Energia e Meio Ambiente

Modernização da rede para energia renovável

Modernização da rede para energia renovável

A usina de transformação de resíduos em energia da Tyseley em Birmingham [Fonte da imagem:Elliott Brown, Flickr]

Em muitos países ao redor do mundo, incluindo vários estados do oeste, a rede elétrica é antiquada, com tecnologia que remonta à época de Thomas Edison. Isso significa que o setor elétrico global tem que encontrar novas maneiras de fornecer energia, especialmente de uma forma que evite a emissão de gases de efeito estufa prejudiciais que causam mudanças climáticas ou causam poluição do ar prejudicial ou outros impactos ambientais adversos. Outras considerações incluem maior eficiência, redução de custos e crescimento do mercado. Cada vez mais, as nações ao redor do mundo estão favorecendo a energia renovável, em vez dos combustíveis fósseis e nuclear.

No entanto, muitas tecnologias renováveis, com exceção do biogás gerado a partir da biomassa e da digestão anaeróbia e geotérmica, são intermitentes, sendo dependentes dos padrões climáticos. Por esta razão, as tecnologias de energia renovável terão de ser incorporadas a um pacote global de energia renovável de várias tecnologias com o apoio de sistemas de armazenamento de energia, estratégias de redução da demanda e sistemas de eficiência energética, como redes inteligentes.

As concessionárias, especialmente, estão começando a modernizar a rede por meio do desenvolvimento de redes inteligentes que usam tecnologias de informação e comunicação para tornar a rede mais gerenciável e eficiente. No entanto, o sucesso de tal estratégia requer que os sistemas e dispositivos sejam interoperáveis ​​entre si, devido à sua complexidade e ao número e escala dos dispositivos envolvidos.

A criação de uma rede inteligente envolve basicamente a ‘informatização’ da rede elétrica existente. Isso pode ser conseguido instalando tecnologia de comunicação digital bidirecional que se comunica com os vários dispositivos inteligentes de energia que gerenciam a rede, cada um dos quais pode ser equipado com sensores para coletar informações. Esses sensores incluem medidores de energia, sensores de tensão, detectores de falha e assim por diante. Haverá também comunicação digital bidirecional entre os próprios dispositivos e um centro de operações de rede que permite ao utilitário controlar cada dispositivo ou até mesmo milhões de dispositivos de um local de gerenciamento central.

A implantação da tecnologia de comunicação de dados cria um mercado no qual as empresas lutam para desenvolver novos aplicativos e software. Isso gera benefícios importantes, como segurança cibernética e uma capacidade aprimorada de integrar tecnologia de energia renovável à rede, incluindo transporte de baixo carbono, como veículos elétricos (VEs).

Os EUA têm se empenhado fortemente na modernização da rede após a aprovação da Lei de Independência e Segurança de Energia (EISA) de 2007. Isso fornece suporte legislativo para o programa de rede inteligente do Departamento de Energia dos EUA (DOE), criando um Comitê Consultivo de Rede Inteligente e Federal Smart Grid Task Force como uma parte importante do processo. A EISA também estabeleceu uma Iniciativa de Demonstração Regional de Smart Grid e dirigiu o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), com o DOE e outros, para desenvolver uma Estrutura de Interoperabilidade de Rede Inteligente. O financiamento é fornecido por meio de um Fundo Federal Matching do DOE para custos de investimento em redes inteligentes.

O Escritório de Fornecimento de Eletricidade e Confiabilidade de Energia (OE) está assumindo a responsabilidade de liderança na transformação da rede elétrica dos Estados Unidos com a assistência de partes interessadas da indústria, academia e governos estaduais. Isso envolve prioridades consideráveis ​​de pesquisa e desenvolvimento com o objetivo de responder aos vários desafios e acelerar a transformação do sistema elétrico em uma rede inteligente. Isso também envolve novos modelos de negócios e política regulatória.

[Fonte da imagem:Ian Muttoo, Flickr]

Desafios

Um dos principais problemas com a rede existente nos Estados Unidos, e provavelmente em outros países ocidentais, é que tem havido um subinvestimento crônico, particularmente em transmissão e distribuição. Existem centenas de milhares de linhas de transmissão de alta tensão nos Estados Unidos, mas apenas 668 milhas adicionais de transmissão foram instaladas desde 2000. Isso significa que as restrições do sistema continuarão a piorar se os problemas não forem resolvidos. Atualmente, interrupções e problemas de qualidade de energia custam às empresas americanas mais de US $ 100 bilhões por ano e houve pelo menos cinco blecautes massivos nos últimos 40 anos. No entanto, se a rede se tornasse ainda 5% mais eficiente, isso representaria uma economia de energia equivalente às emissões de combustível e gases do efeito estufa de 53 milhões de carros.

O que agrava o problema é o fato de que vivemos em uma sociedade digitalizada em rápida evolução. A necessidade de uma transição para uma economia renovável moderna a fim de combater as mudanças climáticas adiciona demandas extras. Atualmente, os EUA produzem 25% dos gases de efeito estufa do mundo, apesar de terem apenas 4% da população global. Metade da energia do país ainda é gerada por usinas a carvão. Enquanto isso, nações como a Alemanha estão liderando o mundo no desenvolvimento de tecnologias de energia renovável, como solar e eólica, enquanto o Japão está avançando rapidamente para o desenvolvimento de tecnologia avançada de armazenamento de energia e a União Europeia (UE) adotou uma 'agenda de rede inteligente' em que os edifícios funcionarão como mini usinas.

De acordo com um relatório da Agência de Rede Federal Alemã em janeiro de 2015, as redes nacionais europeias enfrentam três grandes desafios em particular, relacionados à geração de energia desigual, conexão em grande escala e aumento do comércio de eletricidade.

A geração irregular de energia é causada pela natureza intermitente da tecnologia de energia renovável, que pode causar flutuações que afetam a estabilidade da rede. Isso afeta as principais linhas de transmissão de longa distância e mais redes de distribuição regionais.

À medida que a geração de energia se torna mais descentralizada (geração distribuída), em grande parte por meio de sistemas de energia renovável, como energia solar fotovoltaica de telhado e parques eólicos, um grande número de instalações de geração de energia estão se conectando à rede.

O comércio de eletricidade é um problema específico para a Alemanha devido à sua localização central, o que lhe confere o status de país de trânsito entre os mercados de eletricidade da Europa Ocidental e Oriental. Isso significa que cada vez mais terá de lidar com mais transações de eletricidade transfronteiriças do que outros países da UE.

Requisitos de uma rede inteligente

Como o Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE) explica em seu livro de 2010 The Smart Grid: An Introduction, as novas redes nacionais serão inteligentes, eficientes, acomodatícias, motivadoras, oportunistas, focadas na qualidade, resilientes e verdes. O que tudo isso significa exatamente?

De inteligente, o DOE significa que o sistema será capaz de detectar sobrecargas e redirecionar a energia para evitar interrupções. Também será capaz de operar de forma autônoma em um ritmo mais rápido do que o fornecido pelo trabalho manual humano e cooperativamente - fazendo a ligação entre concessionárias, consumidores e reguladores.

Será eficiente no sentido de que poderá atender ao aumento da demanda sem a necessidade de instalação de infraestrutura adicional.

A rede inteligente será capaz de acomodar energia de qualquer fonte de combustível, especialmente no que diz respeito a tecnologias de energia renovável, como solar e eólica. Será capaz de fazer isso de forma rápida e eficiente e será capaz de integrar novas tecnologias de geração ao sistema à medida que são desenvolvidas com o suporte de novas tecnologias de armazenamento de energia.

O sistema vai ajudar a motivar consumidores rumo a uma gestão mais eficiente de seu fornecimento de eletricidade, proporcionando uma melhor comunicação entre as famílias e as concessionárias que fornecem sua energia. Isso significa que eles serão capazes de ajustar o consumo de energia de acordo com seus requisitos precisos de acordo com o preço e / ou preocupações ambientais.

A rede inteligente criará novos oportunidades e mercados, gerando empregos e contribuindo significativamente para a economia nacional e global.

Será focado na qualidade no sentido de que será capaz de fornecer energia sem risco de quedas de energia, picos ou outros distúrbios. Ele será totalmente capaz de dar suporte à nossa sociedade digitalizada com toda a sua variedade de dispositivos, de computadores a consoles de jogos, aparelhos inteligentes e outros eletrônicos avançados.

As novas redes de energia serão resiliente, capaz de evitar ataques de desastres naturais ou cibercriminosos por meio do uso de tecnologia de segurança de rede inteligente.

Finalmente, o sistema será verde - combater a mudança climática global e tornar nossas vidas muito mais sustentáveis ​​do que são atualmente.

O DOE categoriza os componentes da nova rede inteligente de acordo com cinco tecnologias específicas. São eles: comunicações integradas, detecção e medição, componentes avançados, controles avançados e interfaces aprimoradas.

A tecnologia de visualização já está sendo usada por concessionárias para monitoramento de carga em tempo real e planejamento de aumento de carga. No entanto, essa tecnologia tende a não ser capaz de integrar informações de uma infinidade de fontes diferentes ou exibir informações para usuários diferentes. A Infraestrutura de Medição Avançada (AMI) visa integrar os consumidores em uma rede inteligente, dando-lhes a capacidade de gerenciar seu fornecimento de eletricidade com mais eficiência. Ele também permite que os utilitários detectem problemas mais rapidamente e operem seus sistemas com mais eficiência. Os sinais de preço serão retransmitidos para aparelhos inteligentes e controladores e termostatos domésticos inteligentes. Esses dispositivos irão então processar as informações com base nos requisitos do consumidor. Isso acontecerá em segundo plano com um requisito mínimo de intervenção humana, o que, por sua vez, gerará economias de custo significativas. As PMU (Phasor Management Units) amostram a tensão e a corrente em locais específicos, realizando medições a cada 2 a 4 segundos e, assim, permitindo a consciência situacional do sistema e evitando apagões.

Colocando tudo em prática

Vários estados nos EUA já adotaram um Padrão de Portfólio Renovável (RPS) que define metas para integração de energia renovável e o recente acordo de Paris sobre ações para enfrentar as mudanças climáticas significará que ainda mais países no mundo começarão a aumentar sua energia renovável infraestrutura em harmonia com um novo mercado global de energia renovável.

No entanto, no Reino Unido, os recentes cortes nos subsídios para tecnologias de energia renovável colocaram um ponto de interrogação sobre a capacidade e / ou vontade do governo conservador de investir ou fazer a transição para uma nova rede inteligente capaz de integrar totalmente a tecnologia de energia renovável. Em maio de 2015, o órgão comercial do setor de energia solar do Reino Unido, a Solar Trade Association (STA), teve que pedir ao governo que fizesse mais para investir na modernização da rede, a fim de integrar a energia renovável. Atualmente, o Reino Unido sofre com o envelhecimento da infraestrutura, o que limitará a capacidade do país de cumprir suas várias metas de mudança climática e energia renovável. Seis anos atrás, a Western Power Distribution, a Operadora de Rede Distrital (DNO) de Midlands, sudoeste da Inglaterra e País de Gales, teve que fechar a rede para novos projetos de energia renovável, particularmente aqueles que estão sendo desenvolvidos em Cornwall, Devon, Somerset e Dorset. Enquanto isso, partes do leste e sudeste da Inglaterra quase não têm capacidade sobressalente, de acordo com a UK Power Networks.

O Reino Unido é obrigado, como membro da UE, a produzir pelo menos 15% de sua energia a partir de fontes renováveis ​​de energia até 2020, mas há uma preocupação crescente sobre sua capacidade de fazê-lo. O Escritório de Estatísticas Nacionais (ONS) disse em fevereiro de 2015 que o Reino Unido terá que mais do que dobrar sua eletricidade renovável para 30 por cento se quiser atingir suas metas gerais para 2020.

“A rede agora está esclerosada em alguns lugares e há até modestos telhados solares que não conseguem conexões com a rede”, disse Leonie Green, ex-chefe de assuntos externos da STA. “Estamos tentando fazer com que os DNOs operem em um modelo de negócios mais ativo, mas a quantidade de energia solar projetada para 2023 é menor do que temos hoje. Estamos perdendo informações básicas porque não temos uma avaliação de quanta capacidade real resta e o que é necessário para cumprir as metas de 2020. O novo secretário de estado não tem tempo a perder para colocar a rede no caminho certo se quisermos um sistema elétrico de baixo carbono. ”

De acordo com a Energy UK, custará cerca de £ 30 bilhões para modernizar a rede elétrica do Reino Unido e levá-la aos padrões da rede inteligente.

[Fonte da imagem:Wikimedia Commons]

Conclusão

Os críticos de energia renovável dirão a você que a intermitência das tecnologias de energia renovável está gradualmente nos levando a uma série de enormes desastres de energia no futuro próximo, mas isso é pouco mais do que propaganda. Se a rede for modernizada de forma eficaz, o que precisa ser feito, esses problemas podem ser resolvidos de forma eficaz. Em suma, para acomodar um futuro de energia renovável, toda a rede de energia deve ser completamente transformada. A boa notícia é que isso é exatamente o que está acontecendo agora.

“As mudanças que estão surgindo, como veículos elétricos, como energia renovável, realmente não podem ser acomodadas pelas redes existentes”, disse o consultor independente de energia John Scott, falando ao The Guardian em junho de 2015. Scott também é membro do Fórum SmartGridGB, que discute e promove o desenvolvimento de redes inteligentes no Reino Unido. “Portanto, em vez de tornar a rede cada vez maior ... as tecnologias inteligentes permitem que você obtenha muito mais do que já possui.”

De acordo com o Dr. Luis Nando Ochoa, professor sênior em redes de distribuição inteligentes na Universidade de Manchester, ou o Reino Unido terá que pagar milhões de libras para reforçar sua rede atual ou terá que adotar tecnologia inteligente. Com a última opção, as coisas podem ser controladas de forma mais eficaz com a mesma infraestrutura, que se comporta de forma muito mais inteligente.

As coisas estão realmente mudando rápido, mas novamente é necessário. Esperamos muito e a mudança está atrasada.


Assista o vídeo: Como CONECTAR a ENERGIA SOLAR na REDE ELÉTRICA pelo PADRÃO de LUZ (Julho 2021).