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O que é uma microrrede?
Publicado: 29 de fevereiro de 2024
Colaboradores: Amanda McGrath, Alice Gomstyn
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, base militar ou região geográfica.
O Departamento de Energia dos EUA define uma micro rede como um grupo de cargas interconectadas e recursos energéticos distribuídos dentro de limites elétricos claramente definidos, que atua como uma única entidade controlável em relação à rede.1 As micro redes podem operar em conjunto com redes de energia em larga escala mais tradicionais, conhecidas como macro redes, que são ancoradas por grandes usinas de energia. No entanto, como as micro redes são autônomas, elas podem operar em "modo ilha", o que significa que funcionam de forma independente e geram energia por conta própria. Geralmente, são compostas por vários tipos de recursos de energia distribuída (DERs), como painéis solares, turbinas eólicas, células de combustível e sistemas de armazenamento de energia. Seus recursos de geração de energia também podem incluir fontes mais tradicionais, como geradores a diesel e sistemas de cogeração a gás natural (CHP).
Quando se trata de geração de eletricidade, as micro redes oferecem soluções potenciais para vários desafios associados a uma rede elétrica tradicional. As micro redes podem:
- Melhorar a resiliência: as micro redes podem reduzir a pressão sobre a rede elétrica principal e fornecer energia de backup durante interrupções causadas por condições climáticas extremas ou outras perturbações, garantindo um fornecimento confiável de energia para cargas críticas. Esse recurso é especialmente valiosa em áreas remotas com acesso limitado à rede principal ou em regiões propensas a quedas de energia ou desastres naturais.
- Aumentar a eficiência: ao gerenciar recursos energéticos locais e cargas, as micro redes podem equilibrar de forma eficiente a oferta e a demanda, reduzir perdas de transmissão e possibilitar a resposta à demanda, o que significa que permitem ajustes no consumo de energia em resposta a sinais de preço. Isso pode resultar em custos de energia mais baixos; por exemplo, a transição do Aeroporto Internacional de Pittsburgh para uma micro rede solar e a gás natural resultou em uma economia reportada de USD 1 milhão no seu primeiro ano.2 E uma vinícola na Califórnia construiu uma micro rede baseada em energia solar fotovoltaica (PV), que reduziu suas contas mensais de energia de USD 15.000 para USD 1.000.3
- Incentivar a modernização e a sustentabilidade: As micro redes permitem a integração de fontes de energia renovável no sistema de energia, o que pode reduzir as emissões globais de gases de efeito estufa e contribuir para os objetivos de energia limpa.
Uma variedade de tecnologias energéticas se conecta para formar uma micro rede. Cada um consiste em vários componentes principais:
Estes são os geradores que produzem eletricidade para a micro rede. Eles podem incluir fontes renováveis, como painéis solares, turbinas eólicas e sistemas hidrelétricos, assim como fontes não renováveis, como geradores a diesel ou a gás natural.
Dispositivos de armazenamento de energia, como baterias ou volantes de inércia, armazenam a energia excedente gerada pela micro rede. Essa energia armazenada pode ser utilizada quando a demanda excede a produção ou durante períodos de geração de energia intermitente (como à noite, no caso da energia solar).
Isso inclui a infraestrutura física necessária para distribuir a energia das fontes para as cargas, como linhas de energia, transformadores e interruptores.
O “cérebro” da micro rede gerencia sua operação, equilibrando a oferta de energia, integrando fontes renováveis, administrando o armazenamento de energia e mantendo a qualidade da energia. Ele também permite que a micro rede se desconecte e se reconecte à rede principal conforme necessário. Os sistemas de controle incluem ferramentas de gerenciamento de carga que ajustam a oferta à medida que a demanda por energia aumenta e diminui, assim como dispositivos de medição, que medem a produção e o consumo de energia, fornecendo dados importantes para gerenciar a operação da rede.
Este é o ponto físico onde a micro rede se conecta à rede elétrica principal. O PCC pode isolar a micro rede para permitir que ela opere em modo ilha durante uma falha na rede principal.
A implementação de uma micro rede envolve várias etapas, incluindo avaliação de viabilidade, projeto, comissionamento e operação. As considerações incluem a seleção das fontes de geração, dimensionamento do sistema de armazenamento de energia, design do sistema de controle e conformidade com os padrões de interconexão. A tecnologia desempenha um papel crucial nesse processo. Os sistemas de controle de micro redes avançados utilizam algoritmos para otimizar a operação de diversas fontes de energia em tempo real. Enquanto isso, tecnologias digitais, como dispositivos da Internet das Coisas (IoT) e blockchain, podem permitir o comércio de energia entre pares dentro de uma micro rede.
A instalação e operação de projetos de micro rede podem apresentar desafios: os altos custos iniciais das tecnologias de micro rede, como sistemas de controle avançados e armazenamento de energia, podem desencorajar potenciais adotantes. Conectar uma micro rede à rede principal requer uma coordenação cuidadosa para garantir a qualidade da energia e a segurança. O controlador da micro rede, um componente crítico do sistema de micro rede, deve gerenciar e otimizar a operação de diversas fontes de energia em tempo real, o que pode ser complexo. Barreiras regulatórias relacionadas a direitos de franquia de serviços públicos, acesso à rede e tarifas também podem desestimular a adoção.
No entanto, os potenciais benefícios das micro redes, incluindo flexibilidade, resiliência e eficiência, as tornam atraentes para muitas empresas e comunidades que buscam novos sistemas de gerenciamento de energia. Na verdade, o investimento em micro redes está crescendo, com um relatório sugerindo que o mercado global para essas tecnologias pode alcançar USD 55 bilhões até 2032.4
Uma rede inteligente é um sistema avançado de energia elétrica que integra comunicação digital e sistemas de controle com a infraestrutura elétrica tradicional, permitindo o monitoramento e o gerenciamento em tempo real dos fluxos de energia. Redes inteligentes otimizam o uso de fontes de energia renovável, reduzem as emissões de carbono e aumentam a eficiência energética. Elas também oferecem aos consumidores mais controle sobre seu consumo de energia e custos por meio do uso de medidores inteligentes e sistemas de automação residencial.
As tecnologias que sustentam as redes inteligentes também podem ser utilizadas para impulsionar a eficiência em micro redes. Uma micro rede inteligente utiliza sensores, automação e sistemas de controle para otimizar a produção, o armazenamento e a distribuição de energia. As micro redes inteligentes são projetadas para serem resilientes e confiáveis, capazes de responder rapidamente às mudanças na demanda ou interrupções no fornecimento.
As micro redes oferecem soluções de energia para empresas e comunidades que buscam maior sustentabilidade. Elas podem integrar perfeitamente fontes de energia renovável, como solar, eólica e hidrelétrica. Também contribuem para a eletrificação dos meios de transporte (como, por exemplo, disponibilizando infraestrutura de carregamento para veículos elétricos). Isso reduz a dependência de combustíveis fósseis, contribuindo para a diminuição das emissões de gases de efeito estufa e para a mudança climática.
Ao gerar energia mais perto do local de consumo, as micro redes reduzem a perda de energia que normalmente ocorre durante a transmissão de longa distância. E elas podem gerenciar melhor a resposta à demanda, reduzindo a carga durante os períodos de pico ou transferindo-a para horários fora de pico. Juntos, esses atributos levam a um uso mais eficiente da energia gerada.
Além dos benefícios ambientais de um fornecimento de energia renovável e eficiente, as micro redes podem estimular as economias locais. Elas podem criar empregos nas áreas de construção, operação e manutenção, ajudando as comunidades a prosperar.
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O gerenciamento de energia é o monitoramento, controle e otimização proativos e sistemáticos do consumo de energia de uma organização, visando conservar o uso e reduzir os custos energéticos.
Notas de rodapé
1 The U.S. DoE’s Microgrid Initiative (link externo ao site ibm.com), United States of America Department of Energy, outubro de 2012.
2 How a microgrid saved Pittsburgh International Airport USD 1 Million (link externo ao site ibm.com), Microgrid Knowledge, julho de 2022.
3 Microgrid Analysis and Case Studies Report (link externo ao site ibm.com), California Energy Commission, agosto de 2018.
4 Global Market for Microgrids Estimated to Grow to Over USD 55 Billion by 2032 (link externo ao site ibm.com), Guidehouse Insights, janeiro de 2024.