Rede inteligente: o que é, como funciona e por que é o futuro da energia

A rede inteligente representa uma evolução em relação às redes elétricas tradicionais, que não são mais adequadas para lidar com os desafios impostos pela transição energética e pela crescente difusão de fontes renováveis. As infraestruturas tradicionais, de fato, foram projetadas para fluxos de energia unidirecionais e geração centralizada. As redes inteligentes, por outro lado, graças às tecnologias avançadas de monitoramento, comunicação e automação, desempenham um papel estratégico na integração de energia solar, eólica e outras fontes de energia limpa, permitindo uma gestão mais eficiente, flexível e resiliente do sistema elétrico.

Uma rede inteligente é uma rede elétrica avançada equipada com tecnologias digitais que permitem coletar, analisar e responder em tempo real a dados de várias partes interessadas, como produtores, distribuidores e consumidores.

Segundo a ARERA, uma rede inteligente é uma rede capaz de integrar eficientemente as ações de todos os usuários conectados ao sistema elétrico. A Comissão Europeia, como parte de suas políticas de transição energética, definiu redes inteligentes como " redes de energia capazes de monitorar automaticamente os fluxos de energia e se adaptar adequadamente às mudanças na oferta e na demanda de energia".

Ao contrário da rede elétrica tradicional, que se baseia em uma lógica centralizada e fluxos unidirecionais, a rede inteligente introduz um modelo de troca bidirecional de energia e informação. Nas redes tradicionais, a energia é gerada por grandes usinas e transmitida ao consumidor final, sem feedback em tempo real. Em contraste, nas redes inteligentes, os fluxos de energia também podem se originar dos próprios usuários, que se tornam produtores-consumidores, conhecidos como prosumidores, alimentando a rede com energia, por exemplo, por meio de sistemas fotovoltaicos residenciais.

Outro grande diferencial é a digitalização, que permite à rede monitorar fluxos em tempo real , automatizar respostas a falhas e variações de carga e otimizar o equilíbrio entre oferta e demanda . A infraestrutura inteligente também conta com sistemas de comunicação automatizados que permitem a troca contínua de dados entre os dispositivos da rede, melhorando a eficiência operacional geral.

A operação da rede inteligente é baseada em uma série de componentes tecnológicos integrados que trabalham para garantir uma operação eficiente, segura e resiliente da rede elétrica:

• Medidores inteligentes permitem medições detalhadas e em tempo real do consumo de energia, possibilitando comunicação contínua entre usuário e fornecedor.
• Sensores distribuídos pela rede detectam parâmetros como tensão, corrente e qualidade de serviço, permitindo a identificação imediata de anomalias.
• Os dispositivos IoT , aplicados a nível residencial ou industrial, permitem a automatização da gestão de cargas elétricas.
• Plataformas de TIC e sistemas de nuvem centralizam e analisam grandes quantidades de dados, dando suporte a decisões operacionais baseadas em algoritmos de inteligência artificial e modelos preditivos.

Uma das características distintivas da rede inteligente é sua capacidade de gerenciar fluxos bidirecionais de energia e informações. Ao contrário do modelo tradicional, em que a energia flui apenas do produtor para o consumidor, na rede inteligente, como já vimos, os usuários também podem gerar energia por meio de sistemas fotovoltaicos ou eólicos e injetá-la na rede. Ao mesmo tempo, os dados também trafegam em ambas as direções: do medidor inteligente para o fornecedor, para fornecer informações de consumo, e vice-versa, para receber instruções ou tarifas dinâmicas.

Essa troca contínua de dados possibilita serviços avançados, como a resposta à demanda , onde, por exemplo, uma empresa pode reduzir temporariamente seu consumo em resposta a um sinal da rede e receber um incentivo financeiro. Da mesma forma, um cidadão equipado com painéis solares e um sistema de armazenamento pode gerenciar o autoconsumo e vender o excedente de energia nos horários de pico, contribuindo para o equilíbrio do sistema e obtendo um retorno financeiro.

As redes inteligentes melhoram a eficiência energética geral do sistema graças à sua capacidade de otimizar a distribuição de energia com base na demanda real. O monitoramento em tempo real permite uma intervenção rápida em caso de sobrecargas, desperdícios ou vazamentos, reduzindo o consumo desnecessário.

Um dos principais benefícios das redes inteligentes é a redução significativa das perdas de energia ao longo das linhas de transmissão e distribuição . Graças à rede inteligente, é possível identificar áreas com anomalias, dispersões ou quedas de tensão em tempo real e intervir prontamente para restaurar o funcionamento adequado. Essa rápida capacidade de resposta minimiza ineficiências e garante um fornecimento mais estável e eficiente, contribuindo também para a sustentabilidade ambiental do sistema.

A rede inteligente facilita a integração de energias renováveis, como solar e eólica, graças à sua capacidade de gerenciar fluxos variáveis e descentralizados . Ao contrário da rede tradicional, que tem dificuldade em coordenar fontes intermitentes, a rede inteligente utiliza sensores e algoritmos preditivos para equilibrar a oferta e a demanda de energia em tempo real . Isso permite a rápida absorção do excesso de produção ou a compensação de eventuais quedas, reduzindo o risco de sobrecargas ou apagões. Além disso, a rede inteligente permite a conexão de usinas distribuídas, mesmo pequenas, tornando a autoprodução e o autoconsumo eficientes.

A rede inteligente garante maior confiabilidade do serviço elétrico graças à sua capacidade de detectar falhas automaticamente, isolar trechos danificados e restabelecer o serviço rapidamente . Isso se traduz em qualidade de serviço superior, especialmente crucial para atividades econômicas críticas e infraestrutura pública.

O sistema de medição inteligente permite o acompanhamento contínuo e preciso do consumo de energia, oferecendo aos usuários maior conscientização e controle sobre seu comportamento e permitindo que a operadora de rede habilite modelos dinâmicos de gestão e precificação.

Programas de resposta à demanda também estão sendo desenvolvidos, nos quais usuários residenciais ou industriais ajustam voluntariamente seu consumo de energia com base no preço ou nos sinais de carga , obtendo benefícios econômicos e contribuindo para a estabilidade do sistema. Um exemplo concreto é o projeto piloto UVAM (Unidades Virtuais Habilitadas para Participar do Mercado), coordenado pela Terna, que agrega a flexibilidade de diferentes usuários para participar do mercado de serviços de despacho.

Sistemas de armazenamento , como baterias de lítio, desempenham um papel estratégico em redes inteligentes, pois permitem que a energia produzida a partir de fontes renováveis seja armazenada e utilizada em períodos de maior demanda ou menor geração . Isso ajuda a estabilizar a rede, reduzir a dependência de combustíveis fósseis e tornar o sistema mais resiliente.

A inteligência artificial e a análise de big data permitem o processamento de enormes quantidades de informações coletadas de dispositivos conectados à rede . Por meio de algoritmos preditivos e sistemas de aprendizado de máquina, a rede pode antecipar picos de demanda, otimizar a distribuição de energia e automatizar operações de balanceamento. O uso da IA, portanto, permite uma gestão proativa e inteligente, contribuindo para um sistema mais eficiente e sustentável.

No nível europeu, as redes inteligentes são apoiadas por uma série de regulamentações estratégicas, incluindo a diretiva RED II e o Pacote de Energia Limpa.

A Diretiva Energias Renováveis II, conhecida como RED II, promove o desenvolvimento de tecnologias limpas e a descarbonização progressiva do setor energético, impondo aos Estados-Membros a meta de atingir pelo menos 32% de energia produzida a partir de fontes renováveis até 2030. O Pacote de Energias Limpas, por outro lado, constitui um conjunto de medidas legislativas que visam tornar o mercado energético europeu mais sustentável, eficiente e integrado , através de regulamentações que regulam as energias renováveis, a eficiência energética, a governação energética e o mercado da eletricidade.

Essas regulamentações são essenciais para atingir as metas da UE de reduzir as emissões em 55% até 2030 e alcançar a neutralidade climática até 2050.

A Itália implementou essas diretivas europeias e as traduziu em planos e estratégias nacionais significativos , que formam a base das políticas energéticas e climáticas do país. Especificamente, o Plano Nacional Integrado de Energia e Clima ( PNIEC ) define precisamente os objetivos da Itália para reduzir as emissões, aumentar a eficiência energética e aumentar a participação de energia produzida a partir de fontes renováveis até 2030. Ao mesmo tempo, o Plano Nacional de Recuperação e Resiliência ( PNRR ) representa um programa de investimento estratégico para a recuperação econômica pós-pandemia , com atenção especial à transição ecológica e digital. Em particular, o PNRR aloca recursos significativos para projetos que envolvem a eficiência energética de edifícios, mobilidade sustentável e o desenvolvimento de infraestrutura verde.

Também são de fundamental importância a Entidade Reguladora de Energia, Redes e Ambiente ( ARERA ) , que desempenha um papel fundamental na regulação dos mercados de energia, gás e água, com o objetivo de garantir a transparência, a eficiência e a proteção dos consumidores, e a Agência Nacional para as Novas Tecnologias, Energia e Desenvolvimento Económico Sustentável ( ENEA ) , que apoia o governo e as instituições com investigação, consultoria e promoção de soluções inovadoras , desempenhando um papel fundamental no apoio técnico e científico às políticas energéticas nacionais.

Um exemplo significativo de rede inteligente urbana na Itália é o projeto CityZen , implementado na cidade de Milão. Este projeto piloto visa integrar fontes renováveis, sistemas de armazenamento de energia e tecnologias digitais para otimizar a gestão da rede elétrica da cidade . Através do uso de sensores inteligentes e sistemas de controle avançados, o CityZen permite o monitoramento em tempo real do consumo e da produção de energia, melhorando a eficiência energética e reduzindo o desperdício . A iniciativa também envolve cidadãos e empresas, promovendo maior conscientização sobre o uso de energia e incentivando comportamentos sustentáveis.

O projeto demonstra como tecnologias inteligentes podem ser aplicadas com sucesso mesmo em contextos urbanos complexos, contribuindo para a redução de emissões e a melhoria da eficiência energética local . A rede inteligente de Milão representa, portanto, um modelo que pode ser replicado em outras cidades italianas.

Em nível nacional, a Enel e a Terna estão desenvolvendo diversos projetos para a implementação de redes inteligentes, com o objetivo de modernizar o sistema energético italiano. A Enel, por meio de sua divisão Enel X, iniciou a digitalização da rede de distribuição em diversas áreas do país, incluindo áreas rurais e ilhas , onde as redes inteligentes representam uma solução ideal para garantir a continuidade e a sustentabilidade do serviço.

Por sua vez, a Terna , operadora nacional da rede de transmissão, investe constantemente na modernização de sua infraestrutura de alta tensão para garantir maior flexibilidade, segurança e integração de fontes renováveis . Especificamente, por meio da adoção de tecnologias digitais e sistemas de automação, a Terna otimiza a gestão dos fluxos de energia, facilitando a interconexão entre diferentes áreas do país e garantindo a estabilidade da rede mesmo em situações de demanda variável.

A implementação de redes inteligentes exige investimentos significativos, que representam uma das principais barreiras à sua implantação em larga escala. Os altos custos de infraestrutura decorrem da necessidade de instalar tecnologias avançadas, como sensores inteligentes, medidores digitais, sistemas de comunicação e plataformas de software para gerenciamento de dados em tempo real. Além disso, a modernização das redes existentes exige intervenções complexas e dispendiosas , especialmente em áreas rurais ou com infraestrutura obsoleta. Esses fatores muitas vezes dificultam que as autoridades locais e as operadoras de energia gerem as despesas necessárias sem incentivos ou apoio financeiro adequados , retardando assim o processo de modernização da rede.

Redes inteligentes exigem a coleta e o processamento de grandes volumes de dados relacionados ao consumo de energia dos usuários, criando riscos potenciais à privacidade e à segurança da informação. O gerenciamento desses dados sensíveis exige medidas rigorosas para prevenir acessos não autorizados, ataques cibernéticos e uso indevido. Regulamentações europeias, como o GDPR, impõem altos padrões de proteção de dados pessoais, mas a complexidade das infraestruturas digitais e a multiplicidade de partes interessadas envolvidas dificultam a garantia de segurança completa.

Por fim, outro desafio para as redes inteligentes é a interoperabilidade entre diferentes dispositivos e tecnologias, frequentemente desenvolvidos por diferentes fornecedores e baseados em padrões não uniformes. Essa falta de compatibilidade pode complicar a integração de novos sistemas à rede existente, limitando a eficácia das soluções inteligentes e retardando a adoção de inovações. Para superar essa limitação, é necessário promover o desenvolvimento e a adoção de padrões comuns e protocolos abertos que facilitem a comunicação e a cooperação entre os diferentes componentes da rede.

Como já vimos , as redes inteligentes transformam os cidadãos de consumidores passivos em participantes ativos do sistema energético. Graças às tecnologias digitais e aos sistemas de monitoramento em tempo real, os usuários podem não apenas controlar seu próprio consumo, mas também participar da gestão da demanda de energia, adaptando o uso de energia com base na disponibilidade e nos custos . Além disso, a capacidade de interagir diretamente com a rede abre caminho para novos serviços e modelos de negócios, como a venda de energia excedente ou a participação em programas de flexibilidade energética.

O conceito de "prosumidor" resume o papel emergente dos usuários que são simultaneamente produtores e consumidores de energia. As tecnologias de redes inteligentes permitem o autoconsumo, permitindo que os cidadãos gerem e utilizem diretamente a energia produzida sem depender inteiramente da rede. O autoconsumo reduz os custos de energia, melhora a eficiência e reduz as emissões, tornando os consumidores mais autônomos e responsáveis. Além disso, quando a produção excede o consumo, os prosumidores podem injetar o excesso de energia na rede, contribuindo assim para sua estabilidade e sustentabilidade gerais.

Este modelo fortalece a independência energética e contribui para a criação de comunidades energéticas locais.

Microrredes são redes elétricas locais capazes de operar tanto em conjunto com a rede principal quanto de forma autônoma. Essa característica as torna particularmente adequadas para garantir resiliência local , ou seja, a capacidade de manter o fornecimento de energia mesmo em caso de falhas ou apagões na rede principal. Uma microrrede é, portanto, ideal para atender um bairro, um campus universitário, um hospital ou uma pequena comunidade, utilizando principalmente fontes renováveis e tecnologias digitais.

No entanto, as microrredes não são alternativas às redes inteligentes, mas sim uma extensão complementar . Quando integradas a uma rede inteligente maior, elas ajudam a fortalecer a flexibilidade e a estabilidade de todo o sistema elétrico . Em particular, as microrredes são particularmente eficazes em áreas rurais, ilhas menores ou regiões montanhosas , onde a rede central é fraca ou inexistente. Na Itália, exemplos concretos podem ser encontrados em projetos para ilhas menores (como Ventotene ou Favignana) ou em sistemas de energia para comunidades montanhosas autossuficientes.

O futuro das redes inteligentes será cada vez mais orientado para a automação e a gestão em tempo real, apoiadas por inteligência artificial . Tecnologias de inteligência artificial, aprendizado de máquina e análise preditiva permitirão uma gestão da rede cada vez mais autônoma, capaz de se adaptar em tempo real às condições de operação. Essa evolução tornará a rede não apenas mais eficiente e responsiva, mas também capaz de autogestão , adaptando-se dinamicamente às mudanças nas condições de consumo, produção e preço de energia.

As redes inteligentes serão cada vez mais um elemento-chave das cidades inteligentes, onde a integração de redes elétricas, sistemas de mobilidade e infraestrutura digital otimizará o consumo de energia urbana . Em particular, as redes inteligentes desempenharão um papel central na mobilidade elétrica , garantindo o fornecimento e o balanceamento da infraestrutura de carregamento de veículos elétricos. O gerenciamento inteligente de carga, baseado em algoritmos preditivos, evitará congestionamentos e sobrecargas, otimizando os fluxos com base em horários e necessidades urbanas . Além disso, as baterias de veículos também podem ser usadas como sistemas de armazenamento distribuído (veículo para a rede), contribuindo para a estabilidade geral da rede.

Por fim, as redes inteligentes são cruciais para a transição para um sistema energético descarbonizado. Ao facilitar a integração de energias renováveis, melhorar a eficiência e promover a autonomia dos usuários, essas redes contribuem significativamente para o alcance das metas climáticas e ambientais estabelecidas em nível nacional e europeu.

O seu papel será, portanto, cada vez mais central na transição de um modelo baseado em combustíveis fósseis para um modelo baseado em fontes renováveis, eficiência energética e digitalização, o que os torna essenciais para alcançar as metas climáticas da União Europeia para 2030 e 2050.