OS BENEFÍCIOS DA IOT NA GERAÇÃO E DISTRIBUIÇÃO DE ENERGIA

A TTE INTERNATIONAL LDA é uma empresa especializada no desenvolvimento de negócios internacionais e na internacionalização de empresas através de uma rede de colaboradores. Podemos ajudar clientes em potencial a expandir para os mercados desejados. A TTE INTERNATIONAL LDA tem escritórios em Portugal, Espanha e na Turquia com representantes em África, Ásia, América do Norte e América Central, combinando experiência local e global para garantir que estamos sempre prontos para ajudar os nossos clientes a expandir os seus negócios para novas áreas geográficas.

Os membros da TTE INTERNATIONAL LDA estão envolvidos no Setor de Energia há mais de 40 anos. Além disso, também temos disponíveis contactos nas indústrias auxiliares que fornecem diretamente aos principais empreiteiros, empresas de engenharia, fabricantes de equipamentos elétricos, empresas de instalação e manutenção etc.

UMA NOVA ERA: SISTEMAS DISTRIBUÍDOS

Os problemas no horizonte para as Distribuidoras de Energia Elétrica na Rede de Distribuição 2.0

O espírito deste novo processo será uma transição de central para local, de analógico para digital e de sistemas grandes/pesados para sistemas pequenos/leves. Uma transformação disruptiva é obrigatória devido ao fim da vida econômica da infraestrutura de eletricidade nos países desenvolvidos e à necessidade de soluções mais rápidas e econômicas nos países em desenvolvimento devido à incapacidade de atender ao alto custo da abordagem central convencional. Sem dúvida, a chave deste processo será a palavra “distribuída” que irá desorganizar todos os processos desde a estrutura até ao funcionamento da rede elétrica. Vamos também encontrar essa palavra com bastante frequência nesta minha análise da situação.

As redes de distribuição estão evoluindo a partir da estrutura de longa data.

Isso foi colossal e central em uma nova estrutura de grade onde as partes interessadas estão mais distribuídas e em constante comunicação umas com as outras. Precisamos conversar e discutir como podemos viabilizar e planificar esse futuro. Estamos caminhando para isso. Obviamente, no final, a água encontrará sempre o seu caminho com o fluxo, mas quanto custará e quanto tempo levará?

Estamos numa encruzilhada em que é melhor apressar-nos e concentrar-nos na adoção/aplicação de tecnologias (na qual somos muito bons como sociedade em geral) e seguir uma rota bem planificada. É por isso que é imprescindível começar a planificar a transformação das redes de distribuição, que têm potencial para se serem um obstáculo nessa transformação geral. Devemos ser conscientes dos problemas que temos pela frente, observando a situação detalhadamente e com uma visão panorâmica para começar a desenvolver as soluções de engenharia, corretas e mais económicas, dentro de uma estrutura bem definida e planificada. Portanto, a questão principal é: que problemas aparecerão no horizonte, especialmente para as empresas de distribuição de energia elétrica, na estrutura da rede de distribuição apresentada mais acima?

As Redes de Distribuição serão menos importantes e perderão a sua proposta de valor?

Cabe aqui destacar um aspeto importante. Embora seja verdade que os sistemas distribuídos e flexíveis estão a avançar, ainda precisamos de uma infraestrutura física (que é a rede de distribuição) para distribuir a energia elétrica gerada. O ponto principal será que as limitações, inadequações ou flexibilidade desta rede de distribuição determinarão a flexibilidade dos nossos sistemas finais. Um exemplo muito simples seria as restrições técnicas, tais como capacidade de carga do transformador/alimentador, aumento de tensão ou fluxo de potência reativa para exportação, para a rede, em todos os sistemas fotovoltaicos de cobertura alimentados pelo mesmo transformador de distribuição.

Efeito da Geração Distribuída “The Duck Curve”

Espera-se que a fonte de geração distribuída mais prevalente seja a energia solar devido ao aumento da eficiência fruto dos desenvolvimentos tecnológicos e dos custos de equipamentos cada vez menores. Ainda hoje, o menor custo do recurso energético é identificado (Relatório do Departamento de Energia dos EUA) como energia solar em termos de LCOE. Assim, os primeiros problemas esperados com o aumento da participação da geração distribuída são as restrições devido ao fluxo de energia bidirecional e problemas na qualidade técnica em sistemas projetados para um fluxo unidirecional. Em geral, o fato que a energia consumida no local é gerada no mesmo local vai proporcionar uma grande melhoria em termos de eficiência do sistema. As perdas técnicas normalmente sofridas na transmissão e distribuição da energia, gerada centralmente, serão igualmente reduzidas em grande parte por um período específico do dia. Portanto, a frase-chave na alinha anterior é “por um período específico do dia”.

O período específico da energia solar devido à sua dependência direta da radiação solar e a crescente prevalência dos sistemas de geração distribuída tem um efeito de suprimir as disparidades entre a geração e o consumo conduzindo a uma mudança no gráfico de carga convencional para se tornar no que denominamos de “curva de pato” como pode ser visto na figura abaixo.

Na realidade, é ainda pior para algumas economias emergentes, de modo que é denominada curva do tubarão, que ocorre devido ao aumento muito acentuado da demanda por causa de aparelhos de menor eficiência e a falta de políticas de gestão das demandas, conforme explicado abaixo:

Problema de regulação de tensão

A mudança da curva dessa forma trouxe problemas de regulação de tensão nas redes projetadas para consumo na ponta. Os transformadores de distribuição são ajustados segundo os horários de pico, quando há pouca ou nenhuma geração solar em momentos de alto consumo. No entanto, durante o dia, a demanda total diminuirá devido à geração de energia solar (podendo em alguns lugares os excedentes de energia ser injetados nas redes de distribuição) e por conseguinte surge o problema de aumento da tensão no sistema como um todo. Alta tensão durante as horas de sol e baixa tensão à noite serão os principais desafios que as empresas de distribuição de energia elétrica terão de enfrentar.

Por outro lado, a intermitência devido a rápidas mudanças no clima e a concentração das instalações de geração numa determinada área geográfica vai dificultar a previsão de geração com alta precisão de antemão. Por isso mesmo, os recursos serão utilizados de forma muito mais eficaz se ao serem efetuados novos investimentos ou melhorias se tenha em conta a solução desse problema.

O armazenamento em bateria pode ser uma solução?

Pode haver alguns argumentos sobre a “Curva do Pato” sendo aperfeiçoada e até melhorada com as tecnologias de armazenamento.

E sim, o armazenamento é uma das áreas que definitivamente abordaremos, mas mesmo se olharmos para Portugal, que nesta área se posiciona na primeira liga mundial, como descrito no relatório “Armazenamento da energia no momento”, vemos que as instalações fotovoltaicas no telhado chegam perto de 2Mw, ao passo que o armazenamento distribuído é de aproximadamente 33Kw. Portanto, há um grande atraso até que o armazenamento alcance os números de instalação da geração distribuída. É muito provável que essa diferença de fase, entre sistemas de armazenamento e instalações fotovoltaicas cause os problemas de perfil de carga e regulação de tensão previamente abordados neste artigo.

Principal desafio na aplicação das soluções distribuídas: Recurso

Quando os problemas como a regulação de tensão causados pela alta prevalência da geração distribuída começarem a representar um sério problema para que o sistema de distribuição de energia elétrica seja operado de forma segura e fiável, as soluções a aplicar também terão que ser distribuídas em natureza paralela ao problema. Neste ponto, o que denominamos de Grid 2.0 se concretizará e reunirá uma arquitetura onde não apenas a energia, mas igualmente os dados fluem de forma multidirecional e os ativos existentes serão utilizados de maneira mais eficaz e os problemas serão minimizados utilizando sistemas inteligentes.

O ponto a ser destacado aqui é que as soluções também serão distribuídas. Num sistema, com redes de distribuição, onde existem muitos ativos (transformadores, linha, pontos de consumo) as soluções distribuídas serão na forma de investimentos novos ou adicionais em muitos pontos. Obviamente, isso requer tempo, dinheiro e esforço ou recursos adicionais. A melhor maneira económica de evitar isso é implantar sistemas de TIC no nível mais alto possível para permitir que todos os ativos existentes ou novos sejam utilizados com mais eficiência. A integração dos sistemas fotovoltaicos e de armazenamento distribuídos nesta equação permitirá soluções para redes de distribuição para dois problemas fundamentais: a necessidade de sistemas distribuídos e recursos inadequados.

Perdas técnicas e controlo da Potência Reativa

Para além da regulação de tensão outro problema que surgirá será um fluxo de potência reativa e as perdas técnicas decorrentes disso, causando também indiretamente o problema de tensão. Mesmo que a demanda de potência ativa seja baixa, ainda haverá demanda de potência reativa (para condicionadores de ar, bombas etc.) e as perdas técnicas decorrentes da potência reativa nas redes de distribuição podem começar a ser maiores do que as perdas técnicas derivadas da potência ativa. O fluxo de energia reativa causa uma queda drástica na eficiência em pontos alimentados por linhas de diâmetro longo e pequeno. O melhor método para superar isto seria cobrir a demanda de potência reativa no mesmo local ou nas proximidades.

Com o tempo, a compensação de potência reativa pode começar a se tornar um requisito para edifícios residenciais. Isso implicará um investimento adicional para os utilizadores finais. Neste ponto, ser capaz de utilizar os ativos existentes (especialmente sistemas fotovoltaicos) evitará investimentos adicionais (e possivelmente ociosos no futuro). Ser capaz de utilizar os sistemas fotovoltaicos do telhado como um sistema de compensação de potência reativa se tornará uma solução para as perdas técnicas devido ao fluxo de potência reativa e requisitos de investimento adicional.

O que precisa ser feito hoje?

Para resumir os pontos de discussão acima:

Os sistemas de rede de distribuição que foram projetados e operados convencionalmente para um fluxo de potência direcional terão fluxo de carga multidirecional e isso trará regulação de tensão, fluxo de potência reativa e perdas técnicas adicionais e esses são problemas sérios que podem levar o sistema a um ponto inoperável. Os sistemas para resolver esses problemas também terão que ser distribuídos na natureza e reunirão um requisito de recursos substancial. Por isso mesmo, precisamos buscar sistemas que utilizem os ativos existentes de forma mais eficaz, operando-os com tecnologias de informação integradas. É muito importante que as empresas de distribuição tenham algum controle sobre e gerenciem a geração PV, bateria, estações de carregamento de VE (que estão bastante prontas para integração IT-OT) e orientem os usuários finais em suas escolhas para esses sistemas para evitar sistemas dispendiosos aumento. É por isso que pensamos que as empresas de distribuição e os presumidores serão stakeholders que estarão em constante interação e que podem começar a dar passos no sentido de possibilitar essa interação desde já.