A rede de distribuição elétrica é responsável pelo transporte de energia elétrica. Esta é gerada de diferentes formas e utilizando várias fontes de energia diferentes como energia eólica, hídrica, nuclear, gás natural, carvão, solar, etc. A energia gerada é então transportada até cada casa ou indústria que requer energia elétrica utilizando vários transformadores de alta potência, cabos de alta tensão, cabos subterrâneos, entre outros. Para além disso é preciso haver uma estrutura de apoio ao transporte de energia elétrica, que garante que a mesma não falha facilmente e que se mantém constante e dentro dos valores aceitáveis de corrente e tensão [1].
Apesar da rede atual já ser muito complexa e requerer muito trabalho para funcionar corretamente, ela não está preparada para o futuro que se avizinha. Com o aparecimento e crescimento das diferentes fontes de energia renovável, aumento da utilização de veículos elétricos e crescente utilização de dispositivos elétricos, é vital um melhoramento da rede elétrica. Uma opção poderia ser o aumento da produção da energia elétrica e consequente renovação das linhas de transporte da rede elétrica. Mas esta solução, para além de ser uma solução cara e pouco eficiente, apenas seria temporária. Para colmatar esta necessidade de uma melhor solução para a rede elétrica nasceu um conceito denominado rede elétrica inteligente ou Smart Grid [2].
O conceito de rede elétrica inteligente não está completamente definido, tornando-se assim muito amplo. Isto acontece porque é um tema ainda recente e com grande relevo na sociedade científica atual, sendo objeto de muitos estudos que abrangem diferentes variações do conceito inicial. No entanto a rede elétrica inteligente acaba por ser um melhoramento da rede elétrica atual, utilizando tecnologia já existente para aplicar uma infraestrutura de comunicações sobre a rede elétrica atual [3].
Para melhorar a rede elétrica é preciso primeiro pensar nos seus problemas atuais e futuros e como os resolver. Existem alguns problemas específicos que têm uma grande probabilidade de se virem a tornar realidade, tendo em conta o contexto da sociedade atual. Estes têm sido alvo de um maior número de estudos realizados, em que é estudado o problema e apresentadas algumas soluções, tendo em conta diferentes contextos.
Este trabalho terá uma componente de pesquisa muito grande, e terá grande interesse por juntar várias conclusões de diferentes estudos em torno de um só tema que é o sistema elétrico. A integração dos veículos elétricos com o sistema elétrico e das fontes de energia renovável com o mesmo sistema elétrico é muito interessante e vantajoso, mas este estudo permitirá perceber até que ponto a integração dos veículos elétricos e das fontes de energia renovável em conjunto terá o potencial de melhorar o sistema elétrico.
Em complemento a esse estudo mais abrangente, será criado um modelo para testar as potencialidades estudadas anteriormente e perceber até que ponto será mais eficaz, ou não, a utilização de uma rede elétrica inteligente em contextos de aumento de número de veículos elétricos e de fontes de energias renováveis.
A utilização deste mesmo modelo para estudar futuros cenários para o sistema elétrico em Portugal é interessante, uma vez que limita o estudo geograficamente tornando-o mais aceitável e poderá ser utilizado em trabalhos futuros e referenciado em outros trabalhos sobre Portugal.
[1] Entidade Reguladora dos Serviços Energéticos, http://www.erse.pt/, acedida a 20-01-2012.
[2] S. Massoud Amin, Bruce F. Wollenberg, "Toward a Smart Grid", IEEE power & energy magazine, p. 34-41, Setembro 2005.
[3] Blumsack S, Fernandez A, "Ready or not, here comes the smart grid!", Energy, 2011.
[4] C. Camus, C.M. Silva, T. L. Farias, J. Esteves, "Impact of Plug-in Hybrid Electric Vehicles in the Portuguese Electric Utility System", PowerEng, 2009.
O objectivo desta dissertação de mestrado é de estudar qual o potencial que uma rede de distribuição elétrica inteligente poderá ter, para assim melhor compreender se existem benefícios suficientes que justifiquem um investimento.
Inicialmente será feita a pesquisa do estado da arte do impacto dos veículos elétricos e das fontes de energias renováveis no sistema elétrico. Serão estudados principalmente os diferentes tipos de carregamento dos veículos elétricos, bem como o aspeto "Vehicle-to-Grid" (V2G) dos veículos elétricos, em que a energia é devolvida para a rede. Serão também estudados quais as melhores fontes de energias renováveis num cenário de aumento de veículos elétricos, e como é que estas podem aumentar a eficiência energética do sistema elétrico.
Com base nos estudos já efetuados e as conclusões tiradas dos mesmos, será avaliado o potencial da utilização dos veículos elétricos na ligação à rede elétrica, sendo que se dará grande relevo à variação da eficiência energética, bem como à qualidade da energia elétrica num cenário de aumento do número de veículos elétricos.
Da mesma forma, será avaliado o potencial do aumento das fontes de energia renovável no sistema elétrica, por forma a aumentar a sua eficiência e diminuir a dependência nos combustíveis fósseis.
Posteriormente será criado um modelo de simulação de uma rede elétrica inteligente. Este modelo servirá para validar as vantagens concluídas no estudo anterior que uma rede inteligente poderá ter em relação à rede atual, variando o número de veículos elétricos e o número de fontes de energia renovável ligados à rede. Serão avaliadas várias características da rede como: curva de consumo diário da energia elétrica, qualidade da energia elétrica (forma de onda da tensão e corrente), eficiência energética, entre outros que se possa achar relevantes. Os resultados obtidos visam aperfeiçoar o modelo construído, por forma a optimizá-lo da melhor forma possível.
Está também previsto o estudo dos Veículos Elétricos e Híbridos e comparação da sua eficiência energética. Para isso serão realizadas algumas medições nestes mesmos veículos.
Por último está previsto aplicar o modelo desenvolvido ao caso do sistema elétrico português, e o estudo de vários futuros cenários para o caso do país.
As principais etapas desta Dissertação serão:
- Revisão bibliográfica e escrita do Estado da Arte; (2 meses)
- Avaliação do potencial de utilização de Veículos Elétricos considerando um modelo de rede inteligente; (2 meses)
- Avaliação do potencial de aumento das Fontes Renováveis de Energia considerando um modelo de rede inteligente; (1 mês)
- Integração dos resultados obtidos com vista ao desenvolvimento de um modelo de otimização; (1 mês)
- Estudo dos Veículos Elétricos / Híbridos, considerando as diferenças proporcionadas em termos de melhoria da eficiência energética (este trabalho deverá também incluir algumas medições em Veículos Elétricos / Híbridos); (2 meses)
- Estudo de futuros cenários para o Sistema Elétrico de Portugal, a partir da utilização do modelo desenvolvido; (2 meses)
- Elaboração da Dissertação de Mestrado; (2 meses)
- Escrita de um Artigo Técnico.