiro

• Treinamento Ø Entendimento de necessidades, desejos e comportamentos do consumidor

Ø Falta de Normas Técnicas adequadas (AMI, AMM, HAN, Smart Grid, etc.?)


Case Studies – Quem já fez

Ø Pacific Northwest National Laboratory: GridWise Testbed Demonstration Project – Financiado pelo DOE

Ø Austin Energy Piloto Ø Ontario Energy Board: Smart Price Pilot Ø CenterPoint Energy (Texas State) – 2007 Ø Hydro One Networks, Inc. (Ontario – Canada) – até 2025

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