A inovação no setor elétrico

É amplamente conhecida a importância da energia elétrica em nossa sociedade: ela pode gerar luz, movimentar motores, fazer funcionar uma infinidade de eletrodomésticos e fornecer a força que as indústrias precisam para produzir.

Desde a II Revolução Industrial, em meados do séc. XIX, a humanidade tem utilizado a energia elétrica e o petróleo como forças motrizes para a maioria das máquinas que nos servem. Ao compará-las, a primeira tem como vantagem não devolver à natureza as moléculas de carbono sequestradas por milhões de anos de fossilização, e que provocam severos danos ambientais, dos quais o mais relevante é o efeito estufa.

Segundo a EPE (Empresa de Pesquisa Energética), entre 2011 e 2014, o mundo aumentou substancialmente o consumo de eletricidade, sendo a China responsável por 24,4% deste aumento, os EUA por 18,9 e o Brasil, que passava por forte recessão, por 2,6 (média de 0,65 ao ano). Já em 2017, o Brasil foi responsável por um aumento de 1,55%, segundo a ONS (Operador Nacional do Sistema Elétrico). E o que as empresas do setor elétrico têm feito para atender a esta crescente demanda?

A seguir, demonstraremos a importância das inovações tecnológicas e os fatores que fazem as causas deste processo, que ultrapassam a necessidade da crescente demanda. Um dado interessante, resultado do desenvolvimento de projetos de inovação, mostra que em 2016, o mundo teria consumido 12% a mais da energia no próprio ano (isto equivale ao consumo de uma Europa toda), se não fossem os diferentes projetos desenvolvidos por empresas que investiram em soluções para seus problemas de eficiência energética.

Inovação tecnológica no setor elétrico

Nos últimos anos, o setor elétrico tem realizado transformações tecnológicas em nível mundial. E essas transformações estão sendo impulsionadas por uma premissa: geração de eletricidade a partir de fontes renováveis e com maior eficiência energética. O objetivo é diminuir os efeitos nocivos ao meio ambiente, tais como a redução das emissões de carbono que causam o efeito estufa, e atender à demanda crescente de consumo. A necessidade de encontrar opções tecnológicas, tarefa nada trivial, tem direcionado as empresas no caminho a ser trilhado para o desenvolvimento das inovações.

Antes de falar das tendências tecnológicas do setor elétrico, vale mencionar as para geração de eletricidade: Hidráulica; Gás Natural; Petróleo; Carvão; Nuclear; Biomassa; Eólica; Solar; Geotérmica; Marítima (ou Ondomotriz); e Biogás. Diante da questão ambiental exposta acima, o foco para a pesquisa e o desenvolvimento de novas tecnologias estão voltadas para as fontes renováveis. A evolução tecnológica na produção de energia elétrica através das fontes renováveis já é perceptível nos dias atuais.

Entretanto, há grandes desafios tecnológicos para viabilizar novas rotas ou métodos para melhorar o desempenho técnico, principalmente no que se refere à eficiência e custos desta produção.

Tendências tecnológicas e desafios

Menor impacto ambiental, eficiência energética, redução de custos e aumento da demanda energética já representam aspectos importantes para motivar a pesquisa e desenvolvimento das inovações tecnológicas do setor energético. Aliado a esses fatores, é necessário considerar outro cenário em que vivemos: a era digital.

Um ambiente onde todos os sistemas estão interconectados e autônomos, faz com que a tecnologia evolua seguindo esta tendência. E como resultado, um novo modelo de negócio para o setor elétrico tem surgido, onde o consumidor passa a ter sua própria infraestrutura energética, podendo gerir seu consumo.

Na era digital, recursos como internet das coisas, big data, computação em nuvem e inteligência artificial proporcionam uma nova arquitetura de distribuição de energia elétrica. Esses recursos, integrado com as tecnologias desenvolvidas através das fontes renováveis configuram as tendências tecnológicas dos próximos anos.

Novas tecnologias para geração de energia a partir de fontes alternativas

1. Energia Eólica: pesquisas e estudos relacionados à energia eólica em alto mar, tem encontrado desafios como a localização mais distantes da costa, turbinas flutuantes e também a necessidade de interligar esse tipo de usina ao sistema de transmissão. Outra nova tecnologia está relacionada com a turbina eólica sem hélices que, diferente das turbinas tradicionais, apresenta menor risco para o ecossistema das aves e menos ruídos. Também tem sido foco de pesquisa o desenvolvimento e aplicação de novos materiais supercondutores, considerando a capacidade para canalizar eletricidade com zero resistência e muito pouca perda de energia.
2. Energia Solar: o desenvolvimento de painéis fotovoltaicos a partir de diferentes rotas, como os concentradores de radiação, buscam obter maior eficiência a esta fonte renovável. Entretanto, o aumento da eficiência ainda apresenta um desafio a ser superado.
3. Biomassa: diversas são as matérias orgânicas utilizadas para a pesquisa de tecnologias para a geração de energia. Algas, mandioca, babaçu, resíduos florestais e vegetais são alguns exemplos de matérias orgânicas foco de pesquisa em universidades, startups e empresas.
4. Geotérmica: as pesquisas de novas tecnologias visam a utilização da energia geotérmica de forma mais segura. A utilização de nanoestruturas tem se configurado como uma linha de pesquisa, que além da segurança pode aumentar em até 20 vezes a capacidade dos trocadores de calor.

Desafios desta fonte energética

• Nem todas as localidades apresentam condições favoráveis para instalações de usinas;
• Perfurações para obter os recursos hidrotérmicos podem, às vezes, deflagrar terremotos, principalmente no método de estimulação;
• Necessidade de criar tecnologias que possam explorar fontes quentes de baixa temperatura, às vezes abaixo de 100º C, já que são mais abundantes e mais próximas da superfície terrestre, o que reduz o risco de as perfurações interceptarem falhas profundas.

Soluções

Muitas tecnologias encontram-se em fase de pesquisa e desenvolvimento, com protótipos de pequena escala, e se refere às tecnologias disruptivas ao utilizar novos conceitos:

• Makani kites: asas aerodinâmicas presas a uma estação terrestre. Os ventos fazem girar os rotores enquanto as kites voam em loops;
• TYER Hummingbird: a turbina imita os movimentos das asas do beija-flor, gerando energia em seu movimento vertical para cima e para baixo;
• Torre eólica modular: o conceito básico é uma estrutura montada na forma de colunas e painéis premoldados, feitos com concreto de alta resistência;
• Drones que geram energia: as máquinas permanecem no ar como pipas para captar a energia das correntes de ar em altitudes elevadas. A força dos ventos empurra o drone para frente puxando um cabo ancorado para mover uma turbina de energia;
• Dióxido de carbono supercrítico: em vez de vapor, que atualmente é usado em turbinas, é possível utilizar dióxido de carbono supercrítico, que requer menos energia para movimentar motores e aumenta significativamente a conversão de energia térmica-elétrica, resultando em mais eletricidade para a mesma quantidade de calor.

Para muitas tecnologias de fontes alternativas, desenvolver modelos para integração no Sistema Interligado Nacional (SIN) é um desafio a ser superado. Outro desafio comum a estas novas tecnologias encontra-se no alto custo, o que dificulta a inserção competitiva no mercado.

Entretanto, os avanços científicos e tecnológicos vêm para superar este fator, desenvolvendo tecnologias cada vez mais viáveis economicamente.

Sistemas

A seguir, alguns exemplos de tecnologias para os Sistemas de Energia Elétrica:

1. Smart grids: as redes elétricas inteligentes combinam os sistemas de transmissão e distribuição de energia com os recursos da Tecnologia da Informação. Dotados desses novos aparatos e automatismos, esses sistemas ganham eficiência, reduzem o desperdício de energia e possibilitam ao consumidor acompanhar (e programar) o quanto é gasto de eletricidade. O desafio está relacionado com a implementação das novas tecnologias nos sistemas de energia.
2. Geração Distribuída: geração elétrica realizada próxima do(s) consumidor(es) independente da potência, tecnologia e fonte de energia. Tecnologia de dados Blockchain é uma tendência tecnológica que permite a microgeração de energia e possibilita transações descentralizadas de compra e venda de energia elétrica (novo modelo de negócios do setor). Por ser um modelo disruptivo, o Blockchain precisa de mais pesquisas, principalmente em relação a massificação da Geração Distribuída para viabilização e à definição regulatória e comercial.
3. Transmissão de energia elétrica sem fio: a energia elétrica sem fio já existe em pequenas escalas, mas em escalas maiores poderia permitir novas aplicações para robôs e outros dispositivos móveis, eliminando a necessidade de substituir as baterias e fios.
4. Robôs, câmeras especiais e equipamentos termográficos estão sendo pesquisados para compor novos Sistemas para o Monitoramento e Diagnóstico de Falhas de Ativos de Subestações, aumentando a segurança e evitando falhas no fornecimento de energia.
5. Novos materiais, componentes, supercondutores e tecnologias de otimização da transmissão também se configuram como tendências tecnológicas para os sistemas elétricos.

Na era digital, as tecnologias disponíveis proporcionam a integração e controle dos processos através de sensores e equipamentos conectados em rede. No setor elétrico, ferramentas analíticas, big data e inteligência artificial tem sido utilizado para a tomada de decisão no planejamento e na operação de sistemas energéticos, operação e análise dinâmica dos sistemas em tempo real e para a melhoria de tecnologias de uso final de energia.

Como obter apoio financeiros para as atividades de inovação?

Todas essas tecnologias mostram a importância da pesquisa e desenvolvimento das inovações no setor elétrico.

Entretanto, para desenvolver e implementar novas tecnologias, as empresas se deparam com um desafio: obter recursos financeiros. Para auxiliar as empresas nesta questão, a ABGI possui expertise na gestão estratégica dos recursos financeiros e processos para inovação de seus clientes. Como dica, algumas ações são essenciais para superar este desafio:

• Formar parcerias para o desenvolvimento das inovações. Praticar a inovação aberta, contando com parceiros, como startups e centros de pesquisa, para acelerar a etapa de desenvolvimento e implementação de novas tecnologias;
• Utilizar das fontes de fomento do governo disponíveis para acelerar o desenvolvimento de projetos ou linhas de pesquisa da empresa. O mapa abaixo, elaborado pela equipe da ABGI, consolida as modalidades de apoio que as empresas inovadoras podem obter: