A demanda por eletricidade em todo o mundo deve disparar à medida que mudamos para veículos elétricos, bombas de calor para nossas casas e buscamos a vasta transformação digital da sociedade. Também se espera que as nações emergentes usem uma quantidade cada vez maior de eletricidade à medida que se industrializam e dão às suas populações cada vez mais acesso à energia. Embora se espere que essa mudança massiva para a eletricidade reduza consideravelmente as emissões globais de gases de efeito estufa e ajude na luta contra as mudanças climáticas, uma preocupação crescente é que as redes elétricas não consigam lidar com o aumento da demanda.
Tocando o alarme
A Agência Internacional de Energia (AIE) começou a tocar o alarme com um relatório que afirma ser o primeiro do gênero. Publicado em 2023, ele afirma que o mundo deve adicionar ou substituir 80 milhões de km de linhas de transmissão até 2040, o equivalente a todas as redes elétricas instaladas globalmente hoje, para atingir as metas climáticas nacionais e apoiar a segurança energética. O relatório identifica uma fila grande e crescente de projetos de energias renováveis aguardando sinal verde para serem conectados à rede, identificando 1.500 gigawatts (GW) desses projetos que estão em estágios avançados de desenvolvimento. Isso é cinco vezes a quantidade de capacidade solar fotovoltaica (PV) e eólica que foi adicionada em todo o mundo em 2022.
“O recente progresso em energia limpa que vimos em muitos países não tem precedentes e é motivo de otimismo, mas pode ser colocado em risco se governos e empresas não se unirem para garantir que as redes elétricas do mundo estejam prontas para a nova economia global de energia que está surgindo rapidamente”, diz o diretor executivo da AIE, Fatih Birol. “Este relatório mostra o que está em jogo e o que precisa ser feito. Devemos investir em redes hoje ou enfrentaremos um congestionamento amanhã.”
O Fórum Econômico Mundial (FEM) também pede que os líderes mundiais tomem nota. Um artigo publicado recentemente por Marcus Rebellius, membro do conselho administrativo do FEM e especialista que trabalha para um dos maiores fabricantes de eletricidade e dispositivos eletrônicos da Europa, indica que “embora a geração de energia limpa seja importante, digitalizar e expandir nossas redes elétricas também é vital para a transição verde. Somente com redes elétricas mais inteligentes, digitalizadas e expandidas criaremos uma rede elétrica descarbonizada, resiliente e segura para um futuro líquido zero”.
Ele alerta que aumentar a quantidade de eletricidade gerada para atender à crescente demanda não é o problema, mas que o principal desafio é que a rede deve estar preparada para lidar com maiores quantidades de energia elétrica. “Infraestrutura de rede fraca, problemas de legado e um sistema envelhecido podem prejudicar a transição verde, independentemente das recentes turbinas eólicas flutuantes ou gigantescos painéis solares”, diz ele.
Apontando para as soluções
As redes se tornaram os gargalos da transição energética. Rebellius aponta várias soluções tecnológicas que podem ajudar a resolver esses gargalos, como gêmeos digitais ou o uso de redes de baixa tensão. (Para mais informações sobre gêmeos digitais e a rede elétrica, leia: Gêmeos digitais e a rede inteligente. Para mais informações sobre redes de baixa tensão, leia Eletricidade acessível e sustentável para todos).
Outras opções incluem o aumento maciço das capacidades de armazenamento de energia e a ampla implantação de tecnologias de rede inteligente em todo o mundo. A IEC Electropedia define a rede inteligente como um sistema de energia elétrica que utiliza tecnologias de troca e controle de informações, computação distribuída e sensores e atuadores associados, para propósitos como a integração do comportamento e ações dos usuários da rede e outras partes interessadas, bem como fornecer de forma eficiente suprimentos de eletricidade sustentáveis, econômicos e seguros. A adoção da tecnologia de rede inteligente é vista por muitos especialistas na área como uma solução mais barata para as concessionárias do que expandir ou reconstruir redes elétricas legadas, o que exigiria investimentos massivos.
O aumento do armazenamento de energia é um requisito fundamental
Em momentos de alta demanda de eletricidade, a capacidade elétrica extra deve estar imediatamente disponível ou a rede corre o risco de desligar. Uma maneira de garantir acesso contínuo e suficiente à eletricidade é armazenar energia quando ela estiver em excesso e alimentá-la na rede quando houver uma necessidade extra de eletricidade. As concessionárias de serviços públicos em todo o mundo aumentaram suas capacidades de armazenamento usando baterias superdimensionadas de íons de lítio, pacotes enormes que podem armazenar entre 100 e 800 megawatts (MW) de energia. A instalação de armazenamento de energia da Moss Landing, sediada na Califórnia, é supostamente a maior do mundo, com uma capacidade total de 750 MW. Espera-se que essas enormes instalações de armazenamento de baterias aumentem à medida que a demanda por eletricidade aumenta.
Outras soluções confiáveis de armazenamento de energia são a hidrelétrica reversível, que atualmente responde por mais de 90% do atual armazenamento de energia de alta capacidade do globo. A eletricidade é usada para bombear água para reservatórios em altitudes mais altas durante períodos de baixa demanda de energia. Quando a demanda está mais forte, a água é canalizada por turbinas situadas em altitudes mais baixas e convertida novamente em eletricidade. O armazenamento bombeado permite controlar os níveis de tensão e manter a qualidade da energia na rede.
Outra opção muito comentada é usar veículos elétricos (VEs) como fonte para fornecer energia à rede. De acordo com Frances Cleveland, que é líder em diretrizes de segurança cibernética e resiliência no Comitê de Sistemas IEC sobre Energia Inteligente (IEC SyC Smart Energy), “existem muitas pesquisas e projetos piloto ao redor do mundo que estão implantando alguma forma de fluxo bidirecional de energia (carregamento e descarregamento), seja como veículo para a rede ou veículo para casa com VEs, capaz de vender energia para a rede principal e até mesmo dar suporte ao gerenciamento de energia de microrredes. Uma das ideias motrizes por trás desses projetos é fornecer um meio de armazenar energia no VE a partir de recursos renováveis variáveis, como solar e eólico, para uso em outros momentos. Isso implica que os VEs podem realmente ser vistos como um tipo de recurso de energia distribuída (DER).”
Os VEs podem ser carregados quando a geração de energia renovável do vento ou do sol é alta ou quando há uma demanda menor por eletricidade, por exemplo, quando as pessoas estão dormindo. Mas quando a demanda é alta, ou menos energia é gerada pelo vento ou pelo sol, a eletricidade armazenada nas baterias dos VEs pode ser colocada em contribuição.
Situação atual das redes inteligentes
De acordo com a AIE, em um relatório que rastreia o avanço das redes inteligentes ao redor do mundo, níveis significativos de investimento em tecnologia de redes inteligentes foram feitos em muitos países ao redor do mundo – mesmo que muito mais precise ser feito. Vários exemplos são dados, incluindo o plano de ação Digitalização do sistema energético da UE. A Comissão Europeia espera cerca de € 584 bilhões (US$ 633 bilhões) de investimentos na rede elétrica europeia até 2030, dos quais € 170 bilhões (US$ 184 bilhões) seriam para digitalização (medidores inteligentes, gerenciamento automatizado de rede, tecnologias digitais para medição e melhoria nas operações de campo). Outra fonte importante de informações sobre a implementação da tecnologia de rede inteligente é o Smart Grid Index, fornecido por um grupo líder de serviços públicos na Ásia-Pacífico e que é usado por muitos especialistas envolvidos no campo. De acordo com Peter Jensen, presidente do IEC TC 13, que prepara padrões para medidores inteligentes, “o índice fornece uma excelente visão da maturidade dos operadores de sistemas de rede em diferentes regiões do mundo. Ele usa uma medida de modernização de rede com base em sete pilares”, ele descreve. (Para mais informações sobre o IEC TC 13, leia a entrevista de Peter Jensen na e-tech.)
Padrões IEC para o resgate
Os padrões IEC ajudam os sistemas de armazenamento de energia a interoperar e se interconectar com a rede. Eles também abrem caminho para que as tecnologias de rede inteligente sejam usadas com segurança e eficiência. O IEC TC 4 prepara padrões para turbinas hidráulicas e publicou o IEC 60193, que especifica os requisitos para armazenamento bombeado.
O IEC TC 120 foi criado para publicar padrões no campo de sistemas de armazenamento de energia elétrica (EES) integrados à rede para dar suporte aos requisitos da rede. O TC está trabalhando em um novo padrão, IEC 62933‑5‑4, que especificará métodos e procedimentos de teste de segurança para sistemas baseados em baterias de íons de lítio para armazenamento de energia. O IEC TC 69 prepara padrões sobre sistemas de transferência de energia/energia elétrica para veículos rodoviários movidos a eletricidade que extraem corrente de um sistema de armazenamento de energia recarregável. O IEC TC 57 é o comitê do IEC que prepara os principais padrões para a rede inteligente, notavelmente a série IEC 61850. Eles lidam com automação de subestações, troca de informações bidirecional, funções de controle global, integração de energia renovável e segurança cibernética, para citar apenas alguns. O IEC TC 13 prepara os principais padrões no campo de medição e controle de energia elétrica, para equipamentos e sistemas de medição inteligente que fazem parte de redes inteligentes.
Um subcomitê do IEC TC 8 prepara padrões que lidam com a integração de sistemas de energia renovável na rede. Um dos quatro sistemas de avaliação de conformidade (CA) da IEC, o IECRE (Sistema IEC para certificação de padrões relacionados a equipamentos para uso em aplicações de energia renovável), é o sistema CA aceito internacionalmente para todas as usinas de energia que produzem, armazenam ou convertem energia solar fotovoltaica, eólica e várias formas de energia marinha.
O IEC SyC Smart Energy ajuda a coordenar e orientar os vários esforços entre esses diferentes comitês técnicos da IEC. Por exemplo, está trabalhando em um documento, o IEC 63460, que descreverá a arquitetura e os casos de uso para EVs para fornecer funções de suporte à rede. A maior parte deste padrão se preocupará em identificar configurações realistas de carregamento e descarregamento de VE, e a comunicação e controle entre os vários atores, operadores de sistemas de rede, agregadores, gerenciamento de energia de instalações e sistemas de carregamento de VE. Os resultados deste documento ajudarão outros comitês técnicos da IEC a levar em consideração as capacidades de suporte de rede dos VEs ao desenvolverem seus próprios padrões.
A esperança é que o suficiente seja feito a tempo para garantir que as luzes sejam mantidas acesas à medida que avançamos em direção a uma sociedade totalmente elétrica e conectada. Uma certeza é que os Padrões IEC e a avaliação de conformidade serão chamados a desempenhar um papel cada vez maior para garantir que cheguemos lá.
Autor: Catherine Bischofberger
A Comissão Eletrotécnica Internacional (IEC) é uma organização global sem fins lucrativos que reúne 174 países e coordena o trabalho de 30.000 especialistas globalmente. Os Padrões Internacionais IEC e a avaliação de conformidade sustentam o comércio internacional de produtos elétricos e eletrônicos. Eles facilitam o acesso à eletricidade e verificam a segurança, o desempenho e a interoperabilidade de dispositivos e sistemas elétricos e eletrônicos, incluindo, por exemplo, dispositivos de consumo, como celulares ou geladeiras, equipamentos médicos e de escritório, tecnologia da informação, geração de eletricidade e muito mais.
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