A energia do futuro: em busca de sociedades e redes inteligentes

Débora Motta

A distribuição de energia no futuro vai depender cada vez mais do auxílio de ferramentas computacionais (Foto: Divulgação)

Transmitir energia elétrica de forma eficiente e sustentável para todo o território brasileiro, de dimensões continentais, ainda é um dos gargalos que atravancam o desenvolvimento nacional. De acordo com levantamento divulgado pela Agência Nacional de Energia Elétrica (Aneel) neste ano de 2017, há um milhão de residências sem luz no País, principalmente nas regiões Norte e Nordeste. Diante dessa questão, a tecnologia digital desponta como uma aliada para tornar a operação de rede mais adequada. “É preciso que a ampliação do acesso à energia elétrica a essas populações seja feita com cautela, por meio de uma evolução sustentável da distribuição energética. Devemos priorizar as pessoas e os cidadãos, seguindo um planejamento estratégico para o setor de energia, auxiliado por computadores. Necessitamos do auxílio de ferramentas computacionais, para resolver problemas combinatórios de distribuição energética a cada passo”, explica o engenheiro de controle e automação Vitor Nazário Coelho, doutor em Engenharia Elétrica e bolsista de Pós-Doutorado Nota 10 da FAPERJ.

Nos próximos anos, existirá uma tendência crescente de descentralizar a distribuição energética nos ambientes urbanos. “As redes elétricas estão mudando de um modelo único de alimentação centralizada, que predomina hoje nas cidades do Brasil e do mundo, para modelos descentralizados, baseados em redes bidirecionais entre consumidores e fornecedores. Atualmente, quando a distribuição energética de uma fonte centralizada falha, ela prejudica o abastecimento de toda a rede”, ressalta.

Com 26 anos, Vitor desenvolve no Instituto de Computação da Universidade Federal Fluminense (IC/UFF) estudos sobre como a Tecnologia da Informação (TI) pode dar mais autonomia à distribuição energética, por meio das chamadas “redes inteligentes” (smart grids). “Desenvolvemos, na UFF, sensores de gerenciamento de troca de energia, de baixo custo, que têm como base a inteligência computacional", resume Vitor, que concluiu o doutorado em apenas dois anos na Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG), precocemente, sem precisar cursar o mestrado. Na UFF, seu orientador é o matemático e doutor em Engenharia de Sistemas e Computação Luiz Satoru Ochi, reconhecido na área da pesquisa operacional. Ele também conta com o apoio do professor da Universidade Federal de Ouro Preto (Ufop) Marcone Jamilson Freitas Souza e do professor da Universidade Federal de Minas Gerais (UFMG) Frederico Gadelha Guimarães, que foram seus orientadores de pesquisas realizadas ao longo da sua trajetória acadêmica.

Na prática, esse sistema de redes inteligentes permite aumentar o controle contra a perda de energia que normalmente ocorre ao longo do processo técnico de distribuição no País, durante o transporte energético dos centros geradores até os centros consumidores. “As smart grids são consideradas o futuro das redes de energia, sendo capazes de gerir a produção, a transmissão e a distribuição de energia elétrica, e de ajudar a reduzir, assim, o prejuízo com desperdício de energia. Elas estão se tornando autônomas porque têm como base ferramentas assistidas com protocolos de comunicação e mecanismos da inteligência computacional e artificial”, define.

As smart grids têm como base sensores computacionais cada vez mais inteligentes, conhecidos como soft sensors. Em especial, a utilização de ferramentas de previsão possibilita a tomada de decisão de uma forma mais sensata, considerando possíveis cenários futuros, por meio de algoritmos metaheurísticos – usados, na computação, com o objetivo de gerar estratégias de busca para resolver problemas combinatórios. “Estamos fazendo testes com a tecnologia Graphics Processing Units (GPU), que é capaz de aumentar a velocidade dos algoritmos metaheurísticos, até mesmo de forma exponencial. Pesquisamos modelagens mais abrangentes, que podem lidar com tarefas complexas e decisões altamente combinatórias”, diz Vitor, que tem como aliado seu irmão, o também pesquisador Igor Machado Coelho, que é professor da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj) e obteve o título de doutor em Computação pela UFF na área de Algoritmos e Otimização.

Em outras palavras, distintas soluções para problemas combinatórios das smart grids podem ser atacados com os algoritmos metaheurísticos, bem como ferramentas clássicas da programação matemática. No caso das heurísticas, ressalta-se que elas são capazes de tomar decisões caso a caso, baseadas em uma combinação de escolhas “aleatórias”, selecionadas a partir de uma evolução natural – tal como na evolução das espécies – e no conhecimento histórico dos resultados anteriormente adquiridos. Por exemplo, se uma fonte de abastecimento energético der pane, o sistema tem autonomia para escolher outros caminhos dentro da rede.

Tradicionalmente, há uma rede central de distribuição energética para todos, como uma árvore. Agora, a tendência é criar uma rede de distribuição que funcionará de forma completamente distribuída – uma radial, que começa a ter vizinhos se comunicando. Na smart grid, é possível negociar energia com o seu vizinho sem passar pelo centro de distribuição. “Se ocorre uma falha de energia nesse ponto do vizinho, há como chavear a rede elétrica para fazer melhores escolhas, escolhendo os caminhos pelos quais não há perda de energia”, explica o pesquisador. “O formato de medição do consumo energético também mudará no futuro, passando dos atuais medidores analógicos encontrados nas residências aos medidores digitais, que fornecerão preço da tarifa e status do consumo em tempo real”, completa.

A partir da esq.: os irmãos Igor Machado e Vitor Nazário Coelho, Luiz Satoru Ochi e Marcone Freitas Souza (Foto: Acervo pessoal)

Ele explica que esse novo modelo de distribuição das redes de energia, que são o tema da sua pesquisa, está relacionado ao conceito de “cidades inteligentes”. Segundo a União Europeia, smart cities são sistemas de pessoas interagindo e usando energia, materiais, serviços e financiamento para catalisar o desenvolvimento econômico e a melhoria da qualidade de vida, com o uso estratégico de infraestrutura e serviços e de informação e comunicação e do planejamento e gestão urbana para dar resposta às necessidades sociais e econômicas da sociedade. “As smart cities utilizam a tecnologia para repensar o uso dos centros urbanos, respeitando a sustentabilidade e os tornando espaços mais eficientes e melhores de se viver”, diz.

O pesquisador ressalta que essas tecnologias irão trabalhar em conjunto para apresentar soluções adequadas e simples para os cidadãos: “Estamos vivendo um momento em que os dispositivos inteligentes estão se tornando parte do nosso cotidiano, principalmente nos centros urbanos. Descentralizar a infraestrutura é uma chave crucial para aumentar a qualidade de vida e contribuir para o nosso planeta”. Para ele, a sociedade tem a oportunidade de analisar o momento atual e utilizar o que tem de melhor. “Devemos abrir os olhos para as moedas criptográficas e a utilização da blockchain, que são ferramentas que priorizaram a transparência. No contexto da energia elétrica, ela poderá ser utilizada de forma a guiar os passos para a comercialização da energia elétrica”, destaca Vitor. 

Um trabalho intitulado Tendências para Sistemas Microgrids em Cidades Inteligentes: Uma Visão Sobre a Blockchain, de autoria de Yuri Gabrich, aluno de mestrado em Computação da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj), de Vitor e do seu irmão, Igor, foi apresentado no final deste mês agosto no XLIX Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, realizado no município de Blumenau, em Santa Catarina.

Nesse contexto, pequenos sistemas de energia elétrica, denominados microgrids, ganham espaço. Eles são redes de distribuição de energia que utilizam uma ou mais fontes de geração, e podem operar independentemente ou em conjunto com a rede principal de distribuição energética. A estrutura, autônoma e descentralizada, é capaz de gerir toda a produção de eletricidade, com o auxílio de softwares sofisticados, que coordenam as fontes, para evitar variações na tensão e quedas de energia. Assim, esses sistemas, com recursos próprios de geração e armazenamento, podem se integrar a fontes renováveis, como a eólica e a solar, e a fontes autônomas de energia, como as baterias. 

Diante do aumento no uso de veículos elétricos e outras formas de transporte que utilizam energias limpas – como bicicletas, patinetes, hoverboards, entre outras –, as possibilidades que vêm emergindo desses sistemas são inúmeras. “A ideia é alimentar as microgrids com diversos recursos, como as diversas baterias dos transportes elétricos e híbridos, priorizando a utilização dos recursos de forma duradoura e eficiente”, diz Vitor. Por sua vez, o pesquisador Bruno Nazário Coelho, da Ufop, também irmão de Vitor, vem estudando a utilização de drones em conexão com as redes elétricas e prestação de serviços em ambientes urbanos. “Esperamos, assim, contribuir para o crescimento e o aperfeiçoamento da autonomia da nova geração dos sistemas elétricos”, acrescenta Vitor, reconhecendo a influência positiva dos seus irmãos e o apoio dos pais na sua carreira acadêmica. 

O projeto de pesquisa, em andamento, já resultou na publicação de três artigos na revista cientifica Applied Energy e na Computers & Operations Research, ambas da editora Elsevier. Em março de 2016, ele participou de um congresso sobre energia renovável nas Ilhas Maldivas, denominado REM2016 – Renewable Energy Integration in Mini/Microgrid Systems. “Nesse encontro, tive a oportunidade de apresentar dois trabalhos relacionados a esse tema de integração de recursos renováveis nas redes elétricas. Realizei visitas em ilhas isoladas com distintos projetos de implantação de fontes de energia renovável, similares a algumas iniciativas que já presenciei nas comunidades isoladas do Norte do Brasil. Como desdobramento dessa oportunidade, conseguimos publicar os dois trabalhos apresentados diretamente na revista Energy Procedia, bem como receber um convite especial para estender os manuscritos para a revista Applied Energy”, conclui.