Situações variadas, especialmente nos centros urbanos, criam demandas associadas à otimização, e pesquisadores se dedicam ao desenvolvimento de estratégias inteligentes e eficientes aplicadas à resolução desses problemas. Vencedor do Grande Prêmio UFMG de Teses 2017, na área de Ciências Exatas e da Terra e Engenharias, Vitor Nazário Coelho debruçou-se, em sua pesquisa de doutorado, desenvolvida no Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica, sobre o planejamento de um sistema descentralizado de geração, transmissão e distribuição de energia.

O pesquisador propôs, para explorar o espaço de soluções dos problemas tratados, novos algoritmos, inspirados, por exemplo, na evolução dos seres vivos (algoritmos evolucionários) e na mudança de estruturas de vizinhança (Busca em Vizinhança Variável). “Desenvolvemos novas técnicas meta-heurísticas [saiba mais ao final do texto] , com bons resultados em diferentes problemas combinatórios da literatura, e um software de previsão híbrido, capaz de prever e compreender distintas séries temporais”, afirma Vitor Nazário, que aprofunda suas pesquisas sobre o tema em pós-doutorado na Universidade Federal Fluminense (UFF).

O problema enfrentado pelo pesquisador envolve uma frota de veículos elétricos e uma comunidade de distribuição de energia independente (microgrid), composta de pequenas casas, áreas residenciais e diferentes formas de energia renovável. O microgrid abrange pequenas redes independentes que operam de forma autônoma ou conectada ao sistema de energia principal, viabilizando o uso de fontes como energia eólica, solar e elétrica para abastecer centros urbanos.

Reserva flexível

Um exemplo de rede desse tipo é o prossumidor (produtor e consumidor de energia ao mesmo tempo), que tenha em casa alguma fonte de geração distribuída. No caso dos sistemas fotovoltaicos, em condições climáticas favoráveis, ele pode contribuir para o fornecimento de energia; com tempo chuvoso, ele passa a ser consumidor. Outro prossumidor dispõe de um aerogerador, e daí se cria um conjunto de diferentes fornecedores. 

“Em sua tese, Vitor considera que os veículos elétricos estão localizados em parques de estacionamento inteligentes, que são usados como reserva de armazenamento flexível para um sistema microgrid”, explica o professor Marcone Freitas, da Universidade Federal de Ouro Preto, coorientador da pesquisa. “Com esses veículos, seria possível reduzir a necessidade de produção de energia, pois eles funcionam como instrumentos para transportar a energia gerada por um fornecedor, que é armazenada, para um consumidor, atendendo à demanda.”

Vitor Nazário também desenvolveu novos modelos de predição de séries temporais, como previsão de chuva, geração de energia eólica e elétrica e consumo de energia. “Os modelos atuais de previsão não são aplicáveis diretamente aos microgrids, uma vez que, nesse modelo descentralizado, a rede é mais sensível a variações de fornecimento. Para o funcionamento correto da rede, é preciso fazer escolhas inteligentes: quem é o fornecedor a cada momento, qual o consumo estimado e como será feita a distribuição”, explica o pesquisador, acrescentando que também é considerado objetivo a minimização do custo total, do uso das baterias e da carga máxima no pico, garantindo a flexibilidade do sistema de geração, transmissão e distribuição de energia.

Aplicações para o dia a dia

Engenheiro de controle e automação graduado pela Universidade Federal de Ouro Preto (Ufop), Vitor Nazário Coelho ingressou diretamente no doutorado em Engenharia Elétrica na UFMG e passou a conectar otimização com a evolução das redes elétricas, transformadas em máquinas inteligentes e descentralizadas. O trabalho é realizado desde o início da graduação, em 2009 – ele desenvolveu rede ampla de contatos e chegou a visitar cerca de 50 países.

Nazário concluiu o doutorado em dois anos e três meses, ingressou na UFF por meio de edital da Fundação de Apoio à Pesquisa do Rio Janeiro (Faperj) e hoje coorienta alunos de pós-graduação, coordena eventos científicos internacionais e desenvolve protótipos de baixo custo embarcados com as tecnologias que sua equipe vem aprimorando. “O objetivo tem sido sempre buscar aplicações baratas, que possam ser efetivamente implantadas no dia a dia”, explica o pesquisador. “Discutimos conceitos ligados a redes e cidades inteligentes, imaginando cenários comunitários e mais justos.”

Meta-heurísticas

São algoritmos heurísticos inteligentes que exploram o espaço de soluções de problemas difíceis, fazendo analogias, por exemplo, com os processos de recozimento de metais (Simulated Annealing) e o comportamento de um bando de pássaros (Otimização por Nuvem de Partículas). A vantagem de uma meta-heurística sobre uma heurística convencional é que a primeira possibilita encontrar vários ótimos locais e, entre eles, o ótimo global, isto é, a melhor solução do problema. Uma heurística convencional é capaz de encontrar apenas um único ótimo local, que pode não ser a melhor solução.

Tese: Multi-objective microgrid storage planning problem using plug-in electric vehicles
Autor: Vitor Nazário Coelho
Orientador: Frederico Gadelha Guimarães
Coorientador: Marcone Jamilson Freitas Souza, da Universidade Federal de Ouro Preto
Defesa em abril de 2016, no Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica