Grid Edge - onde o sistema de energia do futuro decola

Por que a interface entre a rede e os consumidores desempenha um papel fundamental na descarbonização do sistema de energia.

A transição para o fornecimento renovável apresenta grandes desafios ao sistema energético. Abordagens promissoras para enfrentar esses desafios estão surgindo atualmente na Grid Edge - na interface entre a rede e os consumidores. A digitalização está permitindo uma nova maneira de produção, armazenamento e consumo de energia trabalharem juntos, beneficiando todos os envolvidos.

 

O fornecimento de energia segue o mesmo princípio há décadas. Grandes usinas geram energia, e a energia chega aos consumidores por meio da rede. No novo mundo da energia, onde cada vez mais energia vem de fontes renováveis, esse conceito está sendo levado ao seu limite. Descarbonizar o fornecimento de energia significa muito mais do que “meramente” se afastar dos combustíveis fósseis: torna a transformação do sistema de energia inevitável.

 

 

Um dos motivos é que a energia renovável - eólica e solar - não é produzida apenas em grandes usinas. Eles são gerados cada vez mais de forma descentralizada em milhões de pequenas ou minúsculas fábricas localizadas em parques industriais, nos telhados de residências unifamiliares e em fazendas em áreas rurais. Além disso, a geração de energia em usinas fotovoltaicas e turbinas eólicas está sujeita a flutuações extremas. O sol não brilha o tempo todo, nem o vento sopra sempre com a mesma força. As usinas convencionais, ao contrário, fornecem energia constantemente, dia e noite, inverno e verão.

 

Se quisermos usar mais eletricidade de fontes renováveis, precisamos de maior flexibilidade no sistema de energia.
Michael Weinhold, CTO, Siemens Smart Infrastructure

Em direção a uma grade mais flexível

Quanto maior a proporção de energia eólica e solar na matriz energética, maior a flutuação na geração de energia. Em certos momentos, mais energia é produzida do que consumida, enquanto em outros momentos, a demanda é maior do que a oferta. “Na rede elétrica, a geração e o consumo devem estar sempre em equilíbrio”, diz Michael Weinhold, CTO da Siemens Smart Infrastructure. O maior desafio é equilibrar uma produção cada vez mais flutuante com um consumo, que também flutua. “Se quisermos usar mais eletricidade de fontes renováveis, precisamos de maior flexibilidade no sistema de energia.”

No futuro, deve, portanto, ser possível cobrir a demanda de eletricidade quando não houver um fornecimento suficiente de energia eólica e solar. Para conseguir isso, as usinas de energia flexíveis precisam entrar em ação com capacidades rapidamente controláveis. Alternativamente, as cargas do lado do consumidor podem precisar ser aliviadas para que menos eletricidade seja necessária. Além disso, o armazenamento da bateria pode fornecer parte da flexibilidade necessária.

O objetivo é ter um sistema inteligente, onde a rede elétrica, produtores, armazenamento e consumidores trabalhem em conjunto de forma autônoma.
Michael Weinhold, CTO, Siemens Smart Infrastructure

Um requisito básico para aumentar a flexibilidade é tornar o status da grade e a interação entre os componentes conectados mais transparentes. Deve ser possível conectar e controlar digitalmente usinas fotovoltaicas, turbinas eólicas e outros produtores de energia.



O mesmo vale para o lado do consumidor: quanto mais precisamente o consumo de uma planta industrial ou um edifício inteligente puder ser previsto e também variado, mais flexível poderá ser o sistema de energia. “O objetivo é ter um sistema inteligente, onde a rede elétrica, os produtores, o armazenamento e os consumidores trabalhem juntos de forma autônoma”, diz Michael Weinhold.

Mais armazenamento é necessário

É claro que um sistema deste tipo requer capacidade adicional de armazenamento de energia. No nível da rede, precisamos de sistemas de armazenamento que possam produzir ou inserir muita energia em frações de segundos para estabilizar a rede, como baterias e unidades de armazenamento de energia do volante. Para não esquecer, são necessários mais sistemas de armazenamento de longo prazo, além de quaisquer usinas hidrelétricas reversíveis existentes.

 

As soluções de armazenamento são relevantes no novo mundo da energia, e não apenas no nível da rede. As empresas e particulares que produzem sua própria eletricidade - os prosumidores - também se beneficiam de maneiras de armazenar eletricidade. Os prosumers que operam usinas eólicas e solares enfrentam problemas semelhantes aos dos operadores de rede, mas em menor escala. Suas plantas produzem energia em excesso em determinados momentos, mas não podem atender à sua própria demanda em outros momentos. Os sistemas de armazenamento permitem que os consumidores consumidores usem a eletricidade de forma mais independente de seu tempo de geração. Eles podem, portanto, utilizar mais de sua própria energia - o que é claramente uma vantagem econômica. Além disso, eles obtêm um maior grau de autonomia e uma fonte de alimentação mais resiliente.

 

A Grid Edge é uma nova dimensão que se abre quando consumidores, prossumidores, mercados de energia e rede inteligente interagem.
Michael Weinhold, CTO, Siemens Smart Infrastructure

A busca por maneiras de armazenar e fazer o melhor uso possível da energia elétrica foi além do fornecimento de energia em si. Com o acoplamento setorial, os setores de eletricidade, gás ou aquecimento são combinados. Nos chamados processos power-to-X, o excesso de energia é transformado em outras formas de energia, como calor ou gás. Estes podem ser usados ​​diretamente (por exemplo, para aquecimento) ou armazenados. Em um estágio posterior, a energia armazenada poderia ser transformada em energia elétrica. Com o aumento da eletromobilidade, o acoplamento dos setores de energia e mobilidade também está se tornando um ponto focal.

 

Novas abordagens tecnológicas na Grid Edge

Esta configuração de redes inteligentes, sistemas de armazenamento e prossumidores cria novas maneiras de aumentar a flexibilidade e confiabilidade do sistema de energia. Consequentemente, surgem novas oportunidades para produtores de energia e operadores de rede, bem como empresas e particulares, para participarem em novos modelos de negócios.



Muitas dessas possibilidades estão na interface entre a rede e o mundo dos prossumidores e consumidores - a chamada Grid Edge. “A Grid Edge é uma nova dimensão que se abre quando consumidores, prossumidores, mercados de energia e rede inteligente interagem”, diz Michael Weinhold.



Aqui, na grid edge, as relações entre consumo, produção e armazenamento estão sendo redefinidas, pode-se dizer. Facilitados pela digitalização, os fluxos de energia estão se tornando mais transparentes e a complexa interação entre produção e consumo cada vez mais administrável.



A característica das soluções na grid edge e é que abrangem diferentes aplicações. As tecnologias podem ser combinadas de maneira modular, conforme necessário. A seguir, alguns deles são apresentados.

Gestão de carga

O gerenciamento inteligente de carga (Demand Side Management) dá aos operadores da rede a capacidade de influenciar diretamente o consumo de energia quando a demanda por eletricidade é muito alta ou muito baixa ou em caso de gargalos na rede. Ideal para gerenciamento de carga são, entre outros sistemas de aquecimento e resfriamento. Seus perfis de carga podem ser ligeiramente deslocados sem consequências significativas.

 

Usinas de energia virtuais

O conceito de usinas virtuais visa combinar unidades descentralizadas de forma a aumentar a flexibilidade e possibilitar aos participantes a comercialização conjunta de sua energia. Instalações de produção, como usinas de biogás, turbinas eólicas, sistemas fotovoltaicos e usinas hidrelétricas, bem como consumidores de energia, sistemas de armazenamento de energia e usinas power-to-X, podem ser interconectadas. Em teoria, é assim que qualquer parte interessada em produção, armazenamento ou consumo descentralizada no mercado de energia poderia se tornar parte de uma usina de energia virtual. Na prática, entretanto, as circunstâncias regulatórias locais estabelecem certos limites.

 

 

Microrredes

Microrredes - redes inteligentes segregadas localmente que produzem sua própria energia - podem ser usadas para diferentes fins. As microrredes autônomas cobrem sua própria demanda de energia permanentemente, que funciona em áreas remotas que não têm conexão com a rede elétrica. Quando conectadas à rede, as microrredes podem fornecer serviços de rede, por exemplo, equilibrando picos de carga.

“Assumimos que a rede inteligente do futuro terá uma estrutura celular, na qual as microrredes ajudam a coordenar o equilíbrio entre geração e consumo no nível mais baixo da rede”, diz Michael Weinhold. As microrredes aumentam a segurança do abastecimento local e contribuem para uma operação mais estável da rede quando combinadas com soluções de armazenamento.

Eletro mobilidade

O número de veículos elétricos não para de crescer. Isso representa um desafio para as redes, porque no futuro podem ocorrer picos de carga consideráveis ​​quando os processos de carregamento ocorrem simultaneamente. Ao mesmo tempo, o eMobility também oferece enormes oportunidades para a rede elétrica. Se carregados de forma inteligente, os carros elétricos se transformam em consumidores flexíveis e, conseqüentemente, candidatos ideais para o gerenciamento de carga. Por exemplo, eles podem reduzir o custo de uma expansão da infraestrutura da rede. No futuro, as baterias de veículos elétricos podem servir como fonte de energia quando a energia de equilíbrio adicional for necessária na rede. No entanto, o desenvolvimento da tecnologia relevante (veículo para grade) ainda está em um estágio inicial.

 

Novas oportunidades para todos os jogadores envolvidos

Os sistemas inteligentes que coordenam a produção, armazenamento e consumo de energia criam novas oportunidades para todos os participantes envolvidos. Eles permitem que os consumidores e consumidores tornem seus edifícios e plantas industriais mais eficientes em termos de energia e façam uso otimizado da produção de energia no local. Conceitos como gerenciamento de carga e usinas virtuais permitem que esses players participem dos mercados de energia. Ao mesmo tempo, eles contribuem para a rede elétrica inteligente, flexível, econômica e confiável do futuro, que está começando a crescer no limite da rede.

 

06/15/2020

Picture credits: Siemens AG

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