15.6 Discussão

Auto-suficiência O sistema energético proposto para o conceito Smarthood é capaz de alcançar quase total independência da rede através da utilização da flexibilidade proporcionada pelos vários componentes do sistema. O sistema aquapônico, especialmente, tem um positivo

Quadro 15.4 Procura flexível do sistema aquaônico

tabela cabeça tr class=“cabeçalho” th Componente /th th Ordem de grandeza /th th A flexibilidade /th /tr /cabeçote tbody tr class=“ímpar” td rowspan=3 Bombas /td td 0,05—0,15 kWSUbe/Sub MSUP3/sup /td td rowspan=3 Nem todas as bombas têm de funcionar continuamente. Os principais processos (controlo de oxigénio, controlo de amoníaco, controlo de COSub2/sub, trocas de tanques, controlo de sólidos suspensos) devem funcionar continuamente. Processos menores, como dosagem de tampão de pH, rotinas de retrolavagem, trocas de água ou oxigenação de reserva, não precisam funcionar continuamente /td /tr tr class=“mesmo” td 1—3 kWSube/Sub /td /tr tr class=“mesmo” td 8,76—28,26 Mwhsube/sub/ano /td /tr tr class=“ímpar” td rowspan=2 iluminação /td td 80—150 W/mSUP2/Sup /td td rowspan=2 As plantas precisam de ~4—6 h de escuridão, o resto do dia elas podem ser iluminadas artificialmente. Isso deixa aprox. 0 (verão) a 12 (inverno) horas de iluminação adicional flexível /td /tr tr class=“mesmo” td Com um fator de capacidade de 10 a 20%, isso leva a 28—105 MWhsube/sub/ano KWSube/sub/submarino /td /tr tr class=“ímpar” td rowspan=2 Aquecimento de ambiente (piso radiante) e aquecimento de tanques de aquicultura /td td 444 kWsubth/sub/MSUP2/SUP/ano /td td rowspan=2 Devido à alta massa térmica do piso de concreto e ao grande volume de água no tanque RAS, a carga de calor é extremamente flexível /td /tr tr class=“ímpar” td 177,8 MWhsub/sub/ano /td /tr tr class=“mesmo” td rowspan=2 Unidade de destilação /td td 50 kWsubth/Sub MWhSuba/sub/ano /td td rowspan=2 A unidade de destilação opera com água quente (70—90° C) e pode ser operada com um grau significativo de flexibilidade (MemSys 2017) /td /tr tr class=“ímpar” td 166,4 MWhsub/sub/ano /td /tr /tbody /tabela

efeito sobre a flexibilidade geral do sistema. Com 95,38% de autossuficiência de energia, este sistema funciona melhor do que qualquer outro sistema economicamente viável avaliado em pesquisas anteriores (de Graaf 2018).

_Control Architecture _ Facilitar uma economia energética local descentralizada, como a proposta no conceito Smarthoods, requer uma plataforma que acompanhe todas as transações peer-to-peer que ocorrem dentro da vizinhança. A rede peer-to-peer correspondente pode ser classificada como uma abordagem de sistema multiagente (MAS), na qual múltiplos nós (por exemplo, agregados familiares ou edifícios de utilidade pública) funcionam como agentes independentes com o seu próprio objetivo (por exemplo, minimizar custos ou maximizar a poupança de energia) e o correspondente processo de tomada de decisão. Uma abordagem de tomada de decisão descentralizada e multiagente é necessária devido à complexidade do sistema. Há simplesmente muita informação e muitas variáveis para o cálculo de uma arquitetura de controle hierárquica, de cima para baixo e centralizada.

Blockchain Uma arquitetura de controle de sistema multi-agente baseada em blocos poderia potencialmente fornecer a estrutura necessária para acomodar uma rede peerto-peer descentralizada. Um grande número de nós distribuídos garante estabilidade e segurança para a rede, e uma alternativa à mineração pode ser usada: a cunhagem. Com a cunhagem, os tokens/moedas são gerados com base nos dados fornecidos por um dispositivo do mundo real, como um medidor de energia inteligente. Desde que essas fontes de informação possam ser confiáveis, ou seja, que esses dispositivos possam ser invioláveis, pode ser criado um livro de contabilidade seguro e independente no qual várias partes interessadas possam trocar bens (por exemplo, eletricidade) e serviços (por exemplo, gestão do lado da demanda). Usando contratos inteligentes, serviços complexos, como negociação de flexibilidade podem ser programados na arquitetura de controle do sistema.

Internet of Things Os componentes constituintes do sistema Smarthood, tais como bombas de calor, iluminação de estufa ou UASB, podem ser controlados usando sensores e atuadores conectados à Internet, conhecidos como Internet das Coisas. Uma rede de sensores IoT permite a ampla aquisição de dados, que vão desde a concentração de nutrientes do tanque de peixes até, por exemplo, ciclos de carga da bateria, tudo em uma base de tempo. Estes dados podem ser utilizados para verificar o modelo numérico e otimizar o controlo dinâmico do sistema.

Inteligência Artificial Otimizar o controle do sistema Smarthood pode ser feito analisando os dados usando algoritmos de inteligência artificial, como programação genética (algoritmos evolutivos) ou aprendizado de reforço de máquina. Com o aprendizado de reforço de máquina, por exemplo, um conjunto de ações e sua influência sobre o ambiente são passados para o algoritmo como argumentos de entrada, juntamente com o estado atual do sistema e uma função cumulativa objetiva/custo. Um processo de tomada de decisão heurística de melhoria incremental pode ser implementado em cada agregado familiar, que se adaptará dinamicamente às situações, a fim de encontrar um programa de tomada de decisão quase ótimo que gerencie os fluxos de energia dentro da casa e do Smarthood. Cada casa pode executar esse algoritmo e, como resultado, uma arquitetura de sistema de controle multi-nodal, conhecida como um sistema multi-agente (MAS), pode ser criada que é relativamente barata computacionalmente (em comparação com o controle centralizado) —- e próxima do ideal.

_Barreiras Legais _ A natureza altamente inovadora de vários aspectos do conceito Smarthood, como a microrede de poligeração, o sistema aquapônico multi-loop e os requisitos de planejamento urbano não convencionais, traz um conjunto único de desafios a superar. Para muitos desses desafios, o atual quadro regulamentar é insuficiente para acomodar os desenvolvimentos propostos no conceito de Smarthoods.

Microgrids, por exemplo, funciona melhor quando há um mercado local em que vários prosumers (consumidores que produzem simultaneamente energia) podem se envolver em comércio de energia sem atrito peer-to-peer em um mercado livre. As forças do mercado trabalharão então para criar um mercado local da energia, no qual um preço flutuante da energia resultará da oferta e da procura locais. Por conseguinte, esta flutuação de preços incentivará soluções energéticas inteligentes, tais como o armazenamento de energia, a gestão da procura ou a produção flexível de energia. Na maioria dos países da UE, um mercado local livre é actualmente impossível devido à regulamentação; os impostos têm de ser pagos por cada kWh que passa pelo contador de electricidade, o preço da electricidade para os consumidores é fixo e os consumidores não estão autorizados a participar no mercado da energia sem a intervenção de um terceiro chamada aggregator. Com o aumento esperado do desenvolvimento de projetos de microrede, as entidades reguladoras terão de encontrar formas de facilitar os mercados locais da energia, a fim de desbloquear todo o potencial das microredes altamente integradas (ver exemplo 15.2).

Exemplo 15.2

Um avanço recente no quadro regulamentar nos Países Baixos é a introdução do experimenteerregeling, uma lei experimental que permite a um pequeno número de projectos cuidadosamente seleccionados (como a de Ceuvel, exemplo Z.1) para permitir que as cooperativas energéticas se tornem o seu próprio operador de rede de distribuição, como se estivessem atrás de uma única conexão de metro. Esta lei é indicativa do conhecimento, por parte dos órgãos reguladores neerlandeses, das barreiras jurídicas anteriormente mencionadas, pelo que provavelmente levará à revisão da actual legislação relativa à electricidade num futuro próximo, a fim de melhor acomodar os desenvolvimentos das microredes.

Existem também algumas barreiras legais na maioria dos países da UE no que diz respeito à reutilização da água negra tratada para a produção de peixe e de plantas, uma vez que é necessário garantir que os agentes patogénicos humanos sejam totalmente eliminados. Mais informações sobre o quadro jurídico da aquapônica podem ser consultadas em [Capítulo 20](/comunidade/artigos/capítulos 20-regulatórios-quadros-para-aquaponicas-na-união europeia).