quarta-feira, novembro 17, 2010

SmartGrids: fantasia e realidade. Parte III: a visão chinesa e os standards

Por isto ser um tema de grande relevância na nossa I&D tecnológica e, por acaso, ser também o tema central da minha I&D académica e industrial há já 30 anos (embora sem estas novas buzzwords), e sendo uma das bandeiras da imagem de inovação apregoada pelo poder estabelecido, é oportuno discutir as SmartGrids e respectivos desafios tecnológicos.
Na parte I revi a visão europeia do assunto, assente na ideia de condicionar as pessoas a adaptarem os seus padrões de consumo à intermitência das fontes de energia renovável intermitentes, ou seja, à energia eólica e à fotovoltaica, e adoptada por cá com espírito "revolucionário" e grandes parangonas.
Na parte II expus a visão americana do assunto, um mix da utopia europeia com a resposta a necessidades americanas particulares, concretamente a modernização do controlo informático da sua rede eléctrica tradicional e a redução do esbanjamento energético inegável nos seus padrões de consumo.
Para terminar este périplo, e antes de falar de nós, proponho-vos conhecer a visão da China das SmartGrids e o que é tecnologicamente consensual por esse mundo fora.
É evidente que, sendo a China já o maior produtor de CO2 originado na queima do carvão para a produção de electricidade (carvão de que a China possui as maiores reservas mundiais), com uma população que é 1/5 da Humanidade e a duplicar o seu PIB a cada 6-7 anos, não há acordo mundial para a redução das emissões de CO2 e sobretudo para a redução da dependência do petróleo que a possa excluir.
Acresce a este contexto a emergência da China como o maior financiador do consumo ocidental e também o de maior produtor industrial, como a crise mundial em curso veio revelar a toda a gente.
Ora a China, que surpreendeu muitos com a firme mas colaborante posição que adoptou na Conferência de Copenhaga (e de que eu já avisara aqui), tem vindo a procurar um lugar no pelotão da frente também nas SmartGrids, e isso é expresso no documento que acaba de publicar e onde afirma a sua visão do assunto.
Logo no prefácio deste documento, diz a China que a sua estratégia oficial nesta matéria é construir  "a world-leading strong and smart grid with ultra high voltage grid as its backbone and subordinate grids coordinated at various voltage levels, featured as being IT-based, automated, interactive, based on independent innovation."
Leram bem? Repito: "rede de ultra-alta tensão", e não de Baixa Tensão e muito menos micro-redes!!!
Como se vê, portanto, a China coincide inteiramente na minha visão do assunto, como tenho vindo a expor (nomeadamente aqui, há quase um ano)!
Na continuição do Prefácio, o documento chinês começa por fazer um balanço da História, afirmando de entrada: "Nos últimos 200 anos o mundo passou por 3 revoluções industriais, marcadas respectivamente pela máquina a vapor, a electricidade, e as tecnologias de computadores e de energia nuclear". Sim, energia nuclear, leram bem...
E depois de explicar que é necessário evoluir para fontes não-fósseis de energia, por causa do seu esgotamento a prazo (as alterações climáticas são mencionadas apenas em segundo plano...), o documento clarifica a sua visão: "Devido à intermitência e à aleatoriedade de fontes de energia renovável como a do vento e a solar, o desenvolvimento rápido e em grande escala das fontes de energia renovável coloca um grande desafio à segurança da rede eléctrica. ... A construção de uma rede eléctrica forte e "smart" fornecerá um maior suporte à utilização em grande escala de fontes de energia renovável, reduzindo a dependência de combustíveis fósseis e alargando o âmbito e a dimensão dos recursos energéticos".
E, mais adiante, a visão chinesa é clarificada como sendo a de vir a haver alterações do lado da geração e também do consumo: mas, neste, o que há a gerir é uma maior eficiência (como para os americanos) e também o facto da "descarbonização" da economia ir implicar a substituição das fontes de energia fósseis usadas em consumos não-eléctricos - como na indústria, aquecimento e transportes - por consumos eléctricos...! Não se fala em "educar" o povo, ao contrário de na "Europa".
A prazo, a visão chinesa também menciona automóveis eléctricos e painéis solares caseiros a permitirem vender electricidade à rede, a par e passo de uma prevista generalização futura da internet de baixo custo e do desenvolvimento de standards de comunicação para todos os gadgets que permitirão essa gestão mais inteligente do consumo.
Porém, a ênfase imediata vai para a construção da infra-estrutura de transporte flexível em ultra-alta tensão que permita ligar os gigantescos recursos renováveis localizados em regiões específicas, com os centros de consumo - os rios para hidroeléctricas do Sudoeste, o carvão do norte e ocidente, o vento nas estepes mongóis e a norte, o Sol nos planaltos tibetanos, e os consumos que estão no litoral e no centro. Ou seja: exactamente a mesma lógica que, como já notei, justifica uma Super-rede na Europa - a qual, porém, não é um único gigantesco país, ao contrário da China e dos EUA.
Para a realização desta visão a China propõe-se cumprir as seguintes etapas: 1ª - planeamento geral; 2ª - standards unificados de comunicações; 3ª - projectos-piloto; 4ª - aplicação generalizada. As primeiras 3 etapas, já em curso, têm por horizonte de termo 2015, e 2020 para a última etapa. Tecnicamente, a maior prioridade para os próximos anos é a consolidação de standards, de que são à priori escolhidos 5 que garantem a posterior internacionalização dos produtos a desenvolver.
É difícil não reconhecer na visão chinesa um perfeito realismo quer sobre as possibilidades da tecnologia, quer na estratégia escolhida para o seu desenvolvimento. Tanto mais que, embora isso não seja mencionado no documento em causa porque essas centrais estão planeadas para próximo dos centros de consumo do litoral, a China tem também uma aposta decisiva na energia nuclear, tendo de momento 23 novos reactores em construção e planeando vir a ter 200 GW instalados dentro de 20 anos - todos de III geração e máxima incorporação chinesa (embora predominantemente baseados na tecnologia americana das AP1000), e apontando para os de IV geração (regeneradores) lá para 2050... números que ampliam o que eu já informara aqui no início deste ano.

Tem entretanto especial interesse analisar um pouco melhor a ênfase colocada a curto prazo pela China na questão dos standards, porque essa ênfase é partilhada por outros países asiáticos industrializados exportadores como a Coreia do Sul e o Japão, e é uma questão económica essencial.

Do ponto de vista técnico, as SmartGrids basear-se-ão em sistemas de dispositivos electrónicos digitais ("smart") ligados em rede (de comunicações). Dada a multiplicidade de dispositivos que se poderão fabricar e utilizar, só se poderá garantir que as referidas redes de comunicações serão abertas a novos e variados produtos se elas "falarem" uma linguagem comum. Ou seja, se tiverem um "protocolo" de comunicações normalizado ("standard").
Para o utilizador, seja ele uma grande empresa de electricidade ou um consumidor de electrodomésticos "smart" (isto é, com controlo digital e ligável em rede a "smart meters" = contadores de energia digitais), a sua escolha no mercado só será livre se tiver a garantia que cada dispositivo que compre poderá "falar" em rede com os restantes sem dificuldade. Tal como os PC com as impressoras ou os routers de ligação à net, ou os auriculares sem fios com os telemóveis.
Para o industrial que desenvolva um novo produto, seja ele um frigorífico "smart" ou um equipamento digital de protecção para Subestações da rede eléctrica, também só se esse produto "falar" uma linguagem que os outros dispositivos entendam lhe garantirá que os clientes o comprarão.
Por conseguinte, o acordo internacional prévio sobre as "linguagens" (ou protocolos de comunicação) que "falarão" todos os dispositivos "smart" é um pré-requisito absolutamente essencial à viabilidade de qualquer desenvolvimento industrial de SmartGrids.
Para a Baixa Tensão não há ainda nenhum acordo à vista. E, não havendo tal acordo, nenhum projecto nesta área pode ser mais que um projecto-piloto investigatório sem perspectivas de comercialização em larga escala.
Para a Média e a Alta Tensão, porém, a China, no documento em causa, recomenda a adopção de 5 standards de comunicação já definidos internacionalmente pela Comissão Electrotécnica Internacional (CEI). Os EUA, por sua vez, já tinham muito recentemente adoptado também 5 standards, dos quais 4 vieram a ser adoptados pela China. São eles as normas CEI 62351 (para a cyber-segurança),  61970 e 61968 (Modelos de Informação Comum respectivamente para as redes de Muito Alta e de Alta e Média tensão), e 61850 (para as redes e Subestações de Distribuição de Alta e Média tensão).
Nenhum trabalho de I&D visando a aplicação industrial e, portanto, a criação de riqueza, seja como fabricante (de produtos para as SmartGrids), seja como comprador, terá qualquer sustentabilidade se ignorar estes standards.
Na próxima IV e última parte deste post debruçar-me-ei sobre a situação portuguesa.

4 comentários:

Fábio disse...

Caro Pinto de Sá,
Descobri o seu blog através do comentário que deixou no oportugalbipolar (blog que me deixou cheio de vontade de rebolar a rir). Acho inacreditável a quantidade de ruído no que é escrito hoje em dia sobre estas matérias, enfim ecofashion.
Muitos Parabéns, e obrigado por partilhar o seu conhecimento. Vou seguir o seu blog de futuro.

Anónimo disse...

O problema com as smart grids é o mesmo que com o resto da eco-moda. Olha-se a ideologias em vez de quantificar as vantagens. Choca-me um pouco o facto de mesmo entre engenheiros haver predominância do idealismo em detrimento da análise custo-benefício. Já a semana passada tentaram discutir os subsidios atribuidos às renováveis em portugal durante uma aula, mas o prof. Peças Lopes chuta pra canto dizendo que as renováveis dão muito emprego e segue com a matéria. Grande argumento sem dúvida.

Anónimo disse...

Caro Pinto de Sá,

Como leitor habitual do seu blog, hoje durante uma aula com o seu "amigo" Prof. Peças Lopes, fiquei estupefacto com a clivagem de opiniões que os senhores têm. A apresentação do Prof. Peças Lopes sobre as Smartgrids foi feita de forma a que toda a gente que assistiu ficasse a pensar que estas são um futuro certo.Tendo eu já lido sobre muito do que escreveu sobre a matéria e também sobre a energia eólica em portugal gostava que me esclarecesse alguns aspectos.
Relativamente à energia eolica, o prf.Peças Lopes defendeu que esta não trazia um custo acrescido aos consumidores, e até podiam tornar a energia mais barata tendo em conta que uma vez que tinha de ser toda absorvida pelo mercado, esta tinha um preço zero no mercado e fazia com que o preço da ultima maquina a entrar fosse mais baixo e assim poderia haver uma poupança com a eolica.
Relativamente às smartgrids e às microredes o assunto da tentativa de imposição ao consumidor das horas em que liga a televisao por exemplo não foi abordado. No entanto as micro-redes foram apresentadas com um futuro certo, em que a produção fosse o mais perto do consumo possivel, atraves de micro-eolicas e paineis fotovoltaicos. O carro electrico foi deixado para segundo plano. Gostaria de tocar num ponto abordado pelo prof.Peças Lopes que foi a seguinte. Imagine-se que se tinham 1 milhao de mini-eolicas de potência de 1 kW. Isto equivaleria a uma potência de 1000 MW que corresponde actualmente a uma central nuclear.
Cumprimentos e obrigado pelo blog que permite ter uma visão das coisas para além do ensinado nas aulas da faculdade.

Pinto de Sá disse...

Caro Anónimo estudante,
Neste blog encontra profusa matéria que responde às suas questões; se tiver algum tempo, é só procurar...
No entanto, vou tentar sucintamente responder ao que questiona:
1) O custo-base da energia eólica nada tem a ver com o mercado, visto que é definida politicamente, por Decreto. E esse preço anda na ordem dos 9.5 ç/kWh, como pode encontrar neste blog e nos relatórios da ERSE. Ora tal preço é largamente superior ao custo médio das fontes convencionais de energia. Acontece, porém, que a formulação das tarifas não é transparente: depois de absorvida toda a energia eólica disponível (o que a lei obriga), o comercializador vai ao mercado comprar a que faltar. Claro que se já faltar pouca, pode escolher entre a mais barata que aparecer, mas mesmo esta recebe depois uma compensação nos CMEC. O que acontece é que o custo extra da energia eólica não aparece no custo da energia, mas sim nos "Custos de interesse geral", e a mesma coisa para os CMEC, como recentemente a DECO se queixou. Mas trata-se de pura "engenharia" constabilística, como a DECO bem denuncia.
Por outro lado, os tais 9,5 ç/kWh são o custo-base da energia eólica, aquela que é paga aos produtores. Porém, devido à intermitência da mesma, é preciso haver centrais de reserva que cubram as quedas de vento, mesmo que geralmente essas centrais de reserva produzam abaixo da sua capacidade para dar a vez às eólicas (que têm orioridade, por LEI, e não por qualquer lógica de mercado). Ora como isso faz essas centrais de reserva serem mal aproveitadas, é por isso que elas recebem uma tarifa de comepnsação só por estarem lá, e os CMEC são parte disso. Ou seja: todos esses custos extra não aparecem na rubrica energia mas são por causa das eólicas.
2) Não há previsão para nenhumas micro-eólicas. As eólicas são é cada vez maiores, e não mais pequenas. O mesmo para as fotovoltaicas, que sendo hoje em dia caríssimas, é provável que venham a ser rentáveis daquei a uns anos mas com a tecnologia de películas finas, e essas, como o seu rendimento é muito menor que nas de silício, precisarão de maiores àreas de exposição solar para gerarem a mesma energia (embora mais barata que actualmente). E, portanto, usarão grandes superfícies de exposição, grandes "quintas" solares, e não as pequenas àreas dos telhados. E por conseguinte a micro-geração é uma completa ficção.
3) Um milhão de micro-eólicas de 1 kWh somaria 1000 MW de potência instalada, mas cada eólica só produziria, em média, 20 a 25% dessa potência. As centrais nucleares, pelo contrário, funcionam em média à potência nominal (os mesmos 1000 MW) 90% do tempo. Só param para reabastecimento e manutenção, de ano e meio em ano e meio (daí os 90%, senão seriam 100%). Portanto, o tal milhão de eólicas produziria apenas 1/4 da energia do tal reactor nuclear. E não falámos dos respectivos custos...