Apoiando a transição dos combustíveis fósseis com o poder dos componentes eletrônicos
Microrredes: Promovendo a produção local para o consumo local de energia renovável
A utilização eficaz das energias renováveis, como a solar e a eólica, é um elemento essencial para alcançar a neutralidade carbónica. De acordo com o Análise estatística da energia mundial 2023 Segundo um relatório publicado pelo Instituto de Energia do Reino Unido, as energias renováveis, incluindo a energia hidroelétrica, já representam cerca de 30% do abastecimento de eletricidade a nível mundial. A quantidade total dessa energia renovável é de 8.539 TWh. Isto significa que aumentou mais de quatro vezes os 2.058 TWh que tinha em 1985.
Quando se trata de formas de utilizar plenamente as energias renováveis, muitas pessoas pensam na produção de eletricidade em grande escala em locais repletos de energia natural. Exemplos disso são a produção de energia solar em locais vastos como desertos ou pradarias e a produção de energia eólica no mar. No entanto, existem formas de energia renovável mesmo no meio de qualquer grande cidade. De facto, estão a ser promovidos esforços proactivos para introduzir a produção de eletricidade com energias renováveis nas zonas urbanas. No Japão, por exemplo, estão a ser instalados painéis solares nos telhados dos edifícios e nas coberturas das casas. A quantidade de energia gerada por estes painéis solares é pequena. Isto significa que estão a ser colocados como fontes de energia auxiliares. No entanto, estão a ser efetivamente utilizados. Além disso, estão a ser envidados novos esforços para desenvolver e introduzir tecnologias de produção de energia solar nas paredes e janelas dos edifícios e tecnologias que geram energia utilizando as vibrações provenientes das pessoas que caminham.
Olhando para a situação de uma perspetiva global, muitas cidades de pequena e média dimensão estão a esforçar-se por alcançar a produção local para consumo local, em que a energia consumida localmente é fornecida através da utilização de energia eólica, solar, hidroelétrica e outras formas de energia renovável nessa localidade. Além disso, um número crescente de empresas está também a participar no RE100. A RE100 é uma iniciativa internacional cujo objetivo é que as empresas forneçam a energia que utilizam nas suas actividades com 100% de energia renovável. Estas empresas estão a introduzir proactivamente equipamento de produção de energia nas suas fábricas e outras instalações para produzir o máximo de energia possível por si próprias (Fig. 1).
Microrredes: Apoiar a produção local para consumo local de energia renovável
Podemos dizer que os esforços para alcançar a produção local para consumo local através da conversão de energia renovável em energia eléctrica são um meio extremamente eficaz de utilização de energia. Isto porque é possível minimizar a perda de energia que ocorre sempre nos sistemas eléctricos durante a transmissão e distribuição dessa energia.
As centrais eléctricas de grande escala estão localizadas longe das cidades onde é consumida uma grande quantidade de energia nos sistemas eléctricos actuais. A energia gerada nessas centrais é transmitida e distribuída para as zonas onde é consumida para ser utilizada na vida quotidiana e nas actividades socioeconómicas. No entanto, cerca de 30% da energia gerada nas centrais eléctricas é desperdiçada no processo até à sua utilização através da rede de transmissão e distribuição de energia (também conhecida como rede). Isto deve-se ao facto de uma grande quantidade de energia ser dissipada sob a forma de calor ou de ondas electromagnéticas devido às linhas eléctricas e às cargas dos conversores de energia. Quanto mais curta for a distância de transmissão e distribuição de energia, menos vezes a energia é convertida, o que permite reduzir a perda de energia. Assim, podemos minimizar a ocorrência de perdas de energia através da produção local para consumo local, utilizando a energia natural que nos rodeia como fonte de energia distribuída.
*Esta página com ligação está em japonês.
Uma rede eléctrica de pequena escala com o objetivo de obter produção local para consumo local de energia é designada por microrrede (Fig. 2). Para além de utilizarem eficazmente as energias renováveis, as microrredes têm outros benefícios, uma vez que são sistemas de energia distribuídos. Por exemplo, as microrredes são capazes de fornecer energia de forma estável às comunidades, mesmo no caso de um corte de energia em grande escala durante uma emergência, como uma catástrofe. Isto permite-nos manter a nossa vida quotidiana e as nossas actividades comerciais.
Pré-requisito principal da operação de sistemas de energia: Princípio de Balanceamento
O conceito de microrredes é simples. No entanto, a concretização das microrredes não é assim tão fácil. Isto deve-se ao facto de existir um princípio importante na construção e funcionamento dos sistemas de energia, denominado "princípio de equilíbrio".
O princípio do equilíbrio é a regra segundo a qual a quantidade de energia fornecida por uma central eléctrica deve corresponder sempre à quantidade de procura de energia, independentemente do sistema elétrico. Se operarmos um sistema de energia em violação deste princípio, a tensão da energia tornar-se-á instável e o equipamento pode falhar, levando a um corte de energia em grande escala.
No entanto, a energia derivada de energias renováveis, como a energia solar, é produzida a partir de fenómenos naturais instáveis. Por conseguinte, não podemos ajustar convenientemente a quantidade de energia produzida. Por conseguinte, é difícil fornecer a energia que utilizamos e utilizá-la plenamente apenas com a energia produzida na comunidade. Isto significa que é necessário empregar um mecanismo que acomode os excedentes e as deficiências com operação e gestão avançadas, como o ajuste fino do equilíbrio entre a oferta e a procura na comunidade ou a utilização de um grande sistema de armazenamento de energia (ESS).
Redes Inteligentes: Principal pré-requisito para a realização de microrredes
Uma rede inteligente é um mecanismo que controla automaticamente a energia necessária para que possa ser fornecida sem excedentes ou deficiências, utilizando contadores inteligentes e outros dispositivos de telecomunicações para visualizar em tempo real a procura de energia em cada casa, estabelecimento comercial ou outra instalação.
As microrredes e as redes inteligentes são conceitos diferentes. No entanto, é difícil concretizar uma microrrede que atinja a produção local para consumo local de energia de forma eficiente e eficaz sem introduzir um mecanismo de rede inteligente. As redes inteligentes apreendem em tempo real e em pormenor a quantidade de energia gerada em instalações de produção de energia renovável distribuída e a quantidade de energia consumida na vida quotidiana e nas empresas, a fim de alcançar um equilíbrio entre ambas, gerindo simultaneamente a carga e a descarga de múltiplos SEE distribuídos. Se houver uma deficiência na energia gerada apenas com os valores admissíveis de carga e descarga dos SEE instalados, as redes inteligentes adquirem e libertam energia da rede mais alargada para preservar o equilíbrio.
A tecnologia que utiliza a tecnologia IoT para controlar a quantidade de energia fornecida como se os múltiplos equipamentos de produção de energia e os ESS numa microrrede fossem uma central eléctrica é designada por "central eléctrica virtual (VPP)". Olhando para a situação global, os contadores inteligentes estão a espalhar-se rapidamente. Os contadores inteligentes começaram a ser instalados nos lares em 2014 na área metropolitana de Tóquio, no Japão. A instalação foi concluída em quase todos os lares e estabelecimentos comerciais até ao final do exercício de 2020. Prevê-se que a instalação de contadores inteligentes em todo o Japão esteja concluída até ao final do AF de 2024. Por outras palavras, podemos dizer que estão a ser lançadas as bases para promover a construção de microrredes.
Sistemas de transmissão e distribuição de energia CC com o objetivo de melhorar ainda mais a eficiência
Estão também a ser desenvolvidas tentativas para aumentar ainda mais a taxa de utilização de energia com as microrredes. Atualmente, está em curso o desenvolvimento tecnológico para introduzir uma nova rede de transmissão e distribuição de energia denominada "microrrede de corrente contínua". Esta microrrede de corrente contínua transmitirá e distribuirá energia de corrente contínua em vez da energia de corrente alternada utilizada nas fontes de alimentação comerciais.
As fontes de alimentação de corrente contínua, como as baterias solares e as baterias de armazenamento, são frequentemente utilizadas no lado da alimentação eléctrica das microrredes. Por outro lado, olhando para o lado do consumo de energia, os dispositivos de telecomunicações fabricados com semicondutores e componentes electrónicos e os produtos electrónicos economizadores de energia fabricados com inversores funcionam com energia CC. Isto significa que ambos os lados lidam com energia CC.
Atualmente, no entanto, a energia CA está a ser transmitida e distribuída, pelo que é necessário converter a energia tanto quando é transmitida como quando é utilizada. Nesse momento, ocorre uma perda de energia. As microrredes de corrente contínua são uma tecnologia que visa minimizar este desperdício. Prevê-se que sejam instalados barramentos de corrente contínua de cerca de 400 V em vez das linhas eléctricas convencionais de corrente alternada de 200 V / 100 V e que as redes comerciais de alta tensão funcionem sendo ligadas através de um conversor bidirecional CA/CC. Para além das microrredes, os sistemas de transmissão de energia em corrente contínua estão a ser utilizados para transmitir energia a longas distâncias. Já existem exemplos de utilização prática desta tecnologia na Europa e na América.
A construção e o funcionamento das microrredes irão, sem dúvida, progredir ao mesmo tempo que se regista uma expansão das modalidades de utilização das energias renováveis. Prevê-se um aumento da procura de microrredes ainda mais eficientes e flexíveis, capazes de lidar com várias configurações de utilização, e dos componentes electrónicos que apoiam a construção dessas microrredes.
Outras ligações
Artigos relacionados
- Acelerando a construção de infraestrutura, como células de combustível e equipamentos de eletrólise, para apoiar a utilização de energia de hidrogênio
- Os sistemas de gerenciamento de bateria (BMSs) monitoram o status de carga/descarga e gerenciamento térmico para melhorar a segurança e a eficiência e dar suporte à utilização da bateria.
- Quais são as condições para aumentar a eficiência da conversão de energia e acionamentos de motores e para expandir o uso de semicondutores de potência de SiC e GaN?