Start-up challenge: Resiliência das redes elétricas frente a desastres naturais

A start-up basca de tecnologia Woza Labs Enlace externo, se abre en ventana nueva. usará seu conhecimento em Sistemas de Informação Geográfica (SIG) e análise de imagens de satélite para criar um software que permita a nossos negócios de Redes saber como o aquecimento global e os novos eventos climáticos extremos podem afetar nossos ativos de rede. Dessa forma, pretendemos prever e quantificar os possíveis danos em nossos ativos de rede, tais como aqueles causados pela queda de árvores ou galhos nas proximidades de linhas de distribuição de eletricidade.

Este programa digital, que também analisará como devemos priorizar investimentos ou reformas na rede para mitigar esses riscos causados pelas mudanças climáticas, será testado em nossa rede de distribuição em Biscaia (País Basco), com a possibilidade de, posteriormente, expandir para outras geografias onde o grupo opera.

Contexto

A Iberdrola possui mais de 1,1 milhão de quilômetros de linhas elétricas de transmissão e distribuição nos Estados Unidos, Brasil, Reino Unido e Espanha. Essa rede é composta por mais de 4.400 subestações de alta a média tensão e mais de 1,5 milhão de transformadores de distribuição de média a baixa tensão construídos e operados para fornecer um serviço de alta qualidade e confiabilidade para um total de 31 milhões de pontos de fornecimento elétrico.

O sistema elétrico é a coluna vertebral da sociedade moderna. Basicamente, é o setor do qual dependem quase todos os demais para o seu funcionamento habitual. É o que acontece especialmente na Europa que, possivelmente, tenha a rede elétrica mais complexa do mundo: está composta por milhares de unidades de geração, centenares de milhares de subestações e mais de 5 milhões de quilômetros de linhas, que funcionam em todo o continente. Além disso, a rede elétrica possui a tarefa de manter as operações em 100 % do tempo, inclusive no caso de condições climáticas extremas, falta de combustível, ataques diretos e erros humanos.

Da mesma forma, a necessária descarbonização da economia implica a eletrificação de muitos setores que consomem outros tipos de energia, assim como a integração das novas tecnologias de geração distribuída renováveis que, gradativamente mais, pressupõem que o funcionamento da rede elétrica seja estável, robusto e, ao mesmo tempo, flexível.

Para que o sistema elétrico funcione de forma eficiente e confiável, deve manter um funcionamento contínuo de seus quatro elementos-chave: geração; transmissão, distribuição e demanda. Porém, devido à sua extensão e às novas ameaças ambientais oriundas das mudanças climáticas, a rede de distribuição requer, cada vez mais, investimentos que melhorem a sua resiliência para enfrentar ditas ameaças.

Falhas de rede devido a riscos naturais

Os dados históricos demonstram que parte das falhas nas redes de distribução em ambientes florestais ocorrem por quedas de árvores e ramos sobre os condutores, tanto dentro quanto fora da área de utilização das linhas. 

Essas quedas não têm uma só causa; em geral, sucedem por uma soma das mesmas (vento, pragas, erosão do solo, etc.). Contudo, considera-se que, possivelmente, todas elas aumentem com o incremento dos fenômenos climáticos extraordinários vinculados às mudanças climáticas (fortes tempestades, ondas extremas de calor, etc.).

O processo de corte e poda atual associado às linhas elétricas está muito digitalizado e industrializado. Apesar disso, as companhias de distribução elétrica não podem agir fora dessas áreas e esta gestão não leva em conta os mencionados fenômenos meteorológicos adversos e extraordinários ligados às mudanças climáticas, progressivamente mais recorrentes e mais intensos, sendo mais difícil identificar as árvores com risco de queda.

Portanto, para determinar os riscos e ameaças de interrupções na rede de distribuição causados por eventos associados a fenômenos climáticos extremos ou condições ambientais e para poder avaliar os investimentos que possam diminuir tais riscos, devemos levar em consideração os seguintes fatores ambientais primários: vento, densidade da vegetação, estrutura do solo e sua evolução no longo prazo em função das mudanças climáticas.

Descrição do desafio

Nesse contexto, a Iberdrola, por meio de seu Programa de Start-ups PERSEO, está à procura de soluções que permitam realizar previsões que planejem e calculem os riscos relacionados ao clima. O propósito é reduzir ao máximo os danos causados nos ativos de rede pela queda de árvores ou ramos nos arredores das linhas de distribuição elétrica, inicialmente na área de Biscaia.

O objetivo é estimar o aumento do risco de danos na rede de distribuição elétrica produzido pela queda de árvores e/ou ramos, com informações que ajudem a responder as seguintes perguntas:

Quais são os impactos e as compensações "custo-benefício" dos diferentes investimentos na rede de distribuição?
¿Qual é o tipo de investimentos na rede de distribuição que reduzirá mais os riscos?
Como podemos melhorar a resiliência da rede elétrica no caso das ameaças das mudanças climáticas? 

As soluções deverão cumprir os seguintes requisitos: 

• Previsão das quedas de árvores e/ou ramos, reproduzindo a probabilidade de ocorrência, a estabilidade da mata ou bosques e as condições sob as quais a queda acontecerá (ex: velocidade do vento). 
• Capacidade de visualizar o impacto e a importância das condições ambientais por meio de um diagnóstico e predição das condições climáticas e de sua evolução, pelo menos com uma resolução mínima de 30 metros.
• Caso não sejam tomadas ações preventivas, avaliação do impacto econômico baseado nas consequências 
• Avaliação dos investimentos necessários e dos custos evitados, assim como a descrição das medidas corretivas propostas
• Comparação e avaliação dos diferentes cenários possíveis (ex: atual, futuro em função da evolução do clima, futuro depois de realizar os investimentos de melhoria).

Entre outros, será considerado positivo que a solução: 

• Permita diferenciar previsões em função do tipo de solo e vegetação
• Permita transmitir as informações em um formato compatível e intuitivo
• Utilize fontes de informação oficiais e gratuitas
• Não precise gerar modelos climáticos
• Proponha métodos de aprendizagem automático para associar as condições ambientais com a ocorrência registrada de eventos de danos às árvores na rede.

Além disso, serão considerados os seguintes aspectos:

• Maturidade, confiabilidade e escalabilidade da solução
• A simplicidade de instalação e manutenção
• A integração com os sistemas de monitoramento atuais
• O custo total, tanto inicial como recorrente
• Usos adicionais das tecnologias utilizadas (auxiliar no gerenciamento de podas, supervisão das distâncias de segurança, medida de outros parâmetros das linhas, impacto sobre a avifauna, etc.).

O desafio é lançado no âmbito do BiOK!, o lugar de encontro oferecido pela BEAZEnlace externo, se abre en ventana nueva.  (entidade do Departamento de Promoção Econômica da Diputación Foral de Vizkaia) para a criação de novas oportunidades de negócio, em colaboração com o novo centro de inovação em redes inteligentes da Iberdrola, o Global Smart Grids Innovation Hub.

A Iberdrola pretende que o Hub se torne uma referência mundial em redes inteligentes através da colaboração aberta e do coworking entre técnicos de sua empresa de distribuição elétrica i-DE, fornecedores, start-ups e diferentes organizações de todo o mundo.
A equipe de especialistas do Negócio de Redes da Iberdrola será a responsável pela seleção da solução ou soluções inovadoras que permitam identificar de forma precoce os incêndios localizados perto das linhas elétricas.