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Distributed energy resources (DER)
O que é distributed energy resources (DER)?
Publicado em: 4 de junho de 2024
Colaboradores: Alice Gomstyn, Alexandra Jonker
Distributed energy resources (DER) significa recursos de energia distribuída, são sistemas de geração de energia de pequena escala que alimentam um local próximo. Os DERs podem ser conectados às redes de luz ou podem ser isolados, com a energia fluindo somente para locais ou funções específicos.
Os DER incluem tecnologias de geração de energia e sistemas de armazenamento de energia. Quando a geração de energia ocorre por meio de recursos de energia distribuída, ela é chamada de geração distribuída.
Embora os sistemas DER utilizem uma variedade de fontes de energia, eles são frequentemente associados a tecnologias de energia renovável, como painéis solares em telhados e pequenas turbinas eólicas.
Existem vários benefícios no uso do DER. Os recursos energéticos distribuídos que geram energia por meio de fontes de energia renovável geralmente não produzem emissões, enquanto os DER alimentados por gás natural produzem emissões menores do que outros sistemas movidos a combustíveis fósseis. Isso permite a descarbonização.
O DER também aumenta a resiliência do sistema de energia: o DER pode ajudar a complementar usinas de energia central em momentos de aumento da demanda de eletricidade e servir como fonte de energia de reserva quando eventos climáticos extremos danificam a infraestrutura das empresas de serviços públicos.
Quais são algumas tecnologias e sistemas DER comuns usados para geração de energia?
As tecnologias DER incluem sistemas tradicionais baseados em combustíveis fósseis e tecnologias de energia mais recentes e limpas. Os primeiros incluem motores de combustão alimentados por óleo e diesel, que produzem altos níveis de emissões de gases de efeito estufa. As tecnologias mais limpas com menos emissões ou nenhuma emissão incluem:
Os sistemas solares fotovoltaicos (ou painéis solares e células solares) estão sendo cada vez mais usados como DER. Globalmente, 167 gigawatts de sistemas solares fotovoltaicos distribuídos foram instalados entre 2019 e 2021.1
As turbinas eólicas DER também são conhecidas como energia eólica distribuída. As instalações eólicas distribuídas variam em tamanho e capacidade de geração de eletricidade. Elas podem variar de menos de 1 quilowatt, que pode alimentar equipamentos, a 100 quilowatts, que podem alimentar uma instalação industrial.
As células de combustível geram eletricidade por meio de um processo termoquímico envolvendo combustíveis como o hidrogênio. Embora a maioria do hidrogênio usado para células de combustível seja produzida pela queima de gás natural, ele também pode ser produzido usando energia renovável — isso é conhecido como "hidrogênio verde".
As células de combustível de hidrogênio são usadas em alguns veículos elétricos e podem ser encontradas em algumas usinas de energia.
A cogeração é a produção simultânea de eletricidade e calor a partir de uma única fonte de energia. Também conhecida como calor e energia combinados, ou CHP, a tecnologia de cogeração pode funcionar com combustíveis fósseis, como o gás natural, ou com combustíveis baseados em energia renovável, como a biomassa.
As microturbinas são pequenos motores de combustão que funcionam com biogás, gás natural, propano e outras fontes de combustível. A maioria tem o tamanho aproximado de uma geladeira e produz entre 15 e 300 quilowatts de eletricidade.
Apesar dessa produção relativamente baixa, quando agrupadas, elas podem alimentar instalações inteiras, como estações de tratamento de águas residuais.2
Quais tecnologias de armazenamento de energia são usadas como recursos de energia distribuída?
O armazenamento de energia é a captura e retenção de energia em reserva para uso posterior. Exemplos de tecnologias de armazenamento de energia usadas como recursos de energia distribuída incluem:
O armazenamento em bateria é a forma mais comum de armazenamento de energia elétrica.
Embora as concessionárias geralmente tenham seus próprios sistemas de armazenamento de energia em bateria (BESS) de grande porte, BESS menores, "atrás do medidor", podem ser instalados nas propriedades dos consumidores de energia. Prevê-se que as instalações residenciais de BESS atinjam uma capacidade de 20 gigawatts-hora até 2030.3
Os veículos elétricos (EV) podem atuar como recursos de energia distribuída quando estão conectados a estações de carregamento. Por meio da tecnologia Vehicle-to-Grid (V2G), a energia não utilizada armazenada na bateria do EV pode ser alimentada em uma rede elétrica. Projetos de energia V2G foram desenvolvidos recentemente em vários países, incluindo Alemanha, Reino Unido e EUA.
Os aquecedores elétricos de água residenciais podem atuar como baterias térmicas, armazenando energia na forma de calor.
O calor não utilizado pode ser "descarregado" como energia para as redes elétricas. Alguns operadores de rede já usam aquecedores elétricos de água para fins de armazenamento, enquanto legisladores e pesquisadores da Austrália a Nova York estão incentivando a adoção mais ampla de aquecedores elétricos de água como recursos de energia distribuída.
Como os sistemas DER funcionam em conjunto com as redes elétricas?
Embora os DER possam atender apenas a locais específicos, eles também podem ser vinculados às redes de energia locais por meio de um processo conhecido como interconexão. A interconexão ocorre por meios administrativos e técnicos: os proprietários de DER devem enviar solicitações de interconexão às concessionárias e também devem garantir que elas tenham a tecnologia de suporte correta. Essa tecnologia inclui dispositivos conhecidos como inversores.
Os inversores convertem eletricidade de corrente contínua (CC) em eletricidade de corrente alternada (CA). Muitas unidades de DER, como instalações de energia solar e eólica, geram eletricidade CC, enquanto a maior parte da transmissão e distribuição de energia ocorre por meio de eletricidade CA. Os inversores convertem a eletricidade CC gerada pelo DER em eletricidade CA, que pode ser transmitida pelas redes elétricas.
Alguns DER fornecem energia para redes maiores após a primeira conexão com microrredes, que são redes de pequena escala que fornecem energia elétrica para áreas locais. Uma ou mais tecnologias DER normalmente compreendem uma microrrede. Além de funcionar em conjunto com as redes elétricas tradicionais de grande escala, as microrredes também podem operar em "modo ilha", o que significa que funcionam de forma autônoma.
O DER também pode ser agregado a redes de energia conhecidas como usinas de energia virtuais (VPPs). Os fornecedores de energia e os operadores de sistemas podem recorrer às VPPs para satisfazer a demanda por eletricidade quando seu próprio fornecimento é insuficiente.
Os sistemas DER proporcionam uma série de benefícios para as pessoas e para o planeta.
Ao fornecer energia para pontos de consumo próximos, o DER ajuda a reduzir a perda de energia que normalmente ocorre quando a eletricidade flui pelas linhas de transmissão. Além disso, o DER permite um gerenciamento de energia mais eficiente por meio de programas de resposta à demanda: as concessionárias oferecem incentivos aos clientes de energia para mudar seu uso de energia e permitem que as concessionárias acessem os sistemas DER dos clientes para atender à demanda de eletricidade.
Os consumidores com sistemas DER podem produzir energia mais barata para seu próprio uso ou receber créditos na conta de energia por fornecer energia para suas redes locais — uma prática conhecida como medição líquida. O DER também é econômico para as concessionárias de energia elétrica: ao integrar o DER em seus sistemas, elas podem evitar os custos associados ao desenvolvimento de novas infraestruturas de energia.
Muitos recursos de energia distribuída são alimentados por energia renovável ou hidrogênio, resultando em emissões mais baixas do que a geração de energia baseada em óleo e carvão.
A mudança climática aumentou a frequência de eventos climáticos extremos e desastres naturais, que podem danificar a infraestrutura de energia, causando quedas e interrupções de energia. Os recursos de energia distribuídos melhoram a resiliência do sistema de energia, ao fornecer opções de backup para geração de energia quando usinas elétricas centralizadas são afetadas.
Apesar dos benefícios dos recursos de energia distribuída, tanto os consumidores quanto os operadores de rede encontram desafios na adoção do DER.
Embora os sistemas DER possam reduzir os custos de energia a longo prazo, os custos de instalação de recursos de energia distribuída, como células de combustível e matrizes fotovoltaicas, podem totalizar milhares de dólares — um preço proibitivamente alto para alguns consumidores. Incentivos governamentais, como créditos fiscais e subsídios, podem ajudar a custear as despesas iniciais.
As redes elétricas e os sistemas de distribuição construídos no século 20 não foram projetados para acomodar o fluxo bidirecional — ou seja, o fluxo de eletricidade de usinas localizadas centralmente para os consumidores e o fluxo de eletricidade dos DERs de propriedade dos consumidores para uma rede. Como tal, as redes podem ser sobrecarregadas pela eletricidade proveniente dos DERs, criando congestionamento na rede e colocando áreas em risco de apagões.
O aumento da coordenação entre os stakeholders do sistema de energia, incluindo reguladores, operadores de rede e consumidores, e a aplicação de tecnologias de rede inteligente podem ajudar a lidar com esses desafios.
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Recursos
A capacidade de armazenar energia pode reduzir os impactos ambientais da produção e do consumo de energia e facilitar a expansão da energia limpa e renovável.
As microrredes são redes elétricas de pequena escala que operam de forma independente para gerar eletricidade para uma área localizada, como um campus universitário, complexo hospitalar ou base militar.
A tecnologia de redes inteligentes promete modernizar o sistema elétrico tradicional com a infusão de inteligência digital.
Os medidores inteligentes são dispositivos digitais que medem e registram o consumo de eletricidade, gás ou água em tempo real e transmitem as informações para as empresas de serviços públicos.
A infraestrutura de medição avançada (AMI) é um sistema de rede integrado e fixo que permite comunicação bidirecional entre empresas de serviços públicos e clientes.
O gerenciamento de energia é o monitoramento, controle e otimização proativos do consumo de energia de uma organização para conservar o uso e reduzir os custos energéticos.
Notas de rodapé
1 “Unlocking the Potential of Distributed Energy Resources” (link externo a ibm.com), IEA, 2022.
2 “Renewable Energy Fact Sheet: Microturbines” (link externo a ibm.com). US Environmental Protection Agency, agosto de 2013.
3 “Enabling renewable energy with battery energy storage systems” (link externo a ibm.com), McKinsey & Company, 2 de agosto de 2023.