O que é uma microrrede

Com a transição energética em curso e a adoção generalizada de energias renováveis, as microrredes estão a tornar-se uma componente crítica dos sistemas energéticos modernos. Não só aumentam a resiliência do sistema de energia, como também proporcionam benefícios económicos e ambientais. Este artigo oferece uma visão global das microrredes, abrangendo definições, caraterísticas, princípios de funcionamento, componentes-chave, considerações de conceção e perspectivas de mercado, dando-lhe uma compreensão clara deste sistema de energia emergente.

O que é uma microrrede

Uma microrrede é um sistema de energia pequeno e modular que integra a produção distribuída, o armazenamento de energia e o controlo inteligente, proporcionando uma funcionalidade completa de produção, distribuição e consumo de energia.

O Departamento de Energia dos EUA (DOE) define uma microrrede como “um grupo de cargas interligadas e recursos energéticos distribuídos dentro de limites eléctricos claramente definidos que actua como uma entidade única controlável em relação à rede e pode funcionar em modo de ligação à rede ou em modo de ilha”.”

Uma microrrede pode funcionar em coordenação com a rede principal ou de forma independente durante as interrupções da rede.

Caraterísticas das microrredes

Localidade

As microrredes servem normalmente áreas específicas, como campus universitários, complexos hospitalares, parques industriais, comunidades ou ilhas. A energia é produzida perto do ponto de utilização (produção distribuída), reduzindo significativamente as perdas de transmissão a longa distância. De acordo com a Schneider Electric, as perdas totais desde as centrais eléctricas até aos utilizadores finais nas redes convencionais variam entre 8% e 15%, enquanto as microrredes minimizam as perdas nas linhas, necessitando de menos energia para satisfazer a mesma procura.

Independência

As microrredes podem desligar-se da rede principal e funcionar de forma autónoma em caso de falha da rede, o que se designa por “modo de ilha”. Imaginemos que uma árvore cai sobre as linhas eléctricas, provocando um corte em grande escala, por vezes transfronteiriço; pode demorar horas ou mesmo mais de dez horas a restabelecer o serviço. As instalações ligadas a uma microrrede permanecem operacionais, o que é particularmente crítico para hospitais, bases militares e outras infra-estruturas essenciais.

Inteligência

As microrredes inteligentes utilizam sensores, sistemas de automação e de controlo para otimizar a produção, o armazenamento e a distribuição de energia, obtendo um efeito sinérgico (1+1>2), respondendo rapidamente a alterações de carga ou a interrupções no fornecimento e melhorando a eficiência e a fiabilidade do sistema.

Como funcionam as microrredes

As microrredes funcionam de dois modos: ligadas à rede e isoladas.

Modo ligado à rede

Quando a rede principal está a funcionar normalmente, a microrrede liga-se à rede. Pode retirar energia quando a produção local é insuficiente e alimentar a rede com o excesso de energia solar ou eólica quando a produção excede a procura.

Modo ilha

Quando ocorrem anomalias na rede principal, como condições climatéricas extremas, falhas ou instabilidade de tensão, a microrrede desliga-se rapidamente da rede. Este processo é normalmente automático e quase impercetível para os utilizadores.

Em modo de ilha, a microrrede depende inteiramente dos seus próprios sistemas de produção e armazenamento. Os sistemas de controlo dão prioridade às cargas críticas, tais como salas de operações hospitalares, equipamento de telecomunicações ou centros de dados, enquanto ajustam ou limitam as cargas não essenciais para evitar a sobrecarga do sistema.

Porque é que as microrredes são importantes

Reforçar a resiliência do sistema elétrico

O valor mais significativo das microrredes reside no aumento da resiliência do sistema elétrico, especialmente em zonas remotas ou regiões propensas a catástrofes naturais.

Antes de 2022, os residentes da ilha japonesa de Okinoerabu dependiam de geradores a gasóleo, que emitiam gases com efeito de estufa significativos. Os tufões e outras catástrofes naturais provocavam frequentemente cortes de energia, levando por vezes dias a restabelecer a energia.

A Kyocera estabeleceu uma parceria com duas cidades da ilha de Okinoerabu para construir uma micro-rede de energia renovável. O projeto utiliza energia solar, eólica e armazenamento de baterias para alimentar toda a ilha, obtendo emissões de carbono quase nulas, reduzindo a dependência do gasóleo e aumentando a fiabilidade da energia durante catástrofes.

Benefícios económicos

Para além de aumentarem a resiliência, as microrredes podem gerar retornos económicos. O excesso de energia limpa pode ser vendido à rede principal. Em regiões com diferenças significativas entre os preços de pico e fora de pico, as microrredes podem armazenar energia a preços baixos e libertá-la ou vendê-la a preços altos, obtendo lucros através da arbitragem.

Por exemplo, o Aeroporto Internacional de Pittsburgh informou que poupou $1 milhões no seu primeiro ano após a instalação de uma micro-rede solar e de gás natural.

Benefícios ambientais

As microrredes utilizam frequentemente fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica, reduzindo significativamente as emissões de gases com efeito de estufa e os poluentes atmosféricos.

Na ilha de Ta'u, na Samoa Americana, uma micro-rede permitiu uma transição energética completa. O projeto implantou mais de 5.000 painéis solares e sistemas de armazenamento de energia, A ilha passou de uma energia dependente do gasóleo 100% para uma eletricidade quase exclusivamente solar.

Principais componentes de uma microrrede

Um sistema de microrrede completo é composto por fontes de energia, sistemas de armazenamento de energia, infra-estruturas de distribuição, sistemas de controlo e o ponto de acoplamento comum (PCC).

Fontes de energia

As fontes de energia incluem energias renováveis, como painéis solares, turbinas eólicas e energia hidroelétrica, bem como produção distribuída convencional, como gasóleo e biogás.

Sistemas de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia, como as baterias ou os volantes de inércia, armazenam o excesso de eletricidade gerada pela microrrede e libertam-na quando necessário.

Infra-estruturas de distribuição

A infraestrutura de distribuição, incluindo inversores de eletrónica de potência, conversores e linhas de transmissão, permite a conversão entre diferentes formas de energia, ligando a produção distribuída e os dispositivos de armazenamento a barramentos AC ou DC para satisfazer várias exigências de carga.

Sistemas de controlo

Os sistemas de controlo, que incluem ferramentas de gestão da carga e dispositivos de medição, são responsáveis pelo equilíbrio do fornecimento de eletricidade, pela integração das energias renováveis, pela gestão do armazenamento e pela manutenção da qualidade da energia.

PCC

O PCC é a interface física entre a microrrede e a rede principal. Durante uma falha de rede, o PCC pode isolar a microrrede, permitindo-lhe funcionar de forma independente em modo de ilha.

Considerações sobre a conceção de uma microrrede

Ligação à rede principal

Quando ligada à rede principal, uma microrrede pode retirar energia da rede para complementar a produção local ou devolver o excesso de energia à rede. Esta conceção oferece flexibilidade e permite a otimização da utilização de energia com base na procura real.

Se a microrrede se destinar apenas a fornecer energia de reserva a instalações críticas durante cortes de energia, a capacidade de produção necessária é inferior à de um sistema totalmente fora da rede. Os projectistas devem determinar o tipo de ligação adequado e a dimensão do sistema com base nas necessidades reais.

Requisitos de carga

A escala e o custo da produção e do armazenamento dependem normalmente do pico de carga da comunidade - a procura máxima de energia num determinado momento do ano.

Com base no número e tipo de cargas ligadas, a capacidade de produção aproximada necessária para uma microrrede é a seguinte

Capacidade de produção de microrredes	Ligações possíveis
5 kW	1 casa
25 kW	10 casas
250 kW	100 habitações ou 3 edifícios comerciais
500 kW	200 casas ou 5-6 edifícios comerciais ou 1 supermercado ou 1 clínica de saúde ou 1 pequena escola
1,5 MW	600 casas ou 15-20 edifícios comerciais ou 4 supermercados ou 4-5 clínicas de saúde ou 2-3 escolas ou 1 hospital

Regras para a geração de capacidade de carga de microrredes

Métodos de ligação

A escala de uma microrrede depende do número de edifícios ligados e de cargas de utilização final, o que tem um impacto direto no equipamento de distribuição e na cablagem necessários. O consumo de energia dos edifícios ou das cargas finais também afecta o tipo e a escala da produção e do armazenamento. Mais pontos de ligação e cargas individuais mais elevadas aumentam o custo de construção e a complexidade do sistema.

Custos da microrrede

A estrutura de custos dos projectos de microrredes varia em função da geografia, escala e complexidade. No entanto, os dados históricos fornecem regras de ouro para estimar os investimentos iniciais para cada componente do sistema.

Os custos de aquisição de equipamento e de mão de obra representam cerca de 75% dos custos totais, constituindo a maior parte.

Componente	Descrição	Percentagem do custo total estimado
Equipamento e instalação	Custos de aquisição e de mão de obra	75%
Gestão da construção	Custos de supervisão da construção e de gestão do projeto	15%
Conceção e engenharia	Inspeção do sistema elétrico; análise de apoio; planeamento; documentação de conformidade ambiental e licenciamento	10%
Total		100%

Desenvolvimento de microrredes e políticas de subsídios

O mercado das microrredes está a expandir-se rapidamente. De acordo com a Guidehouse Insights, prevê-se que o mercado global de microrredes atinja $55 mil milhões até 2032. Este crescimento é impulsionado por múltiplos factores, incluindo as necessidades de segurança energética, a diminuição dos custos das energias renováveis e o apoio das políticas governamentais.

Nos EUA, o DOE Grid Deployment Office oferece até $5 mil milhões em subsídios para melhorar a resiliência da rede contra condições meteorológicas extremas, incêndios florestais e outras catástrofes naturais, fornecendo apoio financeiro crucial para projectos de microrredes.

Na Europa, para apoiar o Pacto Ecológico Europeu, a UE financia projectos-piloto e de demonstração de microrredes de corrente contínua de baixa tensão em cidades, com subvenções até 7 milhões de euros por projeto, destinado a melhorar a eficiência energética e a resiliência dos sistemas energéticos urbanos.

Através de um design localizado, independente e inteligente, as microrredes equilibram a resiliência, os benefícios económicos e ambientais. Com a queda dos custos das energias renováveis, o aumento das condições climatéricas extremas e um maior apoio político, o mercado das microrredes continuará o seu rápido crescimento. Quer se trate de comunidades, parques comerciais ou infra-estruturas críticas, as microrredes estão a tornar-se componentes indispensáveis dos sistemas energéticos modernos, proporcionando um apoio robusto à segurança energética e ao desenvolvimento sustentável.

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