Rede Inteligente: Troca de eletricidade e informações entre residências e usinas de energia

De Fouad Sabry

O que é Smart Grid

Uma rede inteligente é um tipo de rede elétrica que incorpora vários métodos diferentes de gerenciamento e economia de energia, como: infraestrutura para tecnologias avançadas de mediçãoDisjuntores inteligentes e quadros de distribuição que estão ligados a sistemas de controle doméstico e sistemas de resposta à demandaAparelhos inteligentes e interruptores de controle de carga, que geralmente são subsidiados por eficiências obtidas em programas municipais. Os recursos para energia renovável incluem a capacidade de carregar baterias que foram estacionados, conjuntos maiores de baterias que foram reciclados a partir destes, ou outras formas de armazenamento de energia. Recursos que usam pouca ou nenhuma energia; Uma quantidade suficiente de capacidade sobressalente no caso de ficar "preto", que normalmente é alugada para ganho financeiro.

Como você se beneficiará

(I) Insights e validações sobre os seguintes tópicos:

Capítulo 1: Rede inteligente

Capítulo 2: Comunicação por linha de energia

Capítulo 3: Geração distribuída

Capítulo 4: Setor de energia elétrica

Capítulo 5: Medidor de eletricidade

Capítulo 6: Sistema de gerenciamento de energia

Capítulo 7: Demanda de energia gerenciamento

Capítulo 8: Resposta à demanda

Capítulo 9: Microgrid

Capítulo 10: Grade amigável

Capítulo 11: Automação de distribuição avançada

Capítulo 12: Perfil de carga

Capítulo 13: Unidade de medição fasorial

Capítulo 14: Gerenciamento de carga

Capítulo 15: Preços de eletricidade

Capítulo 16: Rede elétrica

Capítulo 17: Redes inteligentes por país

Capítulo 18: Política de rede elétrica inteligente nos Estados Unidos

Capítulo 19 : Centro de Pesquisa de Energia de Rede Inteligente

Capítulo 20: Transacti ve energia

Capítulo 21: Mini-rede

(II) Respondendo às principais perguntas do público sobre rede inteligente.

(III) Exemplos reais de uso de redes inteligentes em muitos campos.

(IV) 17 apêndices para explicar, resumidamente, 266 tecnologias emergentes em cada setor para ter uma compreensão completa de 360 ​​graus das tecnologias de redes inteligentes.

Para quem é este livro

Profissionais, estudantes de graduação e pós-graduação, entusiastas, amadores e aqueles que desejam ir além do conhecimento ou da informação básica para qualquer tipo de rede inteligente. p>

• Idioma: Português
• Editora: Um Bilhão Bem Informado [Portuguese]
• Data de lançamento: 8 de nov. de 2022

Pré-visualização do livro

Direitos autorais

Smart Grid Copyright © 2022 por Fouad Sabry. Todos os direitos reservados.

Todos os direitos reservados. Nenhuma parte deste livro pode ser reproduzida sob qualquer forma ou por qualquer meio eletrónico ou mecânico, incluindo sistemas de armazenamento e recuperação de informações, sem autorização por escrito do autor. A única exceção é por um revisor, que pode citar pequenos excertos numa revisão.

Capa desenhada por Fouad Sabry.

Este livro é uma obra de ficção. Nomes, personagens, lugares e incidentes são produtos da imaginação do autor ou são usados de forma fictícia. Qualquer semelhança com pessoas reais, vivas ou mortas, eventos ou locais é inteiramente coincidência.

Bónus

Pode enviar um e-mail para [e-mail] com a linha de assunto Smart Grid: Troca de eletricidade e informações entre casas e centrais elétricas, e receberá um e-mail que contém os primeiros capítulos deste livro.

Fouad Sabry

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www.1BKOfficial.org

Prefácio

Por que escrevi este livro?

A história de escrever este livro começou em 1989, quando eu era estudante na Escola Secundária de Estudantes Avançados.

É notavelmente como as escolas STEM (Ciência, Tecnologia, Engenharia e Matemática), que estão agora disponíveis em muitos países avançados.

O STEM é um currículo baseado na ideia de educar os alunos em quatro disciplinas específicas - ciência, tecnologia, engenharia e matemática - numa abordagem interdisciplinar e aplicada. Este termo é normalmente usado para abordar uma política de educação ou uma escolha curricular nas escolas. Tem implicações no desenvolvimento da força de trabalho, nas preocupações de segurança nacional e na política de imigração.

Havia uma aula semanal na biblioteca, onde cada aluno é livre de escolher qualquer livro e ler durante 1 hora. O objetivo da aula é incentivar os alunos a lerem outras disciplinas que não o currículo educativo.

Na biblioteca, enquanto olhava para os livros nas prateleiras, notei livros enormes, num total de 5.000 páginas em 5 partes. O nome dos livros é A Enciclopédia da Tecnologia, que descreve tudo à nossa volta, from absoluto zero a semicondutores, quase todas as tecnologias, na altura, foram explicadas com ilustrações coloridas e palavras simples. Comecei a ler a enciclopédia, e claro, não consegui terminá-la na aula semanal de 1 hora.

Então, convenci o meu pai a comprar a enciclopédia. O meu pai comprou-me todas as ferramentas tecnológicas no início da minha vida, o primeiro computador e a primeira enciclopédia tecnológica, e ambos têm um grande impacto em mim e na minha carreira.

Terminei toda a enciclopédia nas mesmas férias de verão deste ano, e então comecei a ver como o universo funciona e como aplicar esse conhecimento aos problemas do dia-a-dia.

A minha paixão pela tecnologia começou há mais de 30 anos e ainda assim a viagem continua.

Este livro faz parte da Enciclopédia das Tecnologias Emergentes que é a minha tentativa de dar aos leitores a mesma experiência incrível que tive quando andava no liceu, mas em vez de tecnologias do século XX, estou mais interessado nas tecnologias emergentes do século XXI, aplicações e soluções industriais.

A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes será composta por 365 livros, cada livro será focado numa única tecnologia emergente. Pode ler a lista de tecnologias emergentes e a sua categorização pela indústria na parte de Em breve, no final do livro.

365 livros para dar aos leitores a oportunidade de aumentar os seus conhecimentos sobre uma única tecnologia emergente todos os dias, no decurso de um ano.

Introdução

Como escrevi este livro?

Em todos os livros de A Enciclopédia das Tecnologias Emergentes, estou a tentar obter insights instantâneos, de pesquisa bruta, diretamente das mentes das pessoas, tentando responder às suas perguntas sobre a tecnologia emergente.

Há 3 mil milhões de pesquisas no Google todos os dias, e 20% delas nunca foram vistas antes. São como uma linha direta para os pensamentos das pessoas.

Às vezes, é Como é que retiro o encravamento de papel. Outras vezes, são os medos e os desejos secretos que só se atreveriam a partilhar com o Google.

Na minha busca para descobrir uma mina de ouro inexplorada de ideias de conteúdo sobre Smart Grid, uso muitas ferramentas para ouvir dados autocompletos de motores de busca como o Google, e rapidamente escolho todas as frases e perguntas úteis, as pessoas estão a perguntar em torno da palavra-chave Smart Grid.

É uma mina de ouro de pessoas introspeção, posso usar para criar conteúdo fresco, ultra-útil, produtos e serviços. Do tipo que pessoas, como tu, realmente querem.

As pesquisas de pessoas são o conjunto de dados mais importante alguma vez recolhido na psique humana. Portanto, este livro é um produto ao vivo, e constantemente atualizado por cada vez mais respostas para novas perguntas sobre Smart Grid, feitas por pessoas, tal como tu e eu, a questionarem-se sobre esta nova tecnologia emergente e gostariam de saber mais sobre isso.

A abordagem para escrever este livro é obter um nível mais profundo de compreensão de como as pessoas procuram em torno de Smart Grid, revelando perguntas e perguntas que eu não pensaria necessariamente fora da minha cabeça, e respondendo a estas perguntas em palavras super fáceis e digestivas, e para navegar o livro de uma forma simples.

Por isso, quando se trata de escrever este livro, assegurei-me de que está o mais otimizado e direcionado possível. Este propósito do livro está a ajudar as pessoas a compreender e a desenvolver os seus conhecimentos sobre a Smart Grid. Estou a tentar responder as perguntas das pessoas o mais de perto possível e a mostrar muito mais.

É uma forma fantástica e bonita de explorar questões e problemas que as pessoas têm e responder diretamente, e adicionar insights, validação e criatividade ao conteúdo do livro – até mesmo pitchs e propostas. O livro revela áreas ricas, menos aglomeradas e, por vezes, surpreendentes, de procura de investigação que eu não alcançaria de outra forma. Não há dúvida de que, espera-se que aumente o conhecimento da mente dos potenciais leitores, depois de ler o livro usando esta abordagem.

Apliquei uma abordagem única para tornar o conteúdo deste livro sempre fresco. Esta abordagem depende de ouvir as mentes das pessoas, utilizando as ferramentas de escuta de pesquisa. Esta abordagem ajudou-me a:

Conheça os leitores exatamente onde estão, para que eu possa criar conteúdo relevante que atinge um acorde e impulsiona mais compreensão ao tema.

Mantenha o meu dedo firmemente no pulso, para que eu possa obter atualizações quando as pessoas falam sobre esta tecnologia emergente de novas maneiras, e monitorizar as tendências ao longo do tempo.

Descobrir tesouros ocultos de perguntas precisa de respostas sobre a tecnologia emergente para descobrir insights inesperados e nichos ocultos que impulsionam a relevância do conteúdo e lhe dão uma vantagem vencedora.

O bloco de construção para escrever este livro inclui o seguinte:

(1) Deixei de perder tempo com a intuição e a adivinhação sobre os conteúdos desejados pelos leitores, preenchi o conteúdo do livro com o que as pessoas precisam e despedi-me das intermináveis ideias de conteúdo baseadas em especulações.

(2) Tomei decisões sólidas e tomei menos riscos, para conseguir lugares na primeira fila para o que as pessoas querem ler e querem saber - em tempo real - e utilizar dados de pesquisa para tomar decisões ousadas, sobre quais os tópicos a incluir e quais os tópicos a excluir.

(3) Racionalizei a minha produção de conteúdos para identificar ideias de conteúdo sem ter de analisar manualmente as opiniões individuais para poupar dias e até semanas de tempo.

É maravilhoso ajudar as pessoas a aumentar os seus conhecimentos de uma forma simples, respondendo apenas às suas perguntas.

Penso que a abordagem da escrita deste livro é única à medida que se colide, e acompanha as questões importantes que os leitores fazem sobre os motores de busca.

Agradecimentos

Escrever um livro é mais difícil do que pensava e mais gratificante do que alguma vez poderia imaginar. Nada disto teria sido possível sem o trabalho concluído por investigadores de prestígio, e gostaria de reconhecer os seus esforços para aumentar o conhecimento do público sobre esta tecnologia emergente.

Dedicatória

Para os esclarecidos, aqueles que vêem as coisas de forma diferente, e querem que o mundo seja melhor. Podes discordar demasiado deles, e podes discutir ainda mais com eles, mas não podes ignorá-los, e não podes subestimá-los, porque mudam sempre as coisas... empurram a raça humana para a frente, e enquanto alguns podem vê-los como os loucos ou amadores, outros vêem génio e inovadores, porque aqueles que são iluminados o suficiente para pensar que podem mudar o mundo, são os que o fazem, e levam as pessoas à iluminação.

Epígrafe

Uma rede inteligente é uma espécie de rede elétrica que incorpora uma série de diferentes métodos de gestão e poupança de energia, tais como: infraestruturas para tecnologias avançadas de medição  Escontes e placas de distribuição que estão ligadas a sistemas de controlo doméstico e  sistemas de resposta à procuraSmart eletrodomésticos e interruptores de controlo de carga, que são muitas vezes subsidiados por eficiências obtidas em programas municipais. Os recursos para as energias renováveis incluem a capacidade de carregar baterias que foram estacionadas, maiores variedades de baterias que foram recicladas destas, ou outras formas de armazenamento de energia. Recursos que usam pouco ou nenhum largura de banda de fibra de nível energético para ligar e monitorizar os componentes acima mencionados, com conectividade sem fios servindo como uma opção de backup.  Uma quantidade suficiente de capacidade suplente no caso de ficar preto, que é normalmente arrendado para ganhos financeiros.

Tabela de Conteúdos

Direitos autorais

Bónus

Prefácio

Introdução

Agradecimentos

Dedicatória

Epígrafe

Tabela de Conteúdos

Capítulo 1: Grelha inteligente

Capítulo 2: Comunicação da linha de energia

Capítulo 6: Hidroeletricidade de armazenamento bombeado

Capítulo 4: Indústria elétrica

Capítulo 5: Sistema de gestão da energia

Capítulo 6: Gestão da procura de energia

Capítulo 7: Resposta à procura

Capítulo 8: Microgrelha

Capítulo 9: Amigável à grelha

Capítulo 10: Automação de Distribuição Avançada

Capítulo 11: Contador inteligente

Capítulo 12: Perfil de carga

Capítulo 13: Unidade de medição do Phasor

Capítulo 14: Gestão da carga

Capítulo 15: Preços da eletricidade

Capítulo 16: Rede elétrica

Capítulo 17: Rede inteligente nos Estados Unidos

Capítulo 18: Redes inteligentes por país

Capítulo 19: Política de redes inteligentes nos Estados Unidos

Capítulo 20: Centro de Investigação em Energia de Redes Inteligentes

Capítulo 21: Energia transacionável

Epílogo

Sobre o Autor

Brevemente

Apêndices: Tecnologias Emergentes em Cada Indústria

Capítulo 1: Grelha inteligente

Uma rede inteligente é uma rede elétrica que inclui uma variedade de medidas de operação e energia, incluindo:

infraestrutura para tecnologias avançadas de medição (dos quais os contadores inteligentes são um nome genérico para qualquer dispositivo lateral de utilidade, mesmo que seja mais capaz, por exemplo, um router de fibra ótica)

Disjuntores inteligentes e placas de distribuição ligadas a sistemas de controlo doméstico e sistemas de resposta à procura (atrás do contador de uma perspetiva de utilidade)

Aparelhos inteligentes e interruptores de controlo de carga, que são frequentemente subsidiados por eficiências obtidas em programas municipais (por exemplo, financiamento PACE)

Recursos energéticos renováveis, como a capacidade de carregar baterias que estão estacionadas (em veículos elétricos) ou maiores matrizes de baterias que são recicladas destes, bem como várias formas de armazenamento de energia.

Recursos eficientes em termos energéticos

largura de banda de fibra de utilidade suficiente para ligar e monitorizar os componentes acima mencionados, com conectividade sem fios servindo como uma opção de backup. Capacidade suplente suficiente em caso de um estado escuro para garantir o fracasso, que é muitas vezes alugado para lucro.

O condicionamento eletrónico da potência, bem como a gestão da geração e distribuição de energia são componentes essenciais da rede inteligente.

Os Estados Unidos codificam as suas políticas ao abrigo do título 42 do Código dos Estados Unidos.

ch.

152, subch.

IX § 17381.

Embora o uso convencional do termo smart grid esteja centrado na infraestrutura tecnológica, o lançamento da tecnologia de redes inteligentes também implica uma reengenharia fundamental do negócio que presta serviços energéticos.

As preocupações com a tecnologia por trás das redes inteligentes centram-se principalmente nos contadores inteligentes, nas coisas que são possíveis por eles, e em preocupações de segurança mais gerais.

Great Barrington, Massachusetts, foi o local da instalação da primeira rede elétrica do mundo para empregar corrente alternada no ano de 1886. Durante esse período, a rede foi um sistema centralizado e unidirecional para a transmissão de energia elétrica, a distribuição de energia e a gestão da procura.

As redes de energia locais em todo o mundo expandiram-se ao longo do século XX e acabaram por ser ligadas por razões económicas e operacionais. Na década de 1960, as redes elétricas das nações desenvolvidas tinham crescido para serem extremamente grandes, totalmente desenvolvidas e densamente interligadas. Milhares de centrais elétricas de produção central estavam a fornecer eletricidade aos grandes centros de carga através de linhas de alta capacidade. Estas linhas foram então ramificadas e divididas para fornecer eletricidade a pequenos utilizadores industriais e domésticos em toda a área de abastecimento. As grandes centrais a carvão, a gás e a petróleo na escala de 1 GW (1000 MW) a 3 GW continuam a ser rentáveis. Isto porque funcionalidades de aumento da eficiência que só podem ser rentáveis quando as estações se tornam muito grandes. A topologia da grelha na década de 1960 foi o resultado das fortes economias de escala.

A colocação planeada de centrais elétricas permitiu-lhes estar nas proximidades do abastecimento de combustíveis fósseis (quer as minas quer os próprios poços, quer então perto de linhas ferroviárias, rodoviárias ou portuárias). O posicionamento das barragens hidroelétricas nas regiões montanhosas foi outro fator que teve um impacto significativo na construção da rede em desenvolvimento. A acessibilidade da água de arrefecimento foi uma consideração primordial para a instalação de centrais nucleares. Finalmente, as centrais elétricas que utilizavam combustíveis fósseis estavam muito poluídas quando foram construídas pela primeira vez, pelo que, após os avanços nas redes de distribuição de eletricidade, tornaram-na praticável, estas centrais foram construídas tão longe dos centros populacionais como era economicamente viável. No final da década de 1960, a rede elétrica tinha atingido a esmagadora maioria da população em nações industrializadas; os únicos locais que ficaram fora da rede foram os que se encontravam em regiões remotas e periféricas.

Era importante medir a quantidade de energia utilizada por utilizador, a fim de poder fornecer faturação precisa que teve em conta os diferentes níveis de consumo experimentados por vários clientes. As disposições pautais fixas e as disposições pautais duplas, em que a energia consumida durante a noite foi cobrada a uma taxa inferior à da energia consumida durante o dia, foram postas em prática durante o período em que a rede se encontrava em expansão devido à capacidade limitada de recolha e processamento de dados que existia durante esse período. O menor nível de procura durante as horas noturnas serviu de impulso para a implementação de sistemas de duas tarifas. As duas tarifas permitiram a utilização de energia elétrica noturna de baixo custo em aplicações como a manutenção de bancos de calor, o que serviu para suavizar a procura diária e reduzir o número de turbinas que precisavam de ser desligadas durante a noite, melhorando assim a utilização e rentabilidade das instalações de produção e de transporte. Os bancos de calor também serviram para suavizar a procura diária. Devido aos constrangimentos técnicos impostos pelas capacidades de medição da rede na década de 1960, o grau de redução dos sinais de preços através do sistema foi restringido.

O aumento da procura que ocorreu entre a década de 1970 e a década de 1990 resultou num aumento do número de centrais elétricas. Em certas localidades, o fornecimento de energia não foi capaz de acompanhar a procura, particularmente em períodos de pico. Como consequência, houve má qualidade de energia, que incluía apagões, cortes de energia e apagões. Os consumidores procuraram níveis de fiabilidade cada vez mais elevados por parte dos seus fornecedores de energia, uma vez que a dependência da eletricidade para a indústria, o aquecimento, a comunicação, a iluminação e o entretenimento cresceu constantemente ao longo do tempo.

O aquecimento doméstico e o ar condicionado levaram a picos diários de procura, que foram atingidos por uma série de geradores de energia de pico, que só eram ligados por curtos períodos de tempo todos os dias. No final do século XX, foram estabelecidos padrões de procura de eletricidade: o aquecimento doméstico e o ar condicionado levaram a picos diários de procura. Devido à utilização relativamente baixa destes geradores de pico (na maioria dos casos, as turbinas a gás foram utilizadas devido ao seu custo de capital relativamente mais baixo e aos tempos de arranque mais rápidos), juntamente com o necessário despedimento na rede elétrica, o que resultou em custos elevados para as empresas de eletricidade, que foram depois transmitidas aos clientes sob a forma de tarifas acrescidas.

No século XXI, algumas nações emergentes, como a China, a Índia e o Brasil, foram consideradas pioneiras na implementação de redes inteligentes.

Desde o início do século XXI, tem sido evidente que existe potencial para utilizar a evolução das tecnologias de comunicação electrónica, a fim de abordar questões relacionadas com os constrangimentos e despesas da rede elétrica. Devido às restrições tecnológicas à medição, as taxas máximas de eletricidade deixaram de ser exigidas para serem médias e transmitidas de forma igual a todos os clientes. Simultaneamente, o aumento das preocupações com os danos causados ao ambiente pelas centrais elétricas que queimam combustíveis fósseis resultou no desejo de utilizar uma percentagem significativa de energia proveniente de fontes renováveis. Devido à natureza extremamente variável de tipos de energia dominantes, como a energia solar e eólica, tornou-se claro que eram necessários sistemas de controlo mais avançados para facilitar o acoplamento de fontes à rede de outra forma altamente regulamentada.

A Lei de Independência e Segurança Energética de 2007 (EISA-2007), adotada pelo Congresso dos EUA em janeiro de 2007 e assinada pelo Presidente George W. Bush em dezembro de 2007, estabeleceu a primeira definição formal de Smart Grid. Esta lei foi aprovada nos Estados Unidos em 2007. Segue-se uma descrição da Smart Grid que é fornecida pelo título XIII desta lei. Enumera 10 características e pode ser considerada uma definição para o termo:

É política dos Estados Unidos apoiar a modernização do sistema nacional de transporte e distribuição de eletricidade. Isto é feito para manter uma infraestrutura de eletricidade fiável e segura capaz de responder ao crescimento futuro da procura e alcançar cada uma das seguintes, que em conjunto caracterizam uma Smart Grid: (1) Um aumento na utilização de tecnologias digitais de informação e controlo para aumentar a fiabilidade, segurança e eficácia da rede elétrica. (2) A otimização das operações e dos recursos da rede de forma dinâmica, mantendo simultaneamente a cibersegurança completa. (3) A implementação e a integração de recursos dispersos e de produção, incluindo as fontes de energia renováveis. (4) O desenvolvimento e a execução da resposta à procura, dos recursos do lado da procura e dos recursos de eficiência energética. (5) A implementação de tecnologias inteligentes para a medição, comunicações relativas às operações e ao estado da rede e automatização de distribuição. Estas tecnologias inteligentes são tecnologias em tempo real, automatizadas e interativas que otimizam o funcionamento físico de aparelhos e dispositivos de consumo. (6) A incorporação de gadgets e aparelhos inteligentes em produtos de consumo (7) A implementação e incorporação de tecnologias de ponta para o armazenamento e redução de picos da procura elétrica, como o ar condicionado de armazenamento térmico e os automóveis elétricos e híbridos plug-in. (8) Fornecer aos clientes informações atualizadas e muitas formas de exercer o controlo. (9) A criação de normas para a comunicação e interoperabilidade dos aparelhos elétricos e dos equipamentos ligados à rede elétrica, bem como à infraestrutura que serve a rede. (10) A identificação e redução de impedimentos injustificados ou supérfluos no que respeita à implementação de tecnologias, processos e serviços de redes inteligentes

O conceito de rede inteligente é também fornecido pela Task Force on Smart Grids criada pela Comissão da União Europeia:

"A Smart Grid é uma rede elétrica capaz de integrar, de forma rentável, as ações e comportamentos de todos os utilizadores ligados a ela, incluindo geradores, consumidores e aqueles que fazem ambos. Isto é feito para garantir um sistema de energia economicamente eficiente e sustentável, com baixas perdas e elevados níveis de qualidade, segurança de abastecimento e segurança. Para desempenhar as suas funções, uma rede inteligente depende não só de bens e serviços de ponta, mas também de tecnologia de ponta para monitorização, controlo, comunicação e auto-cura inteligente:

Melhore a facilidade com que os geradores de vários tamanhos e tipos podem ser conectados e operados.

Permitir que os clientes participem no processo de melhoria da eficiência do sistema.

Dar aos clientes mais informações e um leque mais alargado de opções sobre como podem utilizar o seu fornecimento.

Reduza em quantidade significativa os efeitos negativos sobre o ambiente que todo o sistema de fornecimento de energia tem.

Defender, ou talvez esforçar-se por melhorar, os elevados padrões de fiabilidade do sistema, qualidade e segurança do fornecimento que já estão em vigor.

Mantenha os serviços atuais a funcionar sem problemas enquanto trabalha para os melhorar.

A implementação do processamento digital e das comunicações dentro da rede elétrica é um componente que está incluído na maioria das definições da rede inteligente. Como resultado, a rede inteligente coloca uma ênfase primária no fluxo de dados e na gestão da informação. A extensa incorporação da tecnologia digital em redes de energia abre caminho ao desenvolvimento de uma variedade de capacidades. No que diz respeito ao design de redes inteligentes, um dos desafios mais importantes é descobrir como integrar novas informações de rede. Os serviços públicos elétricos são atualmente confrontados com a necessidade de