Recarga Inteligente de Veículos Elétricos

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A mobilidade elétrica tem se consolidado mundialmente como uma das soluções para combater as mudanças climáticas e o aquecimento global. Entretanto, a popularização dos veículos elétricos ainda depende, entre outros fatores, da criação de uma infraestrutura de recarga que atenda às necessidades dos motoristas e do próprio sistema elétrico. Sistemas inteligentes, baseados em tecnologias modernas como digital twin e inteligência artificial, podem ser utilizados nesse contexto para otimizar a infraestrutura de recarga e os recursos da rede elétrica, ajudando assim a impulsionar a adoção de veículos elétricos.  

O crescimento do mercado de veículos elétricos  

Segundo o Global EV Outlook 2018, uma publicação anual da International Energy Agency (IEA), o número de automóveis elétricos novos vendidos globalmente no ano de 2017 ultrapassou a marca de 1 milhão de unidades, um crescimento de 54% em relação às vendas de 2016.   

Esse crescimento observado nos últimos anos (em especial nos EUA, China e alguns países europeus) está relacionado com incentivos governamentais que visam reduzir a emissão de gases do efeito estufa, um compromisso internacional assumido por diversos países na conferência do clima da ONU de 2016 para conter o avanço do aquecimento global.   

Além de combater as mudanças climáticas, a mobilidade elétrica (que engloba a eletrificação de veículos e outros meios de transporte), promete trazer outros benefícios como a melhoria da qualidade de vida nas grandes cidades, a redução da dependência de derivados de petróleo e, talvez o que chame mais a atenção dos motoristas, a redução dos gastos com abastecimento. Segundo resultados divulgados pelo Emotive, um projeto de pesquisa da CPFL Energia, o custo por quilômetro rodado de um carro a combustão é de R$ 0.31, enquanto o de um veículo elétrico é de R$ 0.11, ou seja, algo em torno de três vezes menor.  

Apesar dos benefícios existem desafios a serem superados para viabilizar a popularização dos veículos elétricos, um desses desafios é a criação de uma infraestrutura de recarga adequada às particularidades desses veículos.  

Recarga de veículos elétricos  

Os veículos elétricos são equipados com motores elétricos alimentados por baterias que podem ser carregadas a partir da rede elétrica. Os tipos mais comuns são os chamados veículos elétricos puros a baterias (que possuem apenas motores elétricos) e veículos elétricos híbridos plug-in (que possuem tanto motores elétricos como motores de combustão interna convencionais).  

Do ponto de vista operacional, a recarga de um veículo elétrico (seja ele puro ou híbrido plugin) difere do abastecimento de veículos a combustão convencionais em dois aspectos: o tempo necessário para realizar a operação e o ambiente em que a recarga pode ser realizada.  

O tempo de recarga de um veículo elétrico é consideravelmente maior que o tempo de abastecimento de um veículo a combustão. Esse tempo pode variar sensivelmente dependendo da potência disponibilizada pelo ponto de recarga (eletroposto). No modo de recarga lenta (que utiliza potência até 3.7KW) o tempo de recarga pode chegar a 8h. Já no modo de recarga rápida (que utiliza potência acima de 40KW) a recarga de 80% da bateria pode ser feita em 20 ou 30 minutos.   

Já o ambiente de recarga de veículos elétricos apresenta uma diversidade muito maior que a dos veículos a combustíveis. Pontos de recarga lenta são normalmente instalados em residências, shoppings, estacionamentos, empresas e outros locais públicos ou privados onde o tempo de recarga não é um fator crítico. Já eletropostos de recarga rápida são normalmente disponibilizados na infraestrutura pública, como rodovias, onde o tempo de espera é um fator importante para os motoristas.  

A limitação na infraestrutura pública de recarga, como eletropostos de recarga rápida em vias públicas (em ambiente urbano ou rodovias) é uma das principais barreiras à popularização dos veículos elétricos. A criação de uma infraestrutura de recarga pública adequada pode levar vários anos, em particular em países com extensas malhas viárias como o Brasil. Algumas vias do Brasil, como a Rodovia Presidente Dutra e a Rodovia dos Bandeirantes, já contam com eletropostos de abastecimento rápido, mas com uma cobertura ainda limitada.   

O elevado tempo de recarga complica ainda mais essa equação: imagine que o motorista precise recarregar seu veículo durante uma viagem, além de saber onde existe um eletroposto público, ele precisa saber se de fato haverá um ponto de recarga disponível ao chegar no local, já que a espera pela recarga de outros veículos pode levar muito tempo.  

Do ponto de vista do sistema elétrico, os veículos elétricos representam uma nova carga para a rede, com demanda típica equivalente a uma unidade consumidora de consumo médio (algo próximo a 240 KWh). Entretanto, além de planejar a capacidade do sistema elétrico para atender a essa nova demanda, as características específicas dessa carga (como seu aspecto de mobilidade) podem impactar a operação do sistema. Por exemplo, a preferência pela recarga residencial (seja por questões de custo ou praticidade) podem gerar sobrecarga em pontos específicos da rede elétrica, em particular em horários de ponta onde já existe alta demanda da rede. 

Recarga Inteligente  

Sistemas de recarga inteligente (ou Smart Charging) podem ser utilizados nesse contexto para otimizar a utilização da infraestrutura de recarga pública e privada, além de minimizar o impacto dos veículos elétricos na operação do sistema elétrico. Os sistemas de Smart Charging são capazes de gerenciar as sessões de recarga, equilibrando de forma inteligente a demanda dos veículos com a disponibilidade de pontos de recarga e a capacidade de abastecimento do sistema elétrico.   

Através do conceito de digital twin, os sistemas de Smart Charging criam uma representação digital na nuvem (Cloud) dos veículos elétricos e dos eletropostos disponíveis. Com base nessas representações, que contam com informações obtidas em tempo real, algoritmos de inteligência artificial são aplicados para criar uma estratégia de recarga ótima para cada veículo.   

Os sistemas podem levar em consideração as características específicas dos veículos (como a capacidade e o nível atual de sua bateria), as necessidades dos motoristas (como sua localização geográfica e preferências de recarga) e a infraestrutura de recarga pública e privada disponível (incluindo fatores como proximidade e preço). Assim, os sistemas de recarga inteligente são capazes de criar estratégias e recomendações de recarga personalizadas para cada veículo de acordo com os recursos de infraestrutura disponíveis.   

Os sistemas de Smart Charging podem ainda ser integrados à rede elétrica de distribuição, levando em consideração em sua análise a capacidade elétrica da rede. Nesse modo de recarga, os sistemas podem planejar as sessões de recarga, controlando não só a alocação de veículos aos pontos de recarga, mas também a potência que será utilizada de forma dinâmica durante a sessão de carregamento. O sistema pode aumentar ou reduzir a potência de carregamento conforme a capacidade instantânea da rede, evitando assim picos e sobrecargas ao sistema elétrico.   

Nesse modo mais avançado, o sistema poderia também utilizar os veículos elétricos conectados ao grid para armazenar o excesso de energia de fontes intermitentes (como a solar e a eólica). O sistema de recarga inteligente poderia priorizar a recarga das baterias durante períodos de excesso de geração de energia (por exemplo em períodos em que há grande geração de fontes solares) e, posteriormente, utilizar parte da carga armazenada para alimentar a rede elétrica em períodos de excesso de demanda.   

Esse conceito, conhecido como V2G (Vehicle to Grid) vem sendo estudado como uma alternativa para aumentar a inserção de fontes de energia renováveis intermitentes, sem comprometer a estabilidade do grid. Do ponto de vista dos operadores do sistema elétrico, essa integração com a rede pode auxiliar no gerenciamento da oferta e demanda de energia, evitando picos e sobrecargas da rede. Para os consumidores, tarifas diferenciadas podem ser aplicadas para incentivar que eles autorizem esse modo de recarga. 

P&D ANEEL em Mobilidade Elétrica  

De olho nessas tendências a ANEEL anunciou recentemente um programa de P&D Estratégico sobre Mobilidade Elétrica Eficiente. O programa tem como objetivo incentivar o desenvolvimento de soluções para mobilidade elétrica, promovendo inovações relacionadas aos “modelos de negócio, equipamentos, tecnologias, serviços, sistemas ou infraestruturas para suporte ao desenvolvimento ou à operação dos veículos elétricos ou híbridos plug-in”.  

O Venturus, Instituto de Ciência e Tecnologia privado da cidade de Campinas, está desenvolvendo o conceito de um sistema inteligente para recarga de veículos elétricos. A solução utilizará tecnologias de ponta já aplicadas pelo instituto em outros setores, para possibilitar novos modelos de negócio ao setor de energia elétrica e impulsionar o mercado de veículos elétricos.  

 

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