Luís Seca - INESC

DA PRODUÇÃO DE CONHECIMENTO À INOVAÇÃO DE BASE CIENTÍFICA

Investigação e Desenvolvimento Tecnológico

Transferência e Valorização de Tecnologia

Formação Avançada

Consultoria

Pré-incubação de empresas de base tecnológica

Redes Elétricas Inteligentes ao Serviço da Prosperidade Renovável

2

A nossa missão

RESULTADOS:Melhor ciência portuguesa

&

Tecido empresarial mais competitivo

OBJETIVOS:

Atividades de I&D internacionalmente competitivas

+

Interface eficaz entre a universidade e o politécnico, a

administração pública e a sociedade


3

Institucional

ESTATUTO JURÍDICO

Capital = 1.250.000€

40%36%

18%

4%2%

• Associação privada sem fins lucrativos

• Instituição de Utilidade Pública, desde 2001

• Reconhecida com estatuto de Laboratório Associado em 2002 pelo Ministério

da Ciência

• Classificação de “Excelente” atribuída

pela Comissão Internacional de Avaliação

do Ministério da Ciência

U.Porto INESC FEUP FCUP IPP

NºS IMPORTANTESCapital = 1.25 M€

Vol. Atividade = 11.5 M€ (2011)

Unidades de I&D= 7

Colaboradores = 595• I&D = 542 (PhD = 159)• Serviços de Apoio = 53


4

Institucional

INESC Tecnologia e CiênciaLaboratório Associado

INESC Porto

ROBIS

CRACSUESPUSIG

UITTUOSE

USE

CISTER

UGEI

LIAAD2011

HAS.LAB

INESC Porto 352 Investigadores114 Doutorados

CISTER42 Investigadores16 Doutorados

UGEI20 Investigadores9 Doutorados

CRACS50 Investigadores10 Doutorados

LIAAD55 Investigadores23 Doutorados

HAS.LAB50 Investigadores23 Doutorados

UTM

INESC TEC (INESC TECNOLOGIA E CIÊNCIA) – coordenado pelo INESC Porto


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Perfil de atividade na cadeia de valor

Produtos, consultoria,

patentes, licenciamento,

empresas spin-off

Recursos Humanos altamente

qualificados

Produção básica de conhecimento

Projetos de investigação aplicada

Transferência de tecnologia, valorização

Desenvolvimento

Artigos em revistas científicas, teses

Artigos em revistas científicas, artigos para conferências,

modelos

Artigos para conferências,

protótipos

Metáfora da cadeia de produção de conhecimento-valor: nós concretizamos


6

Unidades de Investigação e Cadeia de Produção de Conhecimento

Produção de conhecimento Investigação aplicada Desenvolvimento

Transferência de Tecnologia e Valorização

INOVAÇÃO E VALOR

CONHECIMENTO CRIATIVOOptoeletrónica e Sist. Eletrónicos

Sistemas de Energia

Telecomunicações e Multimédia

Engenharia de Sistemas de Produção

Sistemas de Informação e de Computação Gráfica

Inovação e Transferência de Tecnologia

Robótica e Sistemas Inteligentes

Engenharia e Gestão Industrial

Sistemas Embebidos e de Tempo-real

Software de Alta Confiabilidade

Inteligência Artificial e Análise de Dados

Sistemas Computacionais Avançados


7

Contratos de I&D de alto nível

BB

C

• Novos

conceitos

de TV

digital

ES

A

• Novas

tecnologias

em fibra

ótica para

avaliar

níveis de

CO2 na

atmosfera a

partir do

espaço AR

GO

NN

E N

AT

ION

AL

LA

BO

RA

TO

RY

• Novos

métodos de

previsão de

produção

de energia

eólica a

curto prazo

RE

D E

LÉ

CT

RIC

A &

RE

N

• Novo método

probabilístico

para avaliar a

segurança do

fornecimento

de energia até

2025

PO

RT

UG

AL

TE

LE

CO

M

• Novo sistema/

serviço para

gerir canais de

vídeo em

sessões de

multidifusão

(multicast)

EF

AC

EC

•Desenvolvimento

de módulos

avançados para

DMS (Sistemas de

Gestão de

Distribuição)


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EXEMPLO 1: o caso das redes inteligentes (smart grids)

RESULTADO

Consórcio liderado pelo maior fornecedor de energia português (EDP), que inclui 4 parceiros industriais. O INESC TEC é a única instituição de I&D a definir as especificações técnicas

Desenvolvimento de uma solução e tecnologia nacionais competitivas para exportação

Projeto piloto para uma Cidade Inteligente (Smart City): Évora – 33.000 consumidores usam tecnologia Smart Grid

AÇÃO

•4 projetos europeus, 3 projetos FCT

•Desenvolvimento de vários contratos nacionais de desenvolvimento e consultoria com um significativo apoio financeiro por parte da indústria

•Um importante projeto industrial: INOVGRID

Relevância Social da Investigação: 2 Exemplos

9

Áreas de Atividade

•Planeamento e funcionamento de Sistemas de Energia, Modelação de

carga, Fiabilidade

•Análise dinâmica de segurança, Integração de geração embebida

•Sistemas isolados

•Controlo de geradores eólicos e previsão eólica

•Redes Inteligentes, Microgeração e Micro-redes

•Redes de distribuição ativa

•Regulação e mercados elétricos

•Apoio à Decisão Multicritério, Fuzzy Sets e Inteligência Computacional

aplicada aos sistemas de energia

Sistemas de Energia


10

A Rede Elétrica do Futuro

Fonte: “Smart Grids – Vision and Strategy for Europe’s Electricity Networks of the Future”

11

Introdução – O que tem de mudar?

• Principais forças a condicionar o desenvolvimento dos Sistemas Elétricos de Energia (SEE):

1) Questões Ambientais: cumprimento das metas definidas no protocolo de Quioto (redução de emissões substituindo geração fóssil por geração limpa, redução das perdas nas redes elétricas), aumento da responsabilidade social e sustentabilidade, minimização dos impactos visuais e uso da terra

2) Substituição de Infraestruturas Antigas de Rede (geração e linhas/cabos) 3) Segurança de Abastecimento4) Aumento da Qualidade de Serviço (mais automatização e controlo remoto)5) Liberalização dos Mercados de Eletricidade (energia e serviços)

1) Integração de Fontes de Energia Renovável, explorando tecnologias limpas2) Gestão Eficiente das Redes Elétricas3) Gestão Ativa de Cargas (aumentando a eficiência do lado do consumo)


12

O que tem de mudar? Fontes Renováveis

• Tecnologias estabilizadas


13

O que tem de mudar? Fontes Renováveis

• Algumas tecnologias prometedoras


14

Contribuição Esperada das Fontes Renováveis

• Alguns cenários: Perspetivas para a produção renovável


15

O que tem de mudar? Gestão da Rede

• Novos paradigmas estão a ser desenvolvidos

A gestão das redes elétricas tem de deixar de ser passiva e passar a ser ativa!

Paradigma de controlo da Produção Distribuída

Yesterday Tomorrow: distributed/ on-site generation with fully integrated network management

Storage

Photovoltaicspower plant

Windpowerplant

House with domestic CHP

Powerqualitydevice

Storage

Central power station

House

FactoryCommercial

building

Local CHP plant

Storage

Storage

Powerqualitydevice

FlowControl

Break ing the Rules

Trans m is s io n Ne tw o rk

Dis tributio n Ne tw o rk


12-04-2023 16

Arquiteturas Avançadas de Controlo para Redes de Distribuição

II Debates TECNOLOGIA E SOCIEDADE – 1ª Sessão – 15 Novembro 2011

PV

Wind GenMV

LVMicroturbine

Fuel Cell

Storage DeviceMGCC

MC

MC

MC

MC

MC

LC

LC

LC

LC

LC

Controlo Hierárquico:

• MGCC, LC, MC

• Infraestrutura de Comunicação

17

A visão futurista da micro-geração nas casas

18

O que tem de mudar? Eficiência Energética

100 % Oil / Gas

exchange of electrical energy

100 %powerstation

50 % electrical energy

50 % unusedwaste heat

50 % fossil fuel

Até agora: • Produção centralizada de eletricidade• Produção descentralizada de calorNo futuro: • Produção combinada e descentralizada de eletricidade e calor (co-geração)

Redução de 1/3 no consumo de fontes de energia fóssil!


19

O que tem de mudar? Gestão Ativa de Cargas

• Integração em larga-escala de fontes de energia renovável (solar e eólica) requer gestão ativa de armazenamento ou gestão ativa de cargas (aumentado o consumo):– Aumento do consumo– Gestão das reservas

Geração disponível num dia ventoso e chuvoso de Inverno (2011) Geração eólica a 14 de Fevereiro de 2007

Fonte: REN


20

O que tem de mudar? Gestão Ativa de Cargas

• Possibilidades contratuais– Preço de energia em tempo-real– Contratos especiais para cargas controláveis (disponibilidade para

resolver problemas técnicos na rede)

• Possibilidade de gestão de consumos– Corte da ponta através de:

Preço em tempo-real Cargas controláveis

– Desvio de consumos através de: Preço em tempo-real Armazenamento Deslastre de carga


21

O Caminho para as Redes Inteligentes

• Uma Rede Inteligente é uma rede elétrica capaz de integrar de uma forma inteligente as ações de todos os utilizadores ligados a ela – produtores, consumidores e aqueles que são ambos – de forma a distribuir a energia elétrica de uma forma sustentável, económica e segura

• Uma rede inteligente utiliza produtos e serviços inovadores em conjunto com tecnologias inteligentes de monitorização, controlo e comunicação de forma a:– Facilitar a ligação e operação de geradores de todos os tamanhos e tecnologias– Permitir que os consumidores assumam um papel ativo na operação do sistema elétrico– Fornecer mais informação e permitir a escolha de fornecedor de energia elétrica aos

clientes– Reduzir de forma significativa o impacto ambiental da totalidade do sistema elétrico de

energia– Garantir níveis elevados de fiabilidade e segurança de abastecimento de energia elétrica


22

O Caminho para as Redes Inteligentes

• O desenvolvimento das redes inteligentes deve incluir não apenas tecnologia, considerações comerciais e de mercado, impacto ambiental, enquadramento regulatório, estandardização de produtos e procedimentos e tecnologias de informação mas também requisitos sociais e decretos governamentais


12-04-2023 23

• Atualmente, a contagem de energia em BT é realizada numa base mensal através de um procedimento caro e que envolve intervenção humana

• A extensão dos conceitos de mercado de energia para o consumidor de BT requer uma abordagem mais eficaz para medição em tempo-real envolvendo:– Tele-contagem– Estimativa dos perfis de consumo dos consumidores

Tele-Contagem – O Projeto InovGrid


12-04-2023 24

• Em complemento à possibilidade de tele-contagem, as principais vantagens da utilização de contadores inteligentes são:– Vai permitir a adoção de estratégias de gestão ativa de cargas– Vai permitir a poupança de energia através da utilização de

estratégias avançadas de gestão de consumos domésticos– Vai permitir uma detecção rápida de perturbações na rede

elétrica Melhoria na Qualidade de Serviço– Vai ajudar a gerir a micro-geração

Tele-Contagem – O Projeto InovGrid


Trilhar o caminho rumo às Redes Elétricas Inteligentes (Smart Grids)

12-04-2023 25

Arquitetura do Projeto InovGrid

SE AT/ MT (*)

WAN – Wide Area NetworkLAN – Local Area NetworkHAN – Home Area Network

PT

Local consumo

EB EBEB

DTC DTC

EB

LAN

Controlo local(sensores,

actuadores, …)

Dispositivos locais(sensores, actuadores,

contadores, domótica, …)

Interface utilizador

Interacção local

Consumidor /Produtor

Interacção remota

Central

PT PT

SUBT

Infra-estrutura eléctrica da Rede de Distribuição

Arquitectura Técnica de Referência InovGrid

WAN

LAN

HAN

PLC, GPRS, ZigBee, …

PLC, GPRS, ZigBee, …

GPRS, ADSL, …

SistemasOutros

(comerciais, técnicos)

WAN

DTC

Internet

Sistemas

Serviços Informação

SistemasControlo e

Operação da Rede

SistemasGestão

Contagem Energia

SI Agentes de Mercado

GPRS

GPRS

GPRS

SSC

PT

SSC SSC WAN

WAN


12-04-2023 26

Arquitetura do Projeto “InovGrid”

Distribution

Transformer

Control

Energy Box


27

Conclusões

• Uma integração eficiente em larga escala de recursos energéticos distribuídos requer o desenvolvimento de um conjunto de novas soluções técnicas e regras operacionais onde as tecnologias de informação e comunicação (ICT) desempenharão um papel fundamental:– É necessário um nível de gestão inteligente e central sobre o planeamento e a operação

do sistema (incluindo a possibilidade de reforço de infraestruturas de rede)– É essencial uma cooperação entre todos os agentes envolvidos (operadores de sistema,

mercados de energia e consumidores finais)– É fundamental definir novos requisitos técnicos para um funcionamento robusto e seguro

do sistema

• Benefícios para a sociedade (menos tangíveis, relacionados com as políticas energéticas):– Diversificação das fontes de energia primária / redução da dependência externa de energia– Redução das emissões de CO2

– Potenciais benefícios económicos (novas atividades económicas, aumento na criação de empregos, melhorias na coesão social e sustentabilidade ambiental)


Technology

Luís Seca - INESC