Esquema sem comunicação simplifica a configuração da microrrede, simplifica a recuperação

O método de microrrede sem comunicação do NREL permite que a frequência da rede varie em uma faixa mais ampla do que o normal. Os dispositivos observam a frequência e ajustam sua potência de acordo com as alterações da frequência. Crédito:NREL

Durante uma queda de energia ou após um desastre, é difícil superar a simplicidade de um gerador a diesel. Basta fornecer combustível e ligá-lo - tão fácil que qualquer um poderia fazê-lo. As microrredes renováveis, por outro lado, não são tão simples, com seu conjunto de controles, software e coordenação de ativos. Mas a beleza das energias renováveis é que o combustível é gratuito e já está disponível no local, mesmo em áreas remotas de desastre.
O National Renewable Energy Laboratory (NREL) publicou agora uma descrição dos controles improvisados que salvaram o NREL durante sua própria interrupção, o que poderia tornar as microrredes fáceis e de baixo custo onde são mais necessárias.

A publicação, intitulada "Unleashing the Frequency:Multi-Megawatt Demonstration of 100% Renewable Power Systems with Decentralized Communication-less Control Scheme", descreve uma abordagem de microrrede que evita o controlador central - um componente caro e complicado - e sua dependência de comunicações, em vez disso, usando controles nativos de sistemas de bateria, solar e eólico.

"A abordagem do NREL torna possível montar dispositivos em uma microrrede sem configuração árdua, contando apenas com energia renovável e experiência elétrica amadora - perfeito para recuperações em um piscar de olhos", disse Przemyslaw Koralewicz, engenheiro do NREL e co-desenvolvedor do método sem comunicação .

Um recurso de recuperação de baixo custo

Quando o NREL sofreu uma queda de energia surpresa, o laboratório tinha poucas opções para recuperação:nenhum controlador de microrrede e nenhuma configuração pré-configurada. Apenas uma grande bateria, painéis solares e turbinas eólicas. Outros campi - ou distritos, bairros e residências - podem se encontrar em circunstâncias semelhantes e, durante uma interrupção, não é hora de se atrapalhar com configurações complicadas. Como o NREL, as comunidades agora podem implementar uma microrrede resiliente imediatamente, usando controles que existem essencialmente em qualquer recurso de energia.

Enquanto as microrredes são uma resposta aparente para recuperação e resiliência, os custos de um controlador apresentam uma barreira para as comunidades. Em 2019, o NREL descobriu que os controladores de microrredes têm um custo médio de US$ 155.000/megawatt, potencialmente colocando microrredes resilientes fora do alcance de áreas vulneráveis.

Além dos custos, os controladores introduzem um emaranhado de comunicações e configurações do sistema, muitas vezes opacas, proprietárias e projetadas para se adequar a cenários específicos. Esses recursos podem ser úteis para minimizar o uso e os custos de energia, mas as recuperações geralmente exigem uma opção rápida e pronta. O método do NREL prioriza a inicialização à prova de falhas, renunciando a programas e comunicações elaborados em favor de controles extremamente básicos, enquanto ainda permite que projetos mais avançados sejam construídos em cima.

Os desenvolvedores do método de microrrede sem comunicação observam os sistemas de armazenamento de energia da bateria do NREL Flatirons Campus. Crédito:Dennis Schroeder, NREL

Como funciona?

O esquema do NREL é descentralizado - os dispositivos não trocam dados ou emitem comandos (ou seja, eles são "sem comunicação"). Em vez disso, os dispositivos se autorregulam usando a frequência do sistema como linguagem comum. Em suma, uma bateria ou outra fonte de energia forma a rede fornecendo energia em uma frequência definida. Outros geradores, como painéis solares e turbinas eólicas, seguem a rede observando a frequência e alterando sua potência de acordo.

O método não é muito novo - os chamados controles "droop" são familiares em geradores de combustível fóssil padrão - o que é parte do apelo. Os pesquisadores do NREL mostraram que o método funciona com 100% de energia renovável, pode ser dimensionado e é viável com a maioria dos dispositivos de energia.

O que é inovador é que o método do NREL libera a frequência da grade de 60 hertz (Hz). Desvinculada da rotação mecânica, a frequência da microrrede pode ter uma faixa mais ampla. Na verdade, essa faixa é exatamente como os dispositivos coordenam sem se comunicar:à medida que a frequência passa de 60 Hz, os geradores reduzem a potência. Em frequências ainda mais altas, os geradores reduzem ainda mais sua potência, reequilibrando a frequência em torno de 60 Hz. O sistema se auto-estabiliza, nunca sobrecarregando as baterias ou subservindo as cargas.

Se isso soa mais difícil do que um gerador a diesel, pode ser. Ainda requer alguma programação do dispositivo e configuração de parâmetros, que são detalhados no relatório.

“O método do NREL é o primeiro passo em um projeto que pode se tornar o padrão para microrredes à prova de falhas”, disse Koralewicz. "Nosso método sem comunicação pode ser configurado nativamente em dispositivos futuros ou possivelmente certificado para fácil acesso pelos operadores. Com adoção padronizada, microrredes de qualquer tipo - bases militares, backups de hospitais e até distritos em rede - podem contar com uma base infalível para seus dias -operações do dia-a-dia."

A fronteira dos sistemas de energia renovável

Na fronteira dos sistemas de energia, os engenheiros estão abordando as questões técnicas da operação da rede principalmente com energias renováveis. As questões pendentes estão relacionadas aos inversores, que são os dispositivos eletrônicos de potência que conectam a energia renovável à rede e, particularmente, como os inversores podem formar a rede de maneiras que os recursos baseados em fósseis tradicionalmente têm. O consórcio UNIFI está assumindo o desafio do inversor com o esforço combinado de dezenas de instituições de pesquisa, lideradas pelo NREL.

O método sem comunicação do NREL é um exemplo de estratégia de formação de grade, do tipo que será necessário à medida que os sistemas avançam em direção a níveis mais altos de energias renováveis. Ao propor o método, o NREL está inovando em alguns dos tópicos mais complicados que confrontam o UNIFI e os sistemas de energia em todos os lugares, como como lidar com a proteção da rede e quais controles devem ser essenciais nos dispositivos de formação de rede. Os autores abordam essas questões no relatório, oferecendo uma direção que os futuros sistemas de energia podem tomar no caminho da descarbonização. + Explorar mais