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PROJETO Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica APRESENTAÇÃO | AGOSTO 2017 Ceres Cavalcanti, D.Sc. Assessora Sênior em Energia e Estudos de futuro Coordenadora do projeto Prospecção Tecnológica no setor de energia elétrica Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Organização social supervisionada pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações 2 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Cenarização Setorial - premissas básicas Políticas Energéticas: Segurança energética Modicidade tarifária Sustentabilidade Demanda: Capacidade instalada prevista para 2050 em torno de 400 GW Modernização: Diversificação Sistema mais inteligentes, robustos, seguros e concentrados 3 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Participantes 4 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Comitê Estratégico 5 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Governança do projeto COMITÊ TÉCNICO GESTOR (CTG-EMPRESAS) CGEE COMITÊ ESTRATÉGICO COMITÊ CONSULTIVO ANEEL 6 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Etapas do projeto Ferramentas ou métodos: Revisões bibligráficas Calculadora de TRL Pesquisa Estruturada Painéis de especialistas Matriz de análise Análises de redes (insight net) Mineração de dados 7 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Diagnóstico 8 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Diagnóstico 9 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica 181 Temáticas 456 rotas 2.767 linhas de PD&I DIAGNÓSTICO MAPA DO CONHECIMENTO 10 48 Macrotemáticas Geração e Armazenamento Transmissão Distribuição Eficiência Energética Assuntos Sistêmicos Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO MAPA DO CONHECIMENTO 11 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Geração e Armazenamento Medição Avançada Automação da Rede Eficiência Energética Sistemas de Iluminação Eficientes Edificações Eficientes Assuntos Sistêmicos Planejamento de CT&I Modelos Econômicos e de Mercado Distribuição Transmissão Energia Eólica Energia Solar Fotovoltaica Energia Solar Heliotérmica Energia dos Oceanos Termoeletricidade Renovável e Não Renovável Hidrogênio e Célula a Combustível Geração Hidroelétrica Energia Nuclear Armazenamento de Energia Soluções Apropriadas de Geração de Eletricidade em Regiões Remotas Sistemas de Transmissão em Corrente Alternada (CA) Sistemas de Transmissão em Corrente Contínua (CC) Sistemas de Transmissão por Cabos Isolados Sistemas Flexíveis de Transmissão em Corrente Alternada (FACTS) Supercondutores Estruturas, Condutores e Isoladores Equipamentos de Alta Tensão e Subestações Operação e Manutenção dos Sistemas de Transmissão Proteção, Automação e Controle do Sistema de Transmissão Redes Elétricas Inteligentes no Sistema Interligado Nacional Compartilhamento de Serviços no Contexto das Cidades Inteligentes Segurança Cibernética Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC) Operação e Manutenção Subestações e Equipamentos Infraestrutura de Proteção, Automação e Controle da Distribuição Mobilidade Elétrica Geração Distribuída e Microrredes Redes de Distribuição Aéreas e Subterrâneas Qualidade da Energia Elétrica Indústria Saneamento Demanda por Energia Elétrica Modelos de Planejamento da Operação Modelos de Planejamento da Expansão Modelos Institucionais Regulação Sistemas de Informação e Estatística Análise dos Impactos das Tecnologias Modelos de Avaliação de Políticas Públicas Normalização, Regulamentação e Avaliação de Conformidade Tecnologia para Capacitação de Recursos Humanos DIAGNÓSTICO MAPA DO CONHECIMENTO GERAÇÃO: ARMAZENAMENTO EMT= Estágio de Maturidade Tecnológica. A (alto); M (médio); B (baixo). Prio. = Priorização. 1 = prio. máx. Etapa: S (sistema); P (planejamento); I (implantação); O (operação); M (manutenção); D (descarte) 12 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Diagnóstico 13 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Diagnóstico 14 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO INDICADORES RH 15 RH do SE e pesquisadores participantes dos projetos P&D Aneel Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO INDICADORES RH 16 RH do grupo de Geração e profissionais da área de Eólica Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO INDICADORES INFRAESTRUTURA DE CT&I 17 Quantidade de laboratórios e pesquisadores (mestres e doutores) Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Similaridade semântica Cluster 1 – Uso de combustíveis fósseis em Células a Combustível (CaC) Cluster 2 – Uso de combustíveis renováveis em CaC Cluster 4 – Hidrogênio/CaC na rede Cluster 3 – Hidrogênio/CaC e eficiência energética Cluster 6 Hidrogênio e meio ambiente Figura 2: Coautoria DIAGNÓSTICO INDICADORES REDES COLABORATIVAS 18 Cluster 5 Materiais de constituição das Cac Coautoria Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO INDICADORES PRODUÇÃO DE CT&I: ARTIGOS 19 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO INDICADORES PRODUÇÃO DE CT&I: PROJETOS P&D Projetos do programa P&D Aneel: identifica as áreas que receberam recursos do programa e sua evolução 20 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica DIAGNÓSTICO INDICADORES Patentes: identifica áreas com inovação e interesse de proteção de mercado PRODUÇÃO CT&I: PATENTES 21 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Diagnóstico 22 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Diagnóstico 23 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica PONTOS FORTES PONTOS FRACOS DESAFIOS OPORTUNIDADES ETAPA 1: DIAGNÓSTICO GERAÇÃO: ARMAZENAMENTO MATRIZ DE ANÁLISE 24 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Pouca produção científica no contexto nacional Déficit de um corpo técnico especializado Mitigar a intermitência de fontes renováveis Eleva a segurança no suprimento de energia elétrica Aplicável à GD, sistemas isolados e no SIN Percentual alto das patentes nacional no setor Tendência de crescimento de produção de CTI Regulação Competência nacional infraestrutura física de CT&I Estrutura de fomento à CT&I Cadeia produtiva Desenvolvimento de projetos inovadores nacionais; Criação de uma cadeia produtiva nacional de potencial mercado internacional. Formação de grupos nacionais de pesquisa Ampliação do mercado de trabalho O estudo indica que: Mais de 75% das linhas de PD&I prospectadas podem ser desenvolvidas em laboratórios nacionais 660 programas de pós graduação em mais de 160 instituições de ensino realizam atividades de ensino e pesquisa para o setor elétrico 25% dos recursos disponibilizados pelo FNDCT foram direcionados para as áreas de eólica, fotovoltaica e termoeletricidade 25 Mais de 6.000 artigos classificados dos eventos nacionais como o CITENEL, SENDI, SEPOPE e SNPTEE Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica O estudo indica que: Mais de 80% das tecnologias resultantes da PD&I apresentarão baixo impacto negativo ou nenhum impacto sobre o meio ambiente Expectativa de aumento moderado dos postos de trabalhos Expectativa de maior capacitação profissional com maior remuneração Brasil possui Pesquisadores nas 48 macrotemáticas em todas as regiões brasileiras, mas apresenta maior concentração no Sudeste Baixa interação entre os pesquisadores, resultando em redes colaborativas não significativas Produção inovativa insipiente comparada aos Estados Unidos, Japão, Índia, dentre outros países. Haverá elevada demanda de mercado nacional das tecnologias abrangentes ao setor 26 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia ElétricaEtapas do projeto 27 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica CONTRUÇÃO DO FUTURO VISÃO DE FUTURO 28 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Armazenamento entrará de forma intensa entre 2025 e 2030 e mais constante após este período Cenário setorial Soluções nacionais de grande porte, capazes de mitigar a intermitência; Mitigar a intermitencia de GD; Viabilizar soluções de microredes Objetivo geral CP: Gestão e controle; simulação; priorização MP: Logistica;integração e componentes LP: sistemas completos e novas alternativas Objetivo específico CONTRUÇÃO DO FUTURO CICLO DE DEBATES VISÃO DE FUTURO ARMAZENAMENTO 29 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica FUTURO DESEJADO CONTRUÇÃO DO FUTURO CICLO DE DEBATES 30 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Visão de futuro Mapa do conhecimento Evolução da maturidade tecnológica das rotas Priorização Aumento da GD Cadeia de CT&I e cadeia produtiva Demanda por sistemas de armazenamento - Tecnologias de O&M - Protótipo em escala operacional desenvolvido Métodos para o desenvolvimento contínuo com foco na tecnologia e na manufatura CONTRUÇÃO DO FUTURO CICLO DE DEBATES EVOLUÇÃO DA MATURIDADE TECNOLÓGICA Armazenamento Elétrico 31 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica SAE ELÉTRICO - supercapacitores Pesquisa CGEE 2015.0 2016.0 2020.0 2025.0 2030.0 2040.0 2050.0 1.0 3.0 5.0 8.0 9.0 Média - Painel de Especialistas* 2015.0 2016.0 2020.0 2025.0 2030.0 2040.0 2050.0 1.0 2.75 4.0 7.25 8.5 9.0 Estágio de Maturidade Tecnológica Macrotemática Rotas Priorizadas 2017 2020 2025 2030 2040 2050 Armazenamento de energia Sistema de gerenciamento de baterias (Battery Management System - BMS) BAIXO MÉDIO ALTO Baterias MÉDIO ALTO Energia solar fotovoltaica Balance-of-System - BoS MÉDIO ALTO Estudo do recurso solar MÉDIO ALTO Geração Trajetórias 32 Transmissão Macrotemática Rotas Priorizadas 2017 2020 2025 2030 2040 2050 Sistemas de Transmissão em Corrente Contínua (CC) Eletrodos para sistema de transmissão em CC MÉDIO ALTO Transmissão em Corrente Contínua (CC) – Elo de Corrente Contínua MÉDIO ALTO Operação e Manutenção dos Sistemas de Transmissão Operação do sistema em tempo real BAIXO MÉDIO ALTO Monitoramento do sistema de transmissão BAIXO MÉDIO ALTO Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica 33 Macrotemática Rotas Priorizadas 2017 2020 2025 2030 2040 2050 Geração Distribuída e Microrredes Identificação dos impactos técnicos e externalidades associadas ao aumento da penetração da geração distribuída BAIXO MÉDIO ALTO Desenvolvimento de ferramentas de análise de rede e modelagem de geradores distribuídos BAIXO MÉDIO ALTO Tecnologia da Informação e Comunicação Infraestrutura de telecomunicações compatíveis com os requisitos dos serviços prestados pelas empresas do setor elétrico ALTO Definição de requisitos e procedimentos de migração da rede legada para a rede de pacotes (IP) BAIXO ALTO Distribuição Eficiência Energética Macrotemática Rotas Priorizadas 2017 2020 2025 2030 2040 2050 Indústria Indicadores e benchmark BAIXO MÉDIO ALTO Padrões, normas e regulamentos BAIXO MÉDIO ALTO Edificações Eficientes Metodologia para otimização de bases de dados BAIXO MÉDIO ALTO Caracterização de materiais BAIXO MÉDIO ALTO Trajetórias Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica 34 Assuntos Sistêmicos Macrotemática Rotas Priorizadas 2017 2020 2025 2030 2040 2050 Modelos de Planejamento da Operação Modelos de previsão (informações básicas para os modelos) no contexto do pré-despacho BAIXO ALTO Estudos Elétricos no contexto do pré-despacho BAIXO MÉDIO ALTO Regulação Coordenação e confiabilidade do sistema elétrico brasileiro no contexto de transporte e armazenagem BAIXO MÉDIO ALTO Coordenação e confiabilidade do sistema elétrico brasileiro no contexto do mercado atacadista BAIXO MÉDIO ALTO Trajetórias Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Resumo Distribuição 35 Porcentagem Acumulada das Rotas com Grau de Maturidade “Alto” das Macrotemáticas do GT de Distribuição Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Etapas do projeto 36 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Resumo 37 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Estado Atual Caminhos possíveis Futuro desejado Indicadores (patentes, publicações, laboratórios, investimentos, interesse das empresas, …) Mapa do conhecimento (linhas de PD&I) Cenário Setorial Geral do planejamento Objetivo do PD&I na macrotemática Objetivos específicos Plano/Agenda Velocidade de evolução do PD&I Ações Instrumentos Ordem Governança Instrumentos de CT&I Mapeamento de instrumentos de CT&I disponíveis ao setor elétrico por etapas da cadeia de inovação 38 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica 39 Ações: Eficiência Energética Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Curto Prazo Pesquisa: Dados, Critérios e parâmetros Pesquisa: comportamento; pilotos Pesquisa: oportunidades; sistemas completos; integração Grupos de Trabalho e Gerar competências Capacitar atores e Difusão Incentivo a demanda de sistemas mais robustos e completos Médio prazo Longo prazo . Pilotos e Estimular demanda para certificações Criar projetos nas áreas priorizadas de LP 40 Plano estratégico Estimulo a produção de CT&I Estímulo a demanda Pesquisa Cursos Intercâmbios Compras Públicas Premiações Embrapii BNDES CNI/SENAI MME MDIC Universidades Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Ações Redes colaborativas GT Atividades Plataformas Aporte a pesquisa e eventos Atores Programa P&D ANEEL Projetos demonstrativos Competências Editais Política Fiscal Laboratórios MCTIC Finep Faps CAPES CNPq 41 Assuntos Sistêmicos Eficiência Energética Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Térmica Solar e Eólica Geração e Armazenamento O&M PAC Transmissão Qualidade Automação Distribuição Planejamento Demanda Indústria Edificações Etapas do projeto 42 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Resultados relativamente conservadores Curto e médio prazo: foco em modelos e tecnologias de baixo risco, mas com certo grau de desenvolvimento; Longo prazo: foco em questões inovativas e aperfeiçoamentos Brasil possui competência em vários recursos de CT&I Identificação de áreas com oportunidades de inovação Necessidade de continuidade das escolhas estratégicas Considerações finais 43 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica ETAPA 4: CONSOLIDAÇÃO PRODUTO 9 SITE 44 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Desenvolvimento do site – Prospecção em Energia 45 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica Obrigada! www.cgee.org.br ceres.cavalcanti@cgee.org.br Skype: cereszbc Linkedin: ceres-z-barbosa-cavalcanti-a2747b24 Diretor: Gerson Gomes Coordenação: Ceres Cavalcanti Equipe Administrativa: Simone Andrade Marcia Tupinambá Marciano Morozoski* Matheus Dias Nayara Neiva Paula Goldenberg Ricardo Lima Sidnei Martini* Sérgio Frontin* *(externo) Equipe Técnica: Allan Parente Alanna Alencar Alexandre Azevedo Claudio Roth Daniel Haubert Henrique Rabelo Júlia Ramos Leonardo Silva 46 Prospecção Tecnológica no Setor de Energia Elétrica image3.png image4.png image2.png image5.png image13.emf image14.emf image15.emf image16.emf image6.emf image7.emf image8.emf image9.emf image10.emf image11.emf image12.emf image25.png image26.emf image27.emf image28.emf image17.png image18.png image19.png image20.png image21.png image22.png image23.png image24.png image29.png image30.emf image31.emf image32.emf image33.emf image34.pngimage35.png image36.png image37.png image38.png image39.png image40.png image41.png image42.png image43.png image1.png image44.png image45.png image46.png image47.emf image48.emf image49.emf image50.emf image51.emf image52.emf TEMÁTICAROTA TECNOLÓGICATRLPRIO.LINHAS DE PD&IETAPA Desenvolvimento de algoritmos adaptativos e parametrizáveis. S Desenvolvimento de algoritmos de BMS adequados ao interfaceamento com sistemas supervisão e controle da operação de sistemas de potência. S Desenvolvimento de hardwares com elevada confiabilidade operativa. S Estudos sobre supercapacitores: desenvolvimento de materiais e nanomateriais. S Desenvolvimento de sistema de gerenciamento de supercapacitores : o P&D se relaciona a caracterização dos limites operativo e de segurança e ao desenvolvimento de software adequado à operação. O Desenvolvimento de sistemas de Logística Reversa (aplicação de materiais de baixo impacto ambiental). S Estudo dos sistemas de operação para a especificação do SAE e de suas condições e restrições operativas e de segurança. O Desenvolvimento e aplicação de materiais com características supercondutivas e desenvolvimento de materiais supercondutores à temperatura ambiente. S Desenvolvimento de sistema de gerenciamento de supermagnetos: o P&D se relaciona a caracterização dos limites operativo e de segurança e ao desenvolvimento de software adequado à operação. O Estudo dos sistemas de operação para a especificação do SAE e de suas condições e restrições operativas e de segurança. O Desenvolvimento de sistemas de Logística Reversa (aplicação de materiais de baixo impacto ambiental). D Desenvolvimeto de baterias de alta densidade de energia, com elevadas taxas de carga (carregamento rápido) e desgarga (capacidade de atender a elevados picos de demanda), e longa vida útil (capaz de realizar milhares de ciclos de carga e descarga) com baixa perda de capacidade ao longo da vida útil. Uso de materiais inertes ou de baixa agressividade ao meio ambiente. S Desenvolvimento de baterias de alto desempenho para aplicações estacionárias com ciclos diários de carga e descarga. S Desenvolvimento de materiais de baterias de fluxo com o objetivo de mitigar o custo de manutenção e as perdas de energia devido a auto-descarga nos reagentes líquidos utilizados. S Desenvolvimento de processos industriais de fabricação de baterias a chumbo-ácido, capazes de aumentar sua densidade de energia e durabilidade. P Estudos sobre como as oportunidades de desenvolvimento das baterias de íons de lítio relacionam-se à produção da indústria. P Desenvolvimento ou aprimoramento de Sistema de Gerenciamento de Bateria (SGB): o P&D relaciona-se à caracterização das baterias (limites operativo e de segurança). E, desenvolvimento de software adequado a estas condições. O Estudo dos sistemas de operação para a especificação do SAE e de suas condições e restrições operativas e de segurança. O Desenvolvimento ou aprimoramento dos processos de descarte e reciclagem de baterias. Sistemas de Logística Reversa (aplicação de materiais de baixo impacto ambiental). O Desenvolvimento de materiais com elevada capacidade térmica (capacidade de armazenar grande quantidade de energia por unidade de massa), desenvolvimento de materiais com elevada capacidade de isolamento térmico para manter grandes diferenças de temperatura (a eficiência e rendimento do ciclo de carga e descarga está relacionado com a diferença de temperatura entre as fontes quente e fria) e desenvolvimento de materiais capazes de operar em elevada temperatura, sem perda acentuada de vida útil. S Estudos sobre captura de energia térmica, com foco no desenvolvimento e fabricação de vidros de alta transparência (ou baixa absorção da radiação solar), desenvolvimento de flúidos de trabalho capazes de operar com elevadas diferenças de temperatura e desenvolvimento de materiais capazes de operar em elevada temperatura, sem perda acentuada de vida útil. S O Estudo dos sistemas de operação para a especificação do SAE e de suas condições e restrições operativas e de segurança. D Sistemas de Logística Reversa (aplicação de materiais de baixo impacto ambiental). O Estudo com foco em alcançar densidades de energia superiores aos armazenamento químico, e com baixas perdas, uma vez que a energia é armazenada em uma reação química reversível. S Estudo dos sistemas de operação para a especificação do SAE e de suas condições e restrições operativas e de segurança. O 1 B4 9B Armazenamento térmico B B Supercapacitores Armazenamento eletroquímico Baterias Super-magnetos Armazenamento elétrico M 7 8 Sem transformação de fase ( Baixa diferença de temperatura: armazenamento em camadas subterrâneas do solo, aquíferos, armazenamento em fenda/cova rasa, Tanques de água / Alta diferença de temperatura: sais fundidos, meios sólidos de armazenamento (tijolo ou concreto); materiais micro encapsulados (aplicação em paredes)) Termoquímicos (reatores) B2BMS BMS image53.png image54.png image55.png image56.emf 2.963 SP 106SE 322RN 1.996 RJ 1.614 PR 527 PE 580PB 163AL101 TO 975SC 1.412 RS 21 RR 36 RO 35 PI 258 PA 327 MT 282 MS 1.765 MG 104 MA 230 GO 334 ES 274 DF 298 CE 795 BA 27 AP 277 AM 14 AC image57.png image58.png image59.png image60.png image61.png image62.png image63.png image64.png image65.png image66.png Microsoft_Excel_Sheet1.xlsx Grafico SAE ELÉTRICO - supercapacitores Superior 2015 2016 2020 2025 2030 2040 2050 2 3 5 8 9 9 Inferior 2015 2016 2020 2025 2030 2040 2050 1 2 3 6 7 9 Pesquisa CGEE 2015 2016 2020 2025 2030 2040 2050 1 3 5 8 9 Média - Painel de Especialistas* 2015 2016 2020 2025 2030 2040 2050 1 2.75 4 7.25 8.5 9 Estágio de Maturidade Tecnológica DadosOrigem 2015 2016 2020 2025 2030 2040 2050 Macrotematica Tematica Rota Superior 2 3 5 8 9 9 SAE ELÉTRICO - supercapacitores Pesquisa CGEE 1 3 5 8 9 Inferior 1 2 3 6 7 9 Média - Painel de Especialistas* 1 2.75 4 7.25 8.5 9 DADOS - FINAL Consultor Média L. Inferior L. Superior 1 1 1 2 3 2.75 2 3 5 4 3 5 8 7.25 6 8 9 8.5 7 9 9 9 9 image67.png image68.png image69.png image70.png image71.png image72.png image73.png
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