Uma estratégia no setor de eletricidade que pode poupar gastos e ecossistemas

Eletricidade é um tipo especial de commodity - embora não é perecível, ainda é difícil de ser armazenada em grande escala. Eletricidade deve ser produzida relativamente perto do local da demanda, e quando há demanda. Portanto, operadores devem monitorar constantemente o consumo elétrico. Quando a demanda é alta, os geradores devem aumentar a produção; quando é baixa, os geradores recebem instruções para diminuir a produção elétrica. Resumidamente essa é a forma como essa estrutura de produção funciona.

Limitações de tempo

A dificuldade está nos detalhes: a flexibilidade das usinas elétricas está relacionada ao seu tipo. Usinas nuclear e termelétricas demoram mais tempo para iniciarem e encerrarem a produção elétrica, seguidas pelas usinas à base de diesel. As usinas a gás são mais rápidas para iniciarem a produção, ficando atrás apenas de hidrelétricas, uma das mais rápidas.

Essa inflexibilidade das usinas nucleares e à base de carvão significa que elas devem manter uma carga constante, o que é chamado de eletricidade de base, definido como "a quantidade mínima de eletricidade requerida durante um período e em ritmo constante." As demais usinas devem funcionar de acordo com a variação da demanda ao iniciarem e encerrarem a sua produção elétrica, aumentando e diminuindo a produção final.

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A complexidade do mercado elétrico

A maneira como o mercado elétrico funciona adiciona outra dimensão de complexidade as questões deste setor. O operador de mercado é quem recebe as ofertas de compra e venda. São estas que determinam quanta energia estará disponível. O preço da energia é baseado na 'ordem de mérito', enquanto que o gerador calcula os gastos da operação (o preço pelo qual a eletricidade é vendida) e quanta energia eles podem fornecer em um determinado período de tempo (15 minutos, 1 hora, um dia) ao operador.

O operador finalmente dá ordem de despacho para todos os licitantes mais baratos com o intuito de totalizar a quantidade de energia necessária para aquele período. No gráfico abaixo, as usinas 1 a 4 serão pagas o mesmo valor que a licitação da usina 5. Como o operador determinou que as quatro usinas mais baratas poderiam produzir energia suficiente, a usina 5 não entrará na ordem de despacho (e não será paga).

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O desafio com fontes de energia renováveis

Agora vamos considerar os diferentes tipos de fontes de energia renováveis:

  • não acumulável - energia solar e eólica dependem de condições climáticas favoráveis e adequadas
  • voláteis - quando as condições mudam rapidamente
  • instáveis - são fontes de energia difíceis de prever pois não sabemos quando as condições mudarão

Por estas razões, há grandes obstáculos para despachar essas fontes à vontade.

Essas usinas elétricas geralmente recebem o primeiro lugar (e a maior parte do dinheiro) da 'ordem de mérito' porque os seus custos operacionais são baixos (não há necessidade de nenhum tipo de material combustível ou grande número de trabalhadores) comparados às usinas elétricas convencionais. No entanto, fontes de energia renováveis não são uma opção viável para cobrir a eletricidade de base - o fator econômico faz com que o mercado aceite as fontes de energia renováveis enquanto que o fato delas não serem acumuláveis e a presença relativamente pequena no mercado limitam a sua participação na eletricidade de base.

Armazenamento, transporte e distribuição

Finalmente a infraestrutura de transporte e distribuição precisa reter a grande quantidade de energia que é distribuída durante o horário de pico, mesmo se é só por um pequeno período de tempo. Por exemplo, uma linha de transmissão pode ter a capacidade de 1000 MW, mas só atinge a sua capacidade total durante o horário de pico, o que significa que ela é utilizada por uma fração da sua capacidade o restante do tempo. Se a carta do horário de pico não existisse, a construção de linhas de transmissão e distribuição poderia ser otimizada, utilizando os recursos de uma maneira melhor. Isso seria alcançado ao implementarem linhas de transmissão e distribuição menores e mais baratas que atendem à demanda média (que costuma ser menor do que a carga do horário de pico). Isso também contribuiria para a estabilidade da estrutura de produção, de forma que as linhas operariam menos no seu limite, e também haveria a redução da frequência de falhas.

Restrições específicas

Há algumas restrições específicas no mercado elétrico e estrutura operacional:

  • Algumas usinas elétricas só funcionam quando a demanda é maior e encerram suas atividades quando a demanda diminui. Isso faz com que as usinas mais caras, menos eficientes e mais poluidoras operem durante o horário de pico para suprir a demanda.
  • Devido a diferenças substanciais entre energia de base e o horário de pico, usinas elétricas e linhas de transmissão e distribuição não são usadas na sua capacidade total. Esse tipo de infraestrutura requer um alto investimento que corre o risco de ser perdido, a não ser que outras capacidades auxiliem a indústria elétrica a melhorar o seu lucro, satisfazer os investidores e cuidar do planeta.
  • De acordo com a natureza intermitente das fontes de energia renováveis, essa rota limpa e barata não pode cobrir a demanda em todos os momentos, pelo menos até que achemos meios viáveis e competitivos de armazenar a energia produzida. Pode parecer que as usinas elétricas caras e poluentes sejam um mal necessário atualmente.

Por todas essas razões, redundância tem sido necessária para manter essa estrutura de produção em funcionamento. Ter produção elétrica suficiente para cobrir a demanda do horário de pico ainda não é suficiente. O sistema não consegue suportar uma interrupção em uma usina elétrica; isso faria com que a estrutura de produção falhasse e poderia ocasionar um blackout maciço. Isso se aplica à todos os passos (geração, transmissão e distribuição de energia). No final do dia, redundância significa 'blindar' o sistema e receber mais investimento.

Lidando com a demanda em horário de pico

E se pudéssemos distribuir de acordo com a demanda no horário de pico durante o dia todo, explorando as fontes de energia renováveis disponíveis e baratas sempre que possível? Inúmeras soluções já foram propostas com o objetivo de "mover" a demanda ao armazenar energia de maneiras diferentes: salas de armazenamento quentes ou frias, baterias, ar comprimido, bombeando água em represas, etc. Pensar em projetos dessa natureza são imprescindíveis para a economia, entretanto, infelizmente, a atual oferta de armazenamento de energia ainda deixa a desejar em eficiência e geralmente tem um alto custo para ser adotada em larga escala.

Tarifas de tempo de uso (TOU) são uma das maneiras de incentivar o uso de eletricidade em períodos fora do horário de pico (ao invés de armazená-la), encarecendo o custo da eletricidade em horários de pico e barateando o seu custo em períodos normais. No gráfico abaixo, a tarifa mais alta corresponde ao período no qual o operador do sistema espera uma maior demanda de eletricidade. O intuito é desencorajar o consumo elétrico em determinado horário e encorajá-lo em períodos de baixa demanda.

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Resposta à demanda

E se pudéssemos manipular a demanda do lado do consumidor?

Resposta à demanda é uma estratégia de proporcionar ao consumidor a escolha em relação ao seu consumo de eletricidade, em troca de tarifas melhores e outros incentivos. Isso pode ser realizado através de comunicação em tempo real entre os geradores, operadores e usuários, e um certo grau de flexibilidade no lado da demanda. Pode soar semelhante às tarifas de tempo de uso (TOU), mas não é a mesma coisa - é algo mais customizado, que se adapta às necessidades do consumidor.

Por exemplo, vamos supor que um operador identifica uma alta produção de energia solar e eólica em um determinado período. Os consumidores são informados da disponibilidade de energia barata e sustentável e podem utilizá-la por meio de eletrodomésticos e outros aparelhos eletrônicos que não precisam funcionar o tempo todo, como ar condicionado, recarga de bateria de carros elétricos, máquinas de lavar ou secar roupas.

O exemplo oposto também pode ser elucidativo. Podemos supor que a produção de fontes de energia renováveis está baixa ou houve interrupções de produção elétrica, o que significa que as usinas mais caras estão funcionando. O lado da demanda é informado e deve decidir se finaliza algumas operações com o objetivo de limitar o impacto de altos preços de eletricidade. 

A importância da tecnologia em resposta à demanda

Além da comunicação necessária entre geradores, operadores e usuários, automação do processo e um profundo entendimento do lado da demanda são essenciais.

É importante conhecer o cronograma e processos que não podem serem interrompidos. Torres de celulares, operações de altoforno, hospitais, e outras operações essenciais, não podem ser interrompidas ou reduzir a quantidade de energia que eles consomem. Além da necessidade de operações essenciais, o uso da energia restante poderia ser modificado.

O cronograma do uso da energia precisa ser pensado. Ter conhecimento de quando energia cara e barata estará disponível, quando operações com alto consumo de energia precisam serem realizadas, e um status em tempo real da estrutura de produção é importante para tomar decisões com conhecimento de causa.

Dados para casa um destes procedimentos (operações essenciais, inteligência do lado da demanda, e cronograma do uso de energia) podem ser utilizados por meios modernos e gerarem observações úteis. Clima, produção elétrica, demanda, valor de mercado, e outros dados podem ser recolhidos para criar um algoritmo que nos auxiliará a tomar decisões melhores, manter a estrutura operacional estável, manter preços de eletricidade estáveis, aumentar a integração de energia renovável, e aumentar consideravelmente o lucro na indústria. Inteligência artificial (AI) e outros tipos de tecnologia da informação podem ser utilizados para prever alterações na demanda e fornecimento no mercado elétrico ao consultar o clima, dados históricos, etc. Isto resultaria em benefícios econômicos e ambientais para a sociedade.

Considerações Finais

  • Uma nova estratégia de demanda não é somente uma solução plausível, mas sim um ótimo ponto de partida para a incorporação contínua de tecnologia em uma indústria sedenta por uma transformação digital. Consumidores demandam transparência em cobrança, consumo, e impacto ambiental, enquanto uma estrutura operacional inteligente, e uma base operacional flexível e preparada para utilizar novas tecnologias, é necessária para atingir essas metas. Seria de se esperar que em algum momento em breve, tarifas de resposta à demanda se tornem parte da gama de serviços oferecidos.
  • A estrátegia de demanda diminui as desvantagens do setor de eletricidade também para os consumidores, que poderiam ter preços menores de eletricidade, mais integração de energia renovável e impacto ambiental reduzido. À medida que a eletricidade se torna mais cara e os medidores se tornam mais baratos, a utilização de smart meters é uma maneira confiável de acompanhar a demanda de eletricidade e outras commodities, como: água, gás natural, e outras matérias primas. Esses aparelhos não só realizam a medição, como também conseguem se comunicar com outros aparelhos e plataformas. Isto faz com que as informações sejam mais úteis para serem analisadas com o objetivo de se ter uma visão mais clara das operações do cliente.
  • A quantidade de dados necessária para executar uma estratégia de resposta à estratégia de demanda não pode ser processada sem uma abordagem de Big Data, tornando a tecnologia da informação uma parte fundamental da solução de estratégia de demanda. Algumas soluções já chegaram ao mercado, como o blauLabs da Softtek, que obtém dados de diferentes fontes (dispositivos de medição, publicações de mercado, software de planejamento de recursos empresariais, software de CRM e até análise de sentimentos nas mídias sociais, entre outros) para concentrar, analisar e visualizar. Por ser uma solução baseada em nuvem, o blauLabs fornece velocidade, confiabilidade, disponibilidade constante e poder de computação para torna-lo um excelente ajuste para esse tipo de aplicativo. Sem machine learning e IA, a correlação e avaliação de todas essas variáveis seria uma tarefa difícil; essas ferramentas ajudam as partes interessadas a tomar decisões mais instruídas.
  • Quando implementadas com habilidade, a automação de certos processos é mais confiável e menos propensa a erros, e pode permitir que os humanos se concentrem em trabalhos mais significativos. Essa é uma parte fundamental da resposta à demanda, pois ajuda a implementação e a continuação subsequente da resposta à demanda a serem feitas corretamente na primeira vez.
  • Cerca de um quinto das emissões mundiais de gases de efeito estufa pode ser atribuídas a eletricidade e calor. O setor de energia é o candidato perfeito para os esforços para reduzir as emissões de carbono. Ao aprimorar o uso de energias renováveis ​​e limitar a participação de combustíveis poluentes, ao usar abordagens inovadoras e tecnológicas, como a descrita no artigo, o setor pode ser uma ponta de lança para essa mudança. Os recursos do nosso planeta são limitados, mas um forte núcleo operacional capaz de integrar novas tecnologias ao setor de energia pode nos ajudar a usá-los de maneira sustentável.

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