A Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo (FEC) está à frente de um projeto internacional de pesquisa e desenvolvimento na área de energia supervisionado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel). Intitulado “Smart Sen: um modelo de simulação do sistema elétrico nacional com presença de geração de renováveis intermitentes – impactos operacionais, regulatórios e custos”, o projeto deverá ter duração de três anos e será desenvolvido em cooperação com a Princeton University, Estados Unidos. A iniciativa já conta com financiamento no valor de R$ 8 milhões de mais de dez empresas do setor elétrico nacional, sob a liderança da AES.

A proposta é desenvolver um modelo computacional de grande porte para coordenar a operação do sistema interligado nacional de produção e transmissão de energia. Trata-se de uma ferramenta computacional que permite ao operador nacional do sistema elétrico (ONS) coordenar e planejar ações para evitar sobrecarga no sistema elétrico. A pesquisa é sediada no Departamento de Recursos Hídricos da FEC, em especial junto ao Grupo de Pesquisa em Planejamento Energético e Sistemas Elétricos da FEC, que têm como responsável o professor Carlos Alberto Mariottoni e de onde se originou o Smart Sen.

Segundo o coordenador do projeto, o professor da FEC Paulo Sérgio Franco Barbosa, trata-se de um projeto de fôlego já aprovado pelo Departamento de Recursos Hídricos e pela Congregação da FEC, estando em tramitação na Universidade. Deve tratar do problema da exploração de uma variedade de energias renováveis que está aparecendo agora no Brasil e que já apareceu com intensidade em outros países. “Já nos posicionamos bem na nossa matriz elétrica quanto à presença de energias renováveis, até porque temos muito a presença hidráulica, que é uma energia renovável”, situou. 

No entanto, o Brasil também tem presença nas energias renováveis não hidráulicas, que são a biomassa, a eólica e a solar. Mas, especialmente em relação à eólica e à solar, a tendência ainda é galgar novos patamares, visto que elas estão ainda num estágio modesto. O que se vislumbra é o crescimento expressivo dessas energias na próxima década, aí aparecendo benefícios como por exemplo a redução da emissão de CO2  na atmosfera.

Esse projeto tem como premissa que diversos países, inclusive o Brasil, irão priorizar as energias renováveis. Ocorre que algumas fontes têm característica de intermitência – com produção que se interrompe e se reinicia. Assim, não é possível controlar a produção de energias eólicas porque se depende da variável que está fora do controle, que é a velocidade do vento.

A existência ou ausência do vento em determinados momentos faz com que a produção das usinas seja intermitente. Mas qual é o problema disso para um grande sistema? O coordenador explica que a energia elétrica é consumida instantaneamente e tem que ter uma produção na mesma taxa de consumo. Todavia, em horários de pico, de vez em quando, existem problemas na oferta de energia elétrica.

Em 19 de janeiro de 2015, por exemplo, cresceu muito a demanda de energia elétrica no país, por ser um dia excessivamente quente. Com isso, muitas pessoas ligaram o ar-condicionado. Por volta das 15 horas, tudo o que se produzia de energia naquele horário era insuficiente para atender aos requisitos do consumo. “E esses requisitos logram com parâmetros de qualidade, a priori o controle da voltagem ou da tensão da rede e da frequência do fornecimento de energia elétrica”, lembrou Mariottoni.

Diante dessa instabilidade, o operador nacional do sistema elétrico (que controla as usinas e os fluxos energéticos) optou por fazer o seu desligamento. Logo, uma parte do país ficou horas sem energia. De acordo com Mariottoni, esse problema pode aumentar se não for planejado tendo em vista as eólicas e solares, porque pode faltar vento ou energia solar em momentos críticos do abastecimento de energia elétrica, isso no calor e em estações/anos secos em que o estoque de água estiver menor.

Em julho ou agosto, no Brasil, há tipicamente baixas vazões nos rios e portanto o fornecimento a partir das hidráulicas diminui, esclareceu ele. Se houver uma infeliz coincidência de estoque baixo de água e ventos, a situação pode piorar. Quando passa uma nuvem [que também traz incerteza na produção solar], diminui muito a quantidade de energia do sistema fotovoltaico (sistema de energia solar). Logo, o sistema brasileiro tem que usar diferentes fontes de energia, provisionar reservas operativas e tem que lidar com uma estrutura de consumo de energia muito variada ao longo do dia e das estações. “Esse projeto se apresenta como uma solução para coordenar a operação de todas essas fontes, para atender à demanda com segurança”, sugeriu Mariottoni.

SISTEMA

Barbosa enfatizou que essa é uma ferramenta de suporte à decisão e que, com ela, o operador vai se valer de um conjunto de informações (desde as características técnicas de todas as usinas até os consumos de todas indústrias e demais consumidores) para fazer o seu trabalho, alimentando uma base de dados.

“Vamos supor que o operador identifique que nas próximas três horas a produção de energia eólica do Nordeste, onde se concentram os grandes parques eólicos do país, vai ter um declínio de 20%. Com essa ferramenta, ele irá identificar que outras usinas do Brasil terão que ser acionadas, incluindo térmicas, de tal maneira a suprir esse deficit da produção eólica”, assinalou Barbosa.

Com a previsão de consumo das próximas horas, da velocidade dos ventos e da produção solar, e com a produção hidráulica de todas as outras fontes de usinas, o operador poderá planejar melhor a operação interligada, evitando blecautes e propiciando que a energia seja fornecida nos parâmetros técnicos adequados (voltagem, frequência e outros).

Esse é um modelo de simulação com uma escala curta de intervalo de tempo, na faixa de cinco minutos. Não existia no país e interessa muito a outros países, que agora estão avaliando o assunto. Tem um estudo na Costa Leste norte-americana, feito pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos, e tem outro que integra todas as fontes renováveis no Continente Europeu. “Temos essa proposta atualizada em termos de tecnologias internacionais. Será inédita no mundo, com potencial de muitas publicações qualificadas”, sublinhou Barbosa.

A proposta foi muito bem recebida pelo Ministério de Minas e Energia (MME) e pela Aneel. O MME se comprometeu a colocar seus técnicos à disposição do projeto, para acompanhar o seu desenvolvimento. O ONS também manifestou interesse em colocar uma engenheira à disposição para fornecer dados e interagir com o grupo da Unicamp.

“Vamos representar o que o ONS faz hoje, todas as usinas, todos os dados reais e operacionais. Temos um projeto piloto mas, ao mesmo tempo, muito fidedigno às reais condições de operação do sistema interligado nacional. Após concluído, migrar a ferramenta para o ONS, vai ser um passo simples”, garantiu Barbosa. 

GANHOS

O professor Mariottoni ressaltou que o projeto Smart Sen terá profissionais das mais diferentes áreas e instituições de energia. É uma iniciativa que deverá trazer benefícios imediatos à comunidade brasileira através de melhores condições e introdução mais adequada de energias renováveis no sistema. 

O fato de o projeto contar com a ajuda de diferentes parcelas da sociedade científica e tecnológica faz com que ele seja aplicado, não sendo teórico somente. “Terá aplicação prática e definitiva, e, pelo que temos visto, já começa muito bem, contando com o apoio da Pró-Reitoria de Pesquisa (PRP) e de algumas unidades da Unicamp, entre elas o Instituto de Economia (IE) e a Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (FEEC)”, revelou Mariottoni. Ele acredita que esse projeto terá muito respaldo técnico e científico e, sendo assim, a possibilidade de êxito também será grande.

Por outro lado, Barbosa informou que esse é o primeiro convênio que a Unicamp estabelece com a tradicional Universidade de Princeton, que tem sido, por anos, a número ‘1’ das universidades norte-americanas, conforme ranking da revista US News & World Report, que é realizado há 30 anos.

Para a Unicamp, ter um convênio de cooperação acadêmica com a Universidade de Princeton representa muito, comentou Barbosa. É a oportunidade de enviar alunos para estudarem lá e fazerem doutorado-sanduíche, e vice-versa. Os professores oferecerão workshops, treinamentos e estarão colaborando para as pesquisas do Programa de Pós-Graduação em Recursos Hídricos, Energéticos e Ambientais da FEC.

Essa será uma cooperação científica plena que terá um projeto em comum. Trabalho semelhante foi efetuado para um sistema americano, mas com diferenças marcantes. Os três Estados contemplados foram New Jersey, Pensylvannia e Maryland, nos quais está havendo, no momento, a penetração de energia eólica e solar. Trata-se do sistema do PJM, com capacidade instalada de 183.000 MW, onde a equipe de Princeton fez estudo similar. A capacitação com este sistema se somará à capacitação da equipe da Unicamp em sistema de grande porte, ainda predominantemente hidráulico.

Esse projeto é inovador e conta com uma soma de esforços, salientou Mariottoni. “Estaremos desenvolvendo uma investigação que fará com que mais uma vez a Unicamp se aproxime da comunidade externa, mostrando o seu potencial na pesquisa. Sentimos que esse projeto vai gerar contribuições de inestimável valor.”

PARCEIRO

O Departamento de Pesquisa Operacional e Engenharia Financeira da Princeton University, parceiro da Unicamp nesse projeto, é reconhecido pelo seu prestígio acadêmico, muito embasado também na figura do professor Warren Powell, líder na escola de engenharia daquela instituição, frisou Barbosa.

Não é somente isso. Esse departamento tem excelência acadêmica internacional e possui em seus quadros professores da envergadura de John Forbes Nash, que recebeu em 1994 o prêmio Nobel de Economia. Nash, pai da “Teoria dos jogos”, inspirou o filme Uma mente brilhante, ganhador de quatro estatuetas no Oscar de 2002. “Então é uma grande honra estar interagindo com pessoas dessa estatura científica”, destacou Barbosa.