por Anke Baars
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A energia renovável pode cobrir uma demanda crescente de energia. No entanto, ela também pode garantir a estabilidade do sistema quando as usinas de energia convencionais estão sendo cada vez mais desligadas? Grandes sistemas de armazenamento de bateria com inversores formadores de grade desempenham um papel fundamental aqui. O que antes era realizado pela massa de inércia dos geradores do sistema em usinas de energia convencionais, agora é gerenciado pela eletrônica de potência dos inversores no fornecimento de energia cada vez mais renovável. Descubra como essas tecnologias contribuem para a estabilização da rede elétrica e como a transição para um fornecimento de energia 100% renovável pode ser alcançada.
As usinas de energia geram energia e também fornecem capacidade de formação de rede. Em usinas de energia convencionais, máquinas síncronas com massas de inércia rotativas garantem a estabilidade da rede reagindo a perturbações. Essa inércia garante a operação da rede e mantém a frequência da rede estável. Quando essas usinas de energia são desligadas, o armazenamento de bateria com inversores de formação de rede (GFM) pode fornecer essas importantes funções de estabilização.
Outra função importante para uma operação de rede confiável também é a restauração da rede. A função black-start permite que inversores formadores de rede com sistemas de energia de armazenamento de bateria iniciem a si mesmos e sirvam como uma unidade de partida para a restauração da rede de serviços públicos após eventos extremos raros. A eletrônica de potência assume as tarefas dos geradores síncronos.
A importância dos inversores formadores de rede
Em contraste com as usinas de energia convencionais controladas centralmente, os inversores não têm massas rotativas, mas as funções de estabilização da rede são programadas usando algoritmos de controle. A eletrônica de potência do inversor, portanto, desempenha um papel decisivo aqui.
O hardware pode parecer o mesmo ou similar, enquanto o software habilita diferentes funcionalidades além das funções normais do sistema, dependendo das necessidades e requisitos. Uma bateria pode então ser usada como armazenamento de energia para mudar a energia armazenada do meio-dia para a noite. Mas ela também está pronta a qualquer momento para absorver picos de energia para manter a frequência estável. Estações de energia de armazenamento de bateria em larga escala nas faixas de alta e extra-alta tensão já estão fornecendo serviços de estabilidade.
As usinas de armazenamento de energia por bateria abordam os dois principais desafios da transformação do sistema energético: estabilização da rede e alívio da pressão na rede elétrica.
Neste vídeo, você aprenderá como funciona a formação de grade:
Melhores práticas: Reino Unido é pioneiro na formação de redes
O Reino Unido é atualmente pioneiro em novos serviços de rede, em particular para níveis de inércia e curto-circuito.
O país estabeleceu a meta de atingir a neutralidade climática até 2050. Para atingir essa meta, o país planeja se abastecer com eletricidade totalmente livre de carbono (net zero) até 2035. Para esse propósito, o National Grid Electricity System Operator (NGESO) iniciou vários programas, que incluem o programa “Stability Pathfinder”. Dentro dessa estrutura, os primeiros projetos implementados foram sistemas de energia de armazenamento de bateria em larga escala que fornecem serviços de estabilidade com base em inversores formadores de rede. Isso manterá a rede elétrica britânica estável e confiável, mesmo com o aumento da energia renovável.
Os contratos do programa “Stability Pathfinder” são os primeiros no mundo em relação ao fornecimento de serviços de rede em níveis de inércia e curto-circuito. Eles visam reduzir as importações de energia fóssil, bem como permitir fontes adicionais de energia renovável e maior eficiência. Dessa forma, o Reino Unido fortalece sua independência energética, ajuda a reduzir as contas de eletricidade dos consumidores e contribui para uma redução significativa em grandes quantidades de emissões de CO 2.
Estudo de caso: Blackhillock na Escócia dá sinal verde para inércia
Um total de dez sistemas foram encarregados de fornecer serviços de estabilidade para o programa “Stability Pathfinder”, cinco dos quais dependem de estações de energia de armazenamento de bateria em larga escala. Em vários locais na Escócia, inversores de formação de rede em breve serão conectados à rede elétrica pela primeira vez.
A empresa Zenobé garantiu três “Contratos de Estabilidade” como parte do processo de licitação. Isso inclui os locais Blackhillock (200 MW/400 MWh), Kilmarnock South (300 MW/600 MWh) e Eccles (400 MW/800 MWh). Para implementar o primeiro desses dois projetos, a Zenobé confiou na SMA Grid Forming Solution.
A SMA fornece inversores de bateria com estações de média tensão que a empresa Wärtsilä integra em sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS).
Em Blackhillock, Escócia, a obra começou em fevereiro de 2023. A conclusão está prevista para 2024. Ao agrupar várias fontes de renda de mercados diários e intradiários, controlar energia em combinação com serviços de estabilidade e capacidade de black-start, a competitividade dos serviços individuais aumenta. Consequentemente, a potência e a faixa de energia dos sistemas de armazenamento de energia de bateria são utilizadas ao máximo.
Mais informações podem ser encontradas nos seguintes links:
Mercados comparáveis estão surgindo na UE com base nos novos “serviços de rede não baseados em frequência” — estes são atualmente implementados em nível nacional. Na Alemanha, espera-se que o design do mercado seja adotado este ano — em 2024 —, tornando-se o primeiro mercado europeu continental para inércia (veja o info box “Roadmap System Stability”).
Existem outros mercados com redes de serviços públicos localmente fracas, por exemplo, na Austrália. Licitações para inércia também estão em vigor lá, mas geralmente são limitadas regionalmente. Se uma área for especialmente adequada devido às suas condições locais para a construção de sistemas de geração regenerativa, mas as capacidades de transmissão forem insuficientes, inversores formadores de rede com sistema de armazenamento de energia de bateria podem desempenhar uma função dupla: eles mantêm a tensão estável e, ao mesmo tempo, movem a energia de forma flexível para as horas da noite ou da noite, por exemplo.
Isso será cada vez mais o caso na Europa quando as redes de serviços públicos estiverem sob alta carga, mas a expansão da rede não conseguir acompanhar. Os desenvolvedores de projetos enfrentam o desafio de usar as superfícies da melhor forma possível, por um lado, enquanto aliviam a tensão na rede, por outro. O que importa agora é desenvolver incentivos de investimento e modelos de negócios adequados.
Novas oportunidades para financiamento de projetos
Novas oportunidades de negócios e renda se apresentam aos desenvolvedores do projeto: o serviço de estabilidade é necessário a longo prazo e, portanto, remunerado por meio de contratos de longo prazo. Complementado pela receita do comércio de energia, um novo modelo de financiamento resulta, oferecendo maior segurança de planejamento. Ser capaz de planejar melhor pode resultar em maiores investimentos em armazenamento de bateria em larga escala, acelerando assim a reestruturação do fornecimento de energia e reduzindo os custos gerais da flexibilidade necessária no sistema de energia.
O próximo nível da transição energética
Em grandes estações de energia de armazenamento de bateria, funções individuais podem ser projetadas de forma flexível em termos de tempo usando inversores de formação de grade. Então, pode ser avaliado se deve-se atribuir mais peso às funções de comércio de energia ou estabilização.Os operadores dessas estações de energia de armazenamento de bateria podem se beneficiar de três opções diferentes aqui:
Transição energética: oferece segurança de investimento
Licitações para serviços de estabilidade: segurança de investimentos por meio de contratos de longo prazo
Restauração da rede como serviço de rede > tornar as conexões de rede existentes utilizáveis, fortalecer as redes de serviços públicos localmente e neutralizar a expansão atrasada da rede
Vantagens para os participantes do mercado:
Estabilidade da rede a baixo custo
Energia rentável e amiga do clima no mercado
Hoje, os sistemas de armazenamento de energia de bateria com inversores formadores de rede já são capazes de compensar déficits de geração de curto prazo e fornecer serviços de grade, como potência reativa, níveis de curto-circuito, ilhamento e capacidade de black-start, bem como inércia. O projeto de demonstração da empresa de serviços públicos Versorgungsbetriebe Bordesholm e da Universidade de Ciências Aplicadas de Colônia provou que os sistemas de armazenamento de energia de bateria com inversores formadores de grade são capazes de executar as tarefas de estabilização da grade.
Projeto de demonstração Bordesholm: fornecimento de energia 100% renovável possível.
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No final de 2019, os parceiros do projeto simularam uma queda de energia em larga escala. Eles desconectaram todas as residências, empresas e instituições em Bordesholm da rede elétrica europeia por uma hora e, ao mesmo tempo, ativaram uma rede de backup de bateria. Essa rede autônoma forneceu às residências e empresas conectadas 100% de energia renovável durante esse período. Portanto, o experimento passou despercebido pela maioria das 8.000 residências.
“Com este projeto piloto, conseguimos mostrar que é possível operar uma rede de utilidades completa com energias renováveis e uma bateria para dar suporte à rede de utilidades. A rede autônoma de Bordesholm é a prova de que regiões inteiras podem se abastecer com energias renováveis.”
Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt da Universidade de Ciências Aplicadas de Colônia
Nós documentamos esse projeto piloto para você em um vídeo.
A Alemanha está estipulando diretrizes com o “Roteiro de Estabilidade do Sistema”
O “Roadmap System Stability” [BMWK – Roadmap System Stability] foi introduzido pelo Ministério Federal de Assuntos Econômicos e Proteção Climática e aprovado pelo Governo Federal Alemão em dezembro de 2023. Ele faz parte do acordo de coalizão e contém um roteiro para atingir uma operação segura e robusta do sistema com 100 por cento de energias renováveis, bem como os processos e funcionalidades necessários para isso. O roteiro foi desenvolvido com a participação da indústria e da Agência Federal de Redes e constitui um componente central para a transformação do sistema elétrico como parte da transição energética.
O roteiro estipula quais medidas devem ser implementadas até 2030 e quem é responsável por elas.
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Principais marcos do Roteiro de Estabilidade do Sistema. Fonte: Roteiro de Estabilidade do Sistema, figura 1.2, página 8.
Principais marcos:
Final de setembro de 2023: Início das consultas para a aquisição baseada no mercado de energia reativa necessária para a estabilização da tensão.
Início de 2024: Licitações dos quatro operadores do sistema de transmissão (OST) para aquisição de energia reativa.
Planejado para 2025: Introdução da aquisição de inércia baseada no mercado.
Conclusão e perspectiva
A crescente digitalização e automatização do gerenciamento de energia permite mais espaço para continuar melhorando as opções para estabilizar a rede de serviços públicos. Exemplos práticos como o projeto em Bordesholm mostram que regiões inteiras já podem ser abastecidas de forma confiável com energias renováveis e armazenamento de bateria hoje.
Com o programa “Stability Pathfinder”, a Grã-Bretanha está buscando energias renováveis e maior independência energética e está criando os incentivos econômicos apropriados.
Esses projetos já fornecem descobertas valiosas e servem como modelo para a transformação do sistema de energia. Eles provam: sistemas de armazenamento de energia de bateria com inversores de formação de grade definem o curso para a estabilidade do sistema e um fornecimento confiável de eletricidade com 100 por cento de energia renovável.
O que é necessário agora é cooperação próxima e troca aberta entre tomadores de decisão política, operadores de rede, empresas de serviços públicos de eletricidade e participantes relevantes da indústria. Em termos de transição energética, é importante acelerar ainda mais o progresso tecnológico, resolver desafios técnicos e remover obstáculos legais e regulatórios.
Com a SMA Large Scale Grid Forming Solution , a SMA está oferecendo uma solução voltada para o futuro para proprietários de usinas de energia. O sistema estabiliza a frequência da rede, entre outras coisas, e mantém reservas de energia de curto prazo disponíveis instantaneamente, prontas para essa finalidade. Isso significa que a usina de energia interage com a rede elétrica como uma única unidade. A solução SMA não apenas converte corrente contínua em corrente alternada e vice-versa, mas também a formação da rede para compensar quedas de tensão ou frequência de curto prazo, por exemplo. Eles podem fornecer inércia do sistema de armazenamento de energia da bateria para manter a rede elétrica estável durante flutuações de frequência.
Essa tecnologia moderna já está sendo usada em sistemas de armazenamento em larga escala. A SMA está apoiando parceiros ao redor do mundo com projetos iniciais de estabilização de rede em larga escala e está em diálogo direto com operadores de sistemas de transmissão nesses países.
A tecnologia de formação de redes como parte essencial da transição energética
👏👏👏👏
Os conteúdos do canal estão cada vez melhor, parabéns, sobre o artigo SMA é super confiável e na minha opinião precisa aparecer mais para o consumidor, parabéns SMA.
Muito bom.
Ótimo conteúdo, muito completo e informativo, obrigado ao canal Energy Channel por compartilhar.