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Projeto FEUP 2015/2016 Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores Coordenadores da unidade curricular: Armando Sousa e Manuel Firmino Diretor de curso: Paulo Portugal Professor Supervisor: José Fidalgo Monitor: Rúben Brito A equipa MIEEC06_06: Projeto FEUP [PERDAS DE ENERGIA – Perdas não-técnicas] Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores 1 Perdas de Energia

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Projeto FEUP 2015/2016

Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores

Coordenadores da unidade curricular: Armando Sousa e Manuel FirminoDiretor de curso: Paulo Portugal

Professor Supervisor: José FidalgoMonitor: Rúben Brito

A equipa MIEEC06_06:

Projeto FEUP[PERDAS DE ENERGIA – Perdas não-técnicas]

Mestrado Integrado em Engenharia Eletrotécnica e de Computadores 1

Perdas de Energia

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Francisco Teixeira ([email protected])

Martinho Gomes ([email protected] )

Ricardo Couto ([email protected])

Lucas Mendes ([email protected])

Nuno Oliveira ([email protected]) Ricardo Trancoso ([email protected])

Resumo:

O trabalho apresentado está centrado no tema Perdas não técnicas em sistemas de energia elétrica. Pretende-se dar uma visão geral do que são este tipo de perdas, definir os diferentes tipos e apresentar as medidas de prevenção mais comuns para as combater, através da consulta de trabalhos académicos e do testemunho da EDP, uma das empresas de Energia Elétrica mais representativa do país. No final apresenta-se uma solução alternativa às apresentadas no mundo empresarial, procurando dar um contributo sustentável, dentro do quadro da economia actual.

Palavras-chave

Energia; Perdas; Transferência de Energia; Perdas técnicas; Perdas não técnicas; Rendimento.

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Índice:

Lista de Figuras:............................................................................................................................. 4

Lista de Abreviaturas:.....................................................................................................................5

1. Introdução:......................................................................................................................... 6

2. O que são perdas energéticas?............................................................................................7

3. Perdas técnicas e não técnicas - distinção.......................................................................... 8

3.1. Perdas Técnicas........................................................................................................ 8

3.2. Perdas Não Técnicas................................................................................................ 9

4. Impacto Económico..........................................................................................................13

5. Formas de Prevenção....................................................................................................... 14

6. A Solução......................................................................................................................... 15

7. EDP.................................................................................................................................. 17

8. Conclusão......................................................................................................................... 19

9. Referências Bibliográficas............................................................................................... 20

Lista de Figuras:

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Figura 1 - Diagrama de transferência de energia elétrica (centro produtor --> consumidor),

página 6;Imagens Wikipédia

Figura 2 – Exemplo da constituição de um cabo de alta voltagem, página 8;

Figura 3 - Diagrama demonstrativo das subdivisões de perdas não técnicas, página 9;

Figura 4 – Exemplo da ação das adversidades meteorológicas nas condições do equipamento, página 10;

Figura 5 – Contador vandalizado, página 11;Fotografia tirada por residente local (Espinho, Portugal) na tentativa de alertar as autoridades – Rui Henriques.

Figura 6 – Propaganda brasileira de sensibilização contra furtos energéticos, página 12;“Programa casa segura”

Figura 7 – Foto de um jornal online brasileiro, demonstrando um contador alterado, página 12;Jornal Online - “Portal Sbn”

Figura 8 – Técnico a instalar um medidor inteligente, página 14;Portland General Electric-“Flickr Photos”

Figura 9 – Exemplo de uma smart grid, através da ligação de tudo o que é elétrico, página 15;Comsar Energy

Figura 10 – Novo logótipo da EDP, página 17Banco de Imagens EDP

Lista de Abreviaturas:

• KW – Kilowatt

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• MW - Megawatt

• KWh – Kilowatt hora

• MWh – Megawatt hora

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1. Introdução:

A vida humana, tal como hoje a experienciamos, não se concebe sem o recurso a materiais, equipamentos, serviços, produtos que, de um modo ou de outro, envolvem a utilização e dependência da energia elétrica, pelo que é cada vez mais pertinente refletir sobre este recurso, essencial para o funcionamento da sociedade. Assim sendo, especial atenção deve ser dada à forma como a energia elétrica é produzida, distribuída e utilizada, de forma a minimizar os custos e garantir um bom rendimento, procurando minimizar ao máximo as perdas de energia, sejam elas técnicas ou não técnicas. Isto uma vez que se traduzem numa redução da qualidade e quantidade ao nível da distribuição de energia, com consequências significativas do ponto de vista económico e social.

O tema abordado neste relatório centra-se nas perdas não técnicas de energia elétrica e foi elaborado no âmbito da Unidade Curricular Projeto FEUP, tendo como objectivos obter uma melhor compreensão desta problemática pouco discutida e conhecer o que se faz em Portugal para superar estas perdas e procurar possíveis soluções.

O trabalho começa por uma breve explicação do que são perdas de energia, onde se distingue perdas técnicas de não técnicas, passando depois para a análise dos diferentes tipos de perdas não técnicas. Segue-se o registo de trabalho da EDP, para obter informações contextualizadas. Procede-se ainda ao estudo do impacto económico e apresentação das formas de prevenção mais comuns e uma proposta de solução do grupo.

Por fim apresenta-se uma conclusão, fundamentada nas informações obtidas durante a realização do trabalho.

2. O que são perdas energéticas?

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Para se melhor compreender o que são perdas de energia, consideramos essencial perceber como se distribui a energia elétrica. Assim sendo, tudo começa da seguinte forma:

Um centro produtor coleta a energia “bruta” (sob a forma de vento, água, calor, etc) e transforma-a em energia elétrica através de um conjunto de processos dependendo da forma como é feita a coleção. Esta é então enviada por um longo conjunto de linhas de diferentes tensões, passando por várias subestações ou postos de transformação até chegar ao consumidor, podendo este uma grande indústria ou apenas uma pequena habitação.

Durante todo este processo, entre a fonte e o consumidor, existe um elevado número de fatores que podem provocar uma quantidade de energia entregue, relativamente à quantidade de energia inicialmente fornecida. Tais fatores podem ser de origem técnica ou não técnica, sendo que a primeira acontece naturalmente na rede elétrica, por ser impraticável o uso de condutores (energéticos) perfeitos, o que diminui inevitavelmente no rendimento da transferência. Por outro lado, a segunda está mais associada a erros de medição, falhas de ligação e fraude. Por norma, a gravidade da perda depende de fatores extrínsecos, como o ambiente socioeconómico da zona ou região.

O cálculo das perdas é essencial à sua quantificação, prevenção e consequente combate. Diferentes métodos físicos e matemáticos poderão ser aplicados, mas no fim, para se obter o valor total das perdas, ambas (perdas técnicas e perdas não técnicas) terão de ser levadas em conta.

3. Perdas técnicas e não técnicas - distinção

3.1.Perdas Técnicas

As perdas técnicas podem ainda ser divididas em duas sub-categorias: as perdas de potência e as perdas de energia. A diferença entre as duas encontra-se na unidade e no intervalo de tempo em que são medidas, sendo as primeiras medidas em KW e MW num dado instante, enquanto as últimas são medidas em KWh e MWh, ou seja, num intervalo de tempo não instantâneo.

A causa mais habitual destas perdas energia são as propriedades dos materiais a partir dos quais são feitos os componentes elétricos transportadores de energias. Essas propriedades físicas podem variar desde a condutividade (capacidade que um material tem de transferir energia) à qualidade do material isolador, entre outras.

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No entanto a que se destaca é a Perda Joule, que afeta significativamente o sistema elétrico.

Apesar das melhorias significativas nos sistemas de deteção de perdas técnicas, mantém-se uma percentagem residual de perdas que não são tão facilmente detetadas e consequentemente calculadas. Resultam de problemas diversos, desde fugas em isolamento até más ligações, mas não apresentam um valor relevante que justifique medidas de contenção. A estas perdas é atribuido um valor pouco significativo da percentagem de perdas total.

3.2.Perdas Não Técnicas

Focando-nos agora no tema principal do trabalho - as perdas não técnicas - é importante começar por esclarecer que este tipo de perdas são algo diferente das quais falamos anteriormente, ou seja traduzem-se em perdas que não resultam diretamente de questões ligadas aos materiais utilizados a às suas propriedades.

Perdas não técnicas = Perdas Gerais – Perdas Técnicas

Estas perdas também se encontram ligadas à energia distribuída que não é devidamente faturada variando, no entanto, nos fatores que as causam. Estes podem ser a ausência ou falha nos aparelhos contadores, erro de cálculo ou leitura dos dados obtidos nesses mesmos aparelhos e ainda atividades de caráter criminoso tais como fraude ou furto de energia. Toda esta diversidade de ocorrências causadoras das perdas não técnicas implica uma análise mais extensa, pois subdividem-se em vários grupos que serão abordados separadamente, pela seguinte ordem:

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a. Perdas não técnicas por falhas nos equipamentos

A má manutenção dos equipamentos e a deterioração por ação da intempérie condicionam o rendimento do sistema, conduzindo a perdas de energia que não podem ser contabilizadas como perdas técnicas. Estas falhas dos equipamentos resultante de desgaste são ainda mais significativos quando há intervenção de agentes que, não possuindo conhecimentos técnicos, alteram o funcionamento dos equipamentos, causando danos significativos.

b. Perdas não técnicas por erros de facturação

O fator humano é um elemento sempre presente, ao nível da rentabilidade dos sistemas. Um erro de leitura conduz a reacertos que podem levar a perdas. Podem ainda surgir erros informáticos, dupla faturação e arredondamentos mal calculados. De um modo geral as empresas contornam a situação através do recurso cálculos e contagem por estimativa ou consumo médio, realizando, regularmente, leituras presenciais. Estas medidas permitem que, frequentemente, o prejuízo não afete a empresa, pois os ajustes permitem corrigir os erros.

Figura 4[3] – Exemplo da ação das adversidades meteorológicas nas condições do equipamento.Imagens Wikipédia

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c. Perdas não técnicas por consumo estimado

Como já foi mencionado no ponto anterior esta é uma medida muito utilizada pelas empresas, de forma a reduzir dinheiro gasto em recursos humanos. A estimativa permite diminuir o número de funcionários que verificam as contagens no local, garantindo ao mesmo tempo uma faturação previsível, tendo em conta o cálculo do consumo médio do cliente. Esta opção provoca, muitas vezes, uma sobrefaturação e consequente devolução do valor faturado, ou acertos posteriores. Os contadores que apresentam contagens associadas a tarifa bi-horária, com ciclos horários e potências contratadas diferentes, apresentam a possibilidade de cálculo mais descriminado e com melhores parâmetros de leitura.

d. Perdas não técnicas por falta de medição

As razões para a impossibilidade de realizar a medição pelo técnico dependem de diversos fatores. Estes vão desde horários da contagem incompatíveis com a rotina diária dos consumidores, venda da casa ou espaço comercial, falta de acessibilidade ao contador, ausência prolongada ou abandono da residência.

e. Perdas não técnicas devidas a anomalias

Neste caso as perdas têm por razão principal o medidor que, por desgaste, mau fabrico, ou efeitos variados como chuva, oscilações bruscas de temperatura, obras nas proximidades, etc. podem sofrer danos que os tornem mais lentos e realizem uma contagem incorreta e lesiva para a empresa.

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f. Perdas não técnicas por fraude ou furto de energia

Há estudos que apontam este ponto como o que mais contribui para as perdas não técnicas de energia, pois sendo a energia um bem essencial para a vida nos dias que correm, as dificuldades económicas e os preços cobrados pelas empresas, fomentam a procura de meios pouco ou nada éticos de obtenções destes serviços.

Alguns consumidores revelam algum engenho nesta tentativa de evitar o pagamento da fatura de energia sendo a formas mais comum, o furto. Um exemplo é a efetuação de uma ligação direta ao cabo transmissor, onde é utilizado um processo simples de captação sem autorização, por meio de uma gambiarra, ou ganchos (acontece maioritariamente nos países menos desenvolvidos).

Figura 5[4] – Contador vandalizado.Fotografia tirada por residente local (Espinho, Portugal) na tentativa de alertar as autoridades – Rui Henriques.

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Outras possibilidades implicam algum conhecimento técnico, pois implicam manipular o medidor, de modo a provocar uma contagem que não corresponde ao consumo. Como por exemplo a inversão das ligações do medidor, substituição do mecanismo, ponteiros deslocados, introdução de objecto que bloqueia o movimento do medidor, entre muitos outros.

4. Impacto Económico

Como já foi visto, as perdas de energia não-técnicas podem ser de caráter fraudulento- Tanto quando a energia é redirecionada da rede elétrica e consumida diretamente sem ser contabilizada ou quando o sistema elétrico é alterado de alguma forma que leve a que seja paga uma quantidade de energia inferior àquela que é efetivamente gasta.

Um problema que surge como consequência destas perdas de energia fraudulentas é que esses gastos têm de ser compensados e são então incluídos nas tarifas que os consumidores, independentemente de terem um consumo honesto ou não, são obrigados a pagar. A frequência do acontecimento destas fraudes depende da região, e afeta mais comummente os países em desenvolvimento. No entanto, é de destacar a situação do Brasil onde têm um efeito negativo na economia chegando até a “gerar prejuízos estimados em 7 biliões de reais (...) o que representa cerca de 13% da energia consumida.” (SIMÃO, 2012)[a] (aproximadamente 1.600 milhões de euros), pois é comum o furto de energia nas suas comunidades mais carenciadas.

Segundo Bruno Golebiovski, “se fossem eliminadas por completo, as perdas comerciais reduziriam a tarifa em 8%”. Estatísticas semelhantes verificam-se noutros

Figura 6[5] – Propaganda brasileira de sensibilização contra furtos energéticos – (Programa casa segura – Brasil)Figura 7[6] – Foto de um jornal online brasileiro, demonstrando um contador alterado – Portal Sbn

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países da América do Sul. Porém, este problema parece estar a ser corrigido, tanto que o Chile, um país que foi pioneiro ao realizar reformas no setor da energia em 1982, conseguiu reduzir as suas perdas energéticas (totais) de 22% para 5% (ANTMANN, Pedro - 2009)[b].

Conversão do valor das divisas: 14 de outubro de 2105:

1 BRL (Real Brasileiro) = 0,22593 EUR (Euro)

1 EUR (Euro) = 4,41716 BRL (Real Brasileiro)

5. Formas de Prevenção

A necessidade das empresas controlarem e minimizarem os prejuízos resultantes das perdas não técnicas, passa, em termos de ação, fundamentalmente pela prevenção, uma vez que os mecanismos de cobrança e resolução jurídica são normalmente complicados e pouco rentáveis, ao nível do custo e tempo dos processos. Neste contexto as empresas procuram sistemas de controlo que se orientam em duas direções distintas, mas complementares.

Por um lado reforçam o sistema de vigilância dos equipamentos, através de inspeções periódicas aos contadores, verificando a instalação, detetando avarias, falhas ou mesmo fraudes. Este sistema pressupõe uma ação concertada entre o técnico no terreno e o sistema informático que deteta alterações de consumo, comparando leituras, de acordo com a base de dados da empresa.

Por outro lado, cada vez mais, investem no sistema de pagamento da fatura, por débito direto, através do estabelecimento de um acordo com o cliente, onde é definido um valor mensal fixo, tendo em conta o consumo médio da residência ou negócio. No final de um período de tempo, normalmente, um ano, a empresa procede aos acertos, o que lhe permite realizar ajustes, em termos de cálculos que amenizam os prejuízos das perdas não técnicas.

As empresas dispõem ainda da possibilidade, sobretudo, nos casos mais graves de fraude, de utilizar equipamentos que permitem a medição remota, que transmite os dados à sede, sem necessidade de proceder à leitura no local.

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Figura 8[7] – Técnico a instalar um medidor inteligente. Portland General Electric-“Flickr Photos”

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6. A Solução

A evolução tecnológica encaminha-se cada vez mais no sentido das redes inteligentes (smart grids). Apesar de alguma desconfiança do consumidor, sobretudo ao nível do controlo que esta tecnologia permite, criando um efeito de “big brother” que permite às empresas fazer leituras remotas dos consumos elétricos bem como de correntes, tensões, tempos de interrupção do serviço e outras medidas. Esta informação é depois utilizada para gerir a rede de forma mais eficiente.

Na nossa perspetiva a solução alternativa a mais tecnologia seria investir nos recursos humanos, ou seja, as empresas de eletricidade devem reforçar as suas equipas no terreno, realizando um controlo dos contadores, registando as situações mais problemáticas e promovendo uma política de transparência e proximidade ao consumidor. Isto poderá ser visto como um prejuízo, pois envolve encargos ao nível de contratação mas, a médio prazo, pode tornar-se uma opção mais sustentável, quer em termos económicos, quer em termos sociais. A aposta no factor humano fomenta o desenvolvimento económico, através da criação de emprego, o que vai dinamizar o mercado e criar novas necessidades de serviços e, consecutivamente, novos clientes. Apesar de aumentar os custos e as tarifas, a relação benefício/custo parece ser comportável. No entanto, numa sociedade onde tudo é monitorizado remotamente e a redução dos recursos humanos aumenta exponencialmente, põe-se a questão pertinente se haverá clientes com capacidade financeira para pagar o sistema.

Figura 9[8] – Exemplo de uma smart grid, através da ligação de tudo o que é elétrico.Comsar Energy

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Não desvalorizando a importância dos sistemas informáticos e a inevitável sofisticação dos equipamentos, consideramos que, a centralização do controlo dos sistemas elétricos poderá conduzir a um excesso de poder e também a uma possível vulnerabilidade da estrutura, na medida um ataque informático, por exemplo, ao sistema terá consequências de grande dimensão.

7. EDP

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A EDP é o maior produtor de energia elétrica em Portugal e o quarto maior produtor em Espanha, com 23,8 TWh e 9,4 TWh de energia produzidos,

respectivamente, no ano passado. É importante referir que a EDP produz a maior parte desta energia, cerca de 71%, utlizando fontes renováveis, especialmente água e vento.

Relativamente às perdas da rede de distribuição e segundo o relatório de contas de 2014, em Portugal a EDP registou um valor de 10%, o que se traduziu numa redução face ao ano anterior de 8%. Para reduzir estas perdas a empresa está a desenvolver uma ação de prevenção, apostando no rigor dos cálculos. Neste contexto optou pela colocação de telecontadores em todos os Postos de Transformação da rede de distribuição. O objectivo é que, no final deste ano, a telecontagem alcance os 100%.

A empresa está também decidida a investir na implementação das redes inteligentes, smart grids, tendo avançado com projectos nesta área, nos últimos anos. O Inovcity, em Évora, é um dos projectos que se estendeu a outras localidades, tendo em 2014 permitido a instalação de 100 mil contadores inteligentes.

Este projecto permitiu à empresa ficar com um maior e mais completo conhecimento dos hábitos de consumo dos clientes e melhorar a prestação dos seus serviços, reduzindo as perdas. No quadro que se segue, adaptado do apresentado no Relatório de Contas de 2014, página 84, descrevem-se os projectos da empresa, em Portugal, destinados a, por lado, reduzir as perdas, através da otmização do serviço e

Figura 10[9] – Novo logótipo da EDPBanco de Imagens EDP

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por outro, a promover uma melhor relação empresa/cliente.

Alguns programas que a EDP criou e implementou:

(Nome do programa / Descrição do programa)

[c] EDP. Energy that makes a difference Relatório e Contas 2014, 2014.

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8. Conclusão

O trabalho realizado permitiu compreender que as perdas de energia, e especificamente, as perdas não técnicas, são uma questão que desafia as empresas, no sentido de uma melhoria da qualidade e eficiência dos materiais, produtos e serviços, dando origem a inovações e exigência, ao nível do fabrico, manutenção e capacidade dos equipamentos, dos recursos humanos e do investimento nas áreas científica e tecnológica.

No sentido de reduzir as perdas técnicas, as empresas focam-se, cada vez mais, numa solução voltada para os sistemas informatizados, inteligentes e remotamente controlados. O futuro está a acontecer no momento, com a introdução de redes e contadores inteligentes, capazes de registarem e condensarem informação, realizarem ajustes, correções, de forma eficiente, sem necessidade de recorrer à intervenção humana. Portugal acompanha esta tendência, apostando em projectos, cada vez mais inovadores e sofisticados, de produção e distribuição de energia elétrica, que envolvem o recurso às smart grids e smart meeters.

Considerando todas as vantagens e fantásticas possibilidades que este caminho nos apresenta deixamos a nossa solução como uma inquietação que pretende recordar quem se encontra atrás da rede, no final da linha, dependente do sistema e, simultaneamente, criador do sistema. Todas as inovações e grandes sistemas informáticos, mecânicos, eletrónicos, podem conter falhas ou apanhar vírus, o que pode afetar os seus funcionamentos.

O mais imprevisível é o próprio ser humano.

9.

Referências Bibliográficas

Imagens:

[1] Wikipedia, Talk: Electric power distribution:

https://en.wikipedia.org/wiki/Talk%3AElectric_power_distribution, 10 de outubro de 2015.

[2] Wikipedia, Electric Power Transmission,

https://en.wikipedia.org/wiki/Electric_power_transmission#/media/File:Sample_cross-section_of_high_tension_power_(pylon)_line.jpg, 10 de outubro de 2015.

[3] Wikipedia, Effects of Hurricane Wilma in Florida,

https://en.wikipedia.org/wiki/Effects_of_Hurricane_Wilma_in_Florida#/media/File:Wilma-florida-fallen-power-pole.jpg, 10 de outubro de 2015.

[4] Blogspot, Fotos de Rui Henriques,

http://ruimhenriques.blogspot.pt/2013/03/perigo.html?showComment=1444907221311#c1170786394381574981 10 de outubro de 2015.

[5] Programa Casa Segura,

http://programacasasegura.org/blog/2011/11/16/semana-nacional-da-seguranca-com-energia-eletrica/

[6] Portal SBN,

http://www.portalsbn.com.br/es/noticia/inspecao-realizada-no-municipio-de-ibatiba-constatou-furto-de-energia-eletrica 10 de outubro de 2015

[7] Flickr, Portland General Electric,

https://www.flickr.com/photos/portlandgeneralelectric/5245061456 10 de outubro de 2015.

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Texto e Dados:

[a] SIMÃO, 2012, http://repositorio.ufla.br/bitstream/1/1236/1/TESE_Aloca%C3%A7%C3%A3o%20de%20equipes%20de%20campo%20para%20avalia%C3%A7%C3%A3o%20de%20perdas%20n%C3%A3o%20t%C3%A9cnicas%20de%20energia%20el%C3%A9trica%20%20desenvolvimento%20de%20um%20sistema%20de%20apoio%20%C3%A0%20decis%C3%A3o.pdf 14 de outubro de 2015

[b] ANTMANN, Pedro, 2009, https://openknowledge.worldbank.org/bitstream/handle/10986/20786/926390WP0Box3800in0the0power0sector.pdf?sequence=1 14 de outubro de 2015

Culture Change, The Problems With Smart Grids: Dumb and Dangerous, 2011

http://www.culturechange.org/cms/content/view/714/63/ 14 de outubro de 2015

ABRADEE, Perdas na distribuição, 2013http://www.abradee.com.br/imprensa/artigos-e-releases/1018-perdas-na-distribuicao-baixa-tensao-altos-prejuizos-reportagem-especial-canal-energia 25 de outubro de 2015

[c] EDP. Energy that makes a difference Relatório e Contas 2014, 2014,https://www.edp.pt/pt/investidores/publicacoes/Ultimas%20Publicacoes/Relat%C3%B3rio%20e%20Contas%202014.pdf 25 de outubro de 2015