Inteligência Artificial impulsiona fontes de energia renováveis

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Fontes de energia renováveis, como a eólica e a solar, tem se destacado como alternativas para atender a crescente demanda por energia de forma limpa e sustentável. Entretanto, apesar de representarem uma grande oportunidade, a natureza intermitente dessas fontes de energia também trazem desafios para o setor. Técnicas de Inteligência Artificial (IA) têm sido aplicadas para mitigar esses desafios e agregar ainda mais valor para essas fontes de energia. 

A evolução das fontes de energia eólica e solar 

O crescimento da demanda por energia, aliado ao risco do aquecimento global, tem motivado diversos países ao redor do mundo a buscarem fontes de energia limpas e renováveis como alternativas para compor sua matriz energética. Segundo a International Energy Agency (IEA), a participação das fontes de energia renováveis na matriz energética global deve ultrapassar 40% até 2040, contra os 25% de participação atual.  

As fontes de energia eólica e solar fotovoltaica tem ganhado destaque entre as fontes de energia renováveis, apresentando um crescimento expressivo nos últimos anos. Em 2018, a capacidade instalada de energia eólica global atingiu a marca de 600 GW, apresentando um crescimento de 9.8% em relação a 2017. Já a capacidade instalada de energia solar fotovoltaica atingiu a marca de de 512 GW, 27% maior que o ano anterior. Juntas, as duas fontes de energia renováveis são responsáveis por 7% da produção de energia elétrica mundial. 

No Brasil a energia é em grande parte proveniente das hidrelétricas que, apesar de também utilizarem uma fonte de energia renovável, geram uma dependência perigosa diante das secas que têm atingido várias regiões do país nos últimos anos. Assim, o uso da energia eólica e solar também vem ganhando espaço por aqui, representando atualmente em torno de 9% e 1.2%, respectivamente, da capacidade elétrica instalada no país. 

Incentivos governamentais impulsionaram a instalação de parques eólicos e solares em diversas regiões do país, e segundo a Agência Nacional de Energia Elétrica (ANEEL), a capacidade elétrica instalada proveniente dessas fontes já ultrapassa a marca de 16 GW. Para se ter uma dimensão desse número, a usina hidrelétrica de Itaipu, uma das maiores do mundo, tem capacidade de 14 GW. Com a queda nos custos de produção das fontes de energia eólica e solar, a expectativa é que nos próximos anos a participação dessas fontes de energia na composição da matriz elétrica nacional seja ainda mais expressiva. 

A natureza intermitente das fontes de energia eólica e solar 

As fontes de energia eólica e solar terão um papel importante para atender a crescente demanda de energia nos próximos anos de forma limpa e sustentável. Entretanto o crescimento da geração de energia através dessas fontes também deve trazer desafios para o setor. Diferentemente de outras fontes de energia, a energia eólica e solar tem um forte aspecto de intermitência, que pode trazer complicações para a operação do sistema elétrico. 

A capacidade de geração de energia de uma usina eólica ou solar depende intrinsecamente de condições ambientais locais. As condições ambientais para a produção de energia eólica e solar podem variar sazonalmente ou mesmo ao longo do dia, o que dificulta a previsão da capacidade de geração de energia num determinado momento. Essa imprevisibilidade traz dificuldades técnicas e comerciais para a operação do sistema de energia elétrica. 

A geração e o consumo de energia do sistema elétrico devem ser balanceados, isso é, deve haver um controle entre a geração e a demanda de energia elétrica. Tanto a falta de energia gerada em relação a demanda quanto seu excesso podem trazer problemas ao sistema, podendo danificar equipamentos, prejudicar a qualidade da energia ou mesmo levar a queda no fornecimento. 

A demanda de energia varia ao longo do dia, de modo que o operador do sistema deve aumentar ou reduzir a quantidade de energia gerada para atender a essa demanda. A utilização de fontes de energia intermitentes, como a eólica e a solar, podem tornar o problema mais difícil de ser gerenciado, já que não se pode garantir a capacidade dessas fontes num determinado instante. A complexidade será maior quanto maior for a participação dessas fontes de energia intermitentes na matriz elétrica. 

Além disso, a baixa confiabilidade na quantidade da energia disponível num determinado instante exige que as operadoras tenham uma fonte de energia alternativa que possa ser acionada rapidamente para atender a demanda do sistema. Esse backup normalmente é feito através de outras fontes de energia mais confiáveis, como combustíveis fósseis, o que pode aumentar os custos de operação do sistema além de prejudicar o meio ambiente. 

Inteligência Artificial podem tornar produção de energia mais previsível 

Algumas empresas têm investido em inovações tecnológicas para mitigar o problema da imprevisibilidade das fontes de energia renováveis intermitentes. Recentemente o Google através da DeepMind, uma subsidiária da empresa que atua com inteligência artificial, anunciou que está aplicando técnicas de aprendizado de máquina para prever a capacidade de geração de energia de parques eólicos da empresa situados na região central dos Estados Unidos.  

Dados históricos das turbinas eólicas e previsões do tempo foram utilizados pela DeepMind para treinar uma rede neural capaz de prever a potência gerada ao longo do dia pelas turbinas da usina com antecedência de 36h. Com base nessas previsões, modelos foram utilizados para criar recomendações ótimas para negociação da energia gerada.  

Essa previsibilidade na geração de energia agrega valor para os operadores do sistema de energia elétrica que podem planejar adequadamente como usá-la para atender a demanda do sistema. Segundo o Google, os resultados preliminares obtidos indicam uma valorização de aproximadamente 20% da energia eólica gerada em relação ao cenário base em que não a previsão da geração. 

O NCAR (National Center of Atmospheric Research) do Colorado, nos Estados Unidos, também vem trabalhando com o uso de inteligência artificial para a previsão de energia eólica gerada por parques eólicos do estado. Previsões com precisão sem precedentes têm sido geradas aplicando-se algoritmos de aprendizado de máquina na análise de dados das turbinas eólicas combinados com informações de estações e satélites meteorológicos. 

A confiabilidade na utilização da energia dos parques eólicos permitiram que as operadoras pudessem aumentar a parcela de energia renovável em sua operação. A Xcel Energy, uma das maiores operadoras de energia da região do Colorado, ampliou a quantidade da energia utilizada de fontes renováveis para mais de 30%. Além disso, a confiabilidade de que a energia estará disponível permite que as operadoras reduzam a infraestrutura de backup de outras fontes de energia, o que reduz o custo da energia gerada. 

A NCAR em conjunto com a Xcel estão trabalhando agora na previsão para geração de energia solar. O projeto é ainda mais desafiador do que a previsão para energia eólica pois pretende prever a capacidade de potência gerada mesmo por instalações residenciais que estejam conectadas ao grid da operadora. A solução utilizará dados de satélites, imagens do céu, monitores de poluição e painéis solares públicos para inferir a quantidade de energia solar gerada. 

Em especial para o Brasil, que tem um enorme potencial para a geração de energia eólica e solar, iniciativas como essa podem agregar enorme valor ao setor de elétrico, impulsionando ainda mais o uso dessas fontes de energia. 

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