Implementação de sistema a LED inteligente em Lisboa

A substituição das tradicionais lâmpadas e luminárias por moderna iluminação LED com a consequente redução do consumo de energia elétrica e aumento da satisfação dos cidadãos são os objetivos do projeto aqui descrito, que inclui sensores de movimento, dimerização e gestão com controle e supervisão remotos.

Rui Matos, Pedro Silva Paulo e Ricardo Ribeiro, EDP Distribuição João Oliveira Nunes, Prefeitura de Lisboa Pedro Valverde, Arquiled

Data: 05/07/2017

Edição: LUX Abril 2017 - Ano - 2 N^o 6

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Praça do Município (Prefeitura de Lisboa): centro histórico agora tem moderna iluminação a LED com gestão inteligente

A EDPD EDP Distribuição, operadora de sistema de distribuição (OSD), em Portugal Continental está implementando no país um programa ambicioso de rede inteligente (InovGrid) cujos principais aspectos são eficiência energética, integração de recursos de energia distribuída e novos serviços de valor agregado para o cliente.

O objetivo almejado é construir redes inteligentes e cidades inteligentes, melhorando as redes e o suprimento de energia. Uma das muitas iniciativas é a gestão inteligente da iluminação pública (IP), em conjunto com prefeituras, clusters de inovação e fabricantes. O projeto, em desenvolvimento pela EDPD, fornecedores de sistemas de gestão e soluções de iluminação LED e empresas de P&D, destina-se à implementação de cenários de teste, abrangendo a substituição das tradicionais lâmpadas e luminárias de rua tipo “lanterna” por iluminação LED, medidas de eficiência energética e, finalmente, redução do consumo de energia na iluminação pública.

O projeto também inclui a instalação de sensores e o desenvolvimento de sistema de gestão controlado remotamente, incluindo recursos adicionais de redução do fluxo luminoso associado ao movimento da rua, tanto de carros quanto de pedestres, e um centro de supervisão que pode estabelecer perfis do consumo de energia para cada luminária LED.

O sistema de IP de Lisboa

Fig. 1 – Esquema das caixas de iluminação pública

O custo de energia e de manutenção do sistema de iluminação pública representa uma parte essencial do orçamento anual da Prefeitura de Lisboa. Além disso, a iluminação pública é um fator importante para satisfação e segurança dos habitantes e turistas da cidade, a qual é considerada um dos melhores lugares do mundo para se visitar.

Lisboa tem uma infraestrutura com 68188 pontos de iluminação pública instalados, dos quais 60291 são postes com lâmpadas e 7897 são luminárias tipo “lanterna” instaladas nas paredes de edifícios. A instalação e manutenção são feitas em conjunto pela Prefeitura de Lisboa e a EDPD, sendo que em 2015 foram registrados cerca de 7000 defeitos de funcionamento, reportados pelos cidadãos.

Controle da iluminação

A iluminação pública de Lisboa é controlada por um sistema central, que atua remotamente através da injeção de um sinal de frequência nas subestações AT/MT e na rede MT. Este sinal então se propaga para a rede BT até os receptores de controle de ripple (RCR, do inglês Ripple Control Receiver) localizados nas caixas elétricas de rua, que ligam e desligam os circuitos de iluminação pública. As frequências de serviço dos RCR estão entre 200 Hz e 750 Hz. O esquema das conexões elétricas é mostrado na figura 1.

Para definir um padrão, registrar todo o fluxo de energia, calcular corretamente as perdas e estimular o mercado de energia de varejo B2C (“Business To Consumer”), o órgão regulador português estabeleceu que toda instalação de iluminação pública deve ser tratada como uma instalação de consumidor regular de BT, porém com processos de licenciamento especiais, uma vez que essas instalações e redes são desenvolvidas, construídas e gerenciadas pelo OSD, respeitando os contratos de concessão assinados com os municípios.

Dessa forma, junto com os equipamentos de comando e controle, toda instalação de iluminação pública possui necessariamente um medidor instalado.

Integração de rede inteligente

Fig. 2 – Caixa de iluminação pública com medidor inteligente

A EDPD está atualmente expandindo as soluções de medição remota, visando principalmente permitir a detecção de perdas comerciais através do balanço de energia e manter o controle da iluminação pública tal como está. Com a introdução de medidores inteligentes especialmente projetados, capazes de controlar remotamente a iluminação pública através de sistemas baseados em telecomunicações GSM ou GPRS, além de terem um relógio astronômico interno como backup, os RCRs vão cair em desuso, abrindo caminho para essa nova tecnologia e permitindo as compensações desejadas para controle da iluminação da cidade, tanto nas aplicações diárias quanto em atividades especiais como iluminação de Natal, feriados especiais, etc. Outras funcionalidades dos medidores inteligentes incluem detecção de faltas, gráficos do consumo de energia diário e monitoramento dos picos de energia para os serviços de faturamento da iluminação pública.

Existem atualmente 2452 conexões de iluminação em Lisboa, das quais cerca de 1000 já têm um medidor inteligente instalado, conforme mostrado na figura 2. Quando todas as conexões de iluminação pública estiverem equipadas com medidores inteligentes [N. da R.: Isto era esperado para junho de 2016; o artigo foi redigido no primeiro semestre do ano passado.], o Município de Lisboa terá informações em tempo real dos custos de energia associados a este serviço.

Estudo de caso: Praça do Município

A Praça do Município, onde se localiza a Prefeitura de Lisboa, é um local emblemático na cidade, com grande fluxo de pessoas (muitas delas turistas) e um palco para eventos municipais e nacionais.

A praça tem 26 luminárias de rua tipo “histórico” de três tipos diferentes, conforme mostrado na tabela I. Antes da conversão, todas as lâmpadas eram de vapor de sódio a alta pressão (HPS, de high pressure sodium) de 164 W (potência total).

As principais premissas do projeto consistiram em manter níveis similares da temperatura de cor e do fluxo luminoso, diminuindo-se o consumo de energia. Três tipos de luminárias foram especialmente projetados, resultando em três módulos específicos compostos por: lâmpada LED, adaptador da fonte de alimentação e placa de controle. O corpo da luminária foi mantido, substituindose o interior pelo módulo customizado que foi projetado para restituir as características de saída de luz equivalentes. Todos os módulos incluem, na operação de fluxo máximo, correção do fator de potência para um valor próximo do unitário, evitando distorção harmônica significativa na rede de distribuição elétrica implementada.

A figura 3 compara as curvas fotométricas das lâmpadas HPS e LED para o tipo de luminária hexagonal.

Descrição do Sistema

Fig. 3 – Curvas fotométricas da luminária hexagonal, antes e após a conversão

Cada poste de iluminação se comunica via rede de energia (PLC, power line communication) usando um fluxo de dados que preenche todos os requisitos da norma Cenelec Banda B. A tecnologia baseia-se no acoplamento de amplo espectro com faixas de frequência nominais da onda portadora (carrier) entre 95 e 125 kHz, conforme definido pela norma EN 50065 para transmissão de sinal através de cabos de energia elétrica. A solução propicia uma implementação inovadora, que fornece recursos de rede inteligente com capacidade de responder dinamicamente às demandas de utilização.

Neste conceito, as luminárias de rua operam através de uma rede em tempo real, reagindo ao movimento do ambiente adjacente de acordo com uma configuração pré-programada. O controle é executado por um único gateway que mantém o sistema de rede ativo, fornecendo acesso remoto a todos os recursos através de um aplicativo Web amigável para o usuário.

O usuário pode simplesmente executar o gerenciamento em tempo real de cada um dos postes de iluminação individualmente, recuperar dados, ajustar configuração pré-programada, bem como realizar upload para atualização de firmware.

Fig. 4 – Lumináriastipo “lanterna” renovadas do edifício histórico

Esses recursos promovem economias de energia significativas por meio de planos de redução do fluxo luminoso baseados em horários configurados, otimização de atividades de manutenção via monitoramento remoto, e melhor uso de recursos quando for realmente necessário, de acordo com a detecção de movimento.

A solução inclui detecção de movimento de pessoas e controle para dois grupos de luminárias distintas: as luminárias históricas tipo “lanterna” instaladas nas paredes dos edifícios, e as luminárias de poste instaladas no calçadão da praça central. Cada grupo opera continuamente dentro do conjunto associado, baseando-se em vários sensores de movimento distribuídos em algumas das luminárias. Em termos gerais, assim que ocorre um disparo por movimento, apenas o conjunto de luminárias a ele associadas responde com base no nível de luz pré-programado, adequado ao modelo adotado na rede.

Benefícios do sistema de iluminação inteligente

Economia operacional

Monitoramento e gerenciamento remoto: O software de gerenciamento permite efetuar uma supervisão geral de todas as luminárias de rua. É possível ver em tempo real o consumo de energia de todas as lâmpadas ou de cada uma individualmente, bem como o respectivo perfil de fluxo luminoso. O sistema também permite o controle da lâmpada em tempo real: é possível, por exemplo, executar uma ação para atenuar os danos de uma lâmpada alterando o fluxo luminoso das demais.

Detecção automática de falhas: O sistema fornece informações instantâneas de interrupção de energia, notificações e alarmes de outros eventos menores. Este recurso permitirá uma redução significativa no número de reclamações, chamadas e, consequentemente, custos relacionados ao suporte ao consumidor. Dessa forma, será possível filtrar alarmes falsos, ter um conhecimento mais preciso de zonas com mau funcionamento e agilizar as equipes de reparo, quando da detecção de falhas, para restabelecimento do serviço, propiciando maior nível de satisfação do cidadão.

Fig. 5 – Aplicativo Web

Fig. 6 – Localização das luminárias e sensores de movimento

Manutenção pró-ativa baseada nas condições: O software de gerenciamento das luminárias públicas também fornece informações preditivas, alertando os operadores sobre o uso das lâmpadas para que substituições possam ser programadas de forma pró-ativa.

Economias de custo

Dimerização: Devido ao elevado fluxo luminoso das lâmpadas de LED, elas podem ser dimerizadas até 20% em instalações novas, com comprometimento mínimo dos níveis de iluminamento regulamentares.

Além disso, os operadores podem programar as lâmpadas para serem dimerizadas conforme as circunstâncias permitam, por exemplo nas horas de pouco movimento. Com a adição de sensores de movimento ao controle de fluxo luminoso, é possível reduzir o consumo de energia das lâmpadas em mais de 50%.

Sistemas de iluminação inteligente similares ao descrito neste artigo podem oferecer serviços suplementares para aplicações similares de cidades inteligentes, realizando controle inteligente de estacionamentos, gestão do tráfego, estações de recarga de veículos elétricos, etc.

Conclusões

O projeto descrito agrega grande valor para os municípios no que concerne à gestão de sistemas de iluminação pública, tornando possível delegar ou compartilhar o controle com os departamentos municipais, possibilitando implementar perfis de iluminação especial e mapas de interface do sistema, incluindo detecção de potenciais falhas ou mau funcionamento que podem ser reportados para o OSD. Espera-se que as reclamações dos cidadãos sejam reduzidas, aumentando a qualidade de vida e o prestígio da cidade.

Fig. 7 – Ajuste do fluxo das luminárias tipo “lanterna”

Fig. 8 – Média de dimerização durante janeiro

Mais do que a implementação do sistema baseado em LEDs, este projeto fornece uma importante ferramenta de gestão, com capacidade de reduzir o custo de energia em 50% sem comprometer a segurança.

Bibliografia

Carreira, P.; Esteves, P.; Samora, C.; de Almeida, A.: Efficient and adaptive LED public ligthting integrated in Évora Smart Grid. Strategies in Light Europe 2012.