A rede elétrica está preparada para as mudanças climáticas?

Crédito:Pixabay/CC0 Public Domain

As ondas de calor do verão em todo o país testaram se a rede elétrica envelhecida dos Estados Unidos pode acompanhar a demanda – um problema que os cientistas dizem que será exacerbado pelas mudanças climáticas, à medida que furacões, incêndios florestais e outros eventos climáticos ocorrem com mais frequência, interrompendo a geração e transmissão de eletricidade.
Atender às crescentes necessidades de eletricidade dos consumidores americanos exige maior capacidade de geração e transmissão, maior resiliência e gerenciamento mais inteligente.

A DU Newsroom perguntou a Amin Khodaei, diretor do KLab e professor de engenharia elétrica e de computação da Ritchie School of Engineering and Computer Science da Universidade de Denver, como novas tecnologias, redes inteligentes e consumidores ativos podem preparar a rede para as mudanças climáticas.

Quais desafios as mudanças climáticas representam para nossa rede elétrica atual?

Segurança, lazer, trabalho e, agora, mais do que nunca, educação dependem fortemente de uma rede elétrica que possa fornecer e fornecer eletricidade sem interrupção. No entanto, eventos climáticos extremos e desastres naturais induzidos pelas mudanças climáticas estão interrompendo a rede e colocando vários desafios à sua operação.

A rede elétrica tem sido tradicionalmente projetada com dois objetivos em mente:confiabilidade e economia. A confiabilidade representa a capacidade da rede de continuar o fornecimento e entrega de eletricidade em caso de interrupções limitadas de equipamentos – por exemplo, se uma ou duas linhas de transmissão estiverem fora de serviço. O objetivo econômico da rede é selecionar o mix de geração de menor custo para produzir eletricidade considerando as limitações físicas e técnicas da rede e das diversas unidades geradoras. As concessionárias de energia elétrica foram bem-sucedidas em sua maior parte em alcançar esses dois objetivos ao longo do século passado. No entanto, a crescente frequência e intensidade dos desastres induzidos pelo clima exigem que se considere outro objetivo igualmente importante:a resiliência. Resiliência é definida como a capacidade de uma rede elétrica e seus componentes resistirem e se adaptarem a eventos disruptivos e se recuperarem rapidamente deles. Alcançar a resiliência é caro, e o número crescente de desastres só piora a situação.

Como a rede atual pode ser adaptada ou atualizada para garantir eletricidade resiliente e confiável?

Existem três fatores que impulsionam as necessidades e os desafios futuros da rede. Os dois primeiros são as mudanças climáticas e a mudança no cenário de fornecimento de energia sobre o qual falei. A terceira é em torno dos consumidores. A forma como os consumidores estão usando a eletricidade está mudando. Há uma necessidade crescente de energia de maior qualidade para os dispositivos digitais dos consumidores. Os consumidores também estão instalando cada vez mais geração local, incluindo painéis solares no telhado e sistemas residenciais de armazenamento de energia, causando um fluxo de eletricidade bidirecional pela primeira vez, dos clientes para a rede upstream. O crescente uso de veículos elétricos é outra grande mudança, que poderia dobrar o pico de demanda de um consumidor residencial, exigindo atualizações da rede.

A grade é necessária para aprimorar suas capacidades em três camadas de tomada de decisão física, cibernética e para enfrentar esses desafios. A camada física precisa de novas tecnologias, como dispositivos de monitoramento em tempo real e microgrids, para fornecer inteligência local e gerenciar melhor os recursos distribuídos. A camada cibernética precisa de comunicações atualizadas e medidas de segurança cibernética para lidar com a rede digitalizada. E a camada de tomada de decisão precisa de uma revisão significativa para alavancar tecnologias de ponta, como inteligência artificial e computação avançada.

Como a rede precisa ser alterada para trazer novos recursos de energia renováveis e confiáveis on-line?

A produção de eletricidade é responsável por 25% das emissões de gases de efeito estufa, logo após o setor de transporte com 27%. Além dos extensos impactos sociais negativos, essas emissões exacerbam a mudança climática que interromperia ainda mais a operação da rede. É vital reduzir essas emissões – algo que deve ser feito aproveitando recursos de energia limpa e renovável, como eólica e solar.

Embora esses recursos sejam limpos, renováveis e cada vez mais econômicos, eles representam alguns desafios técnicos para a rede. O primeiro desafio é a intermitência e volatilidade da geração, o que significa que eles não podem produzir eletricidade o tempo todo, e a produção de eletricidade pode flutuar significativamente em segundos. A rede precisa ser atualizada para lidar com essas flutuações, instalando unidades de resposta rápida, principalmente movidas a gás, ou armazenamento de energia, o que é caro. O segundo desafio é a falta de inércia. As unidades de geração térmica tradicionais contam com a conversão eletromecânica de energia através de elementos rotativos, oferecendo uma inércia mecânica que pode ser oferecida para suportar pequenas variações de carga. Isso é necessário para manter a rede estável. Os recursos de energia eólica e solar não oferecem inércia, portanto, não podem suportar a estabilidade da rede. Avanços recentes em eletrônica de potência, ou seja, eletrônica de alta potência usada para conectar a geração eólica e solar com o gird, fornecem soluções viáveis para este desafio.

O comportamento do consumidor precisará mudar com a grade?

O comportamento do consumidor está de fato mudando, transformando os consumidores de participantes tradicionalmente passivos na rede para participantes mais ativos que podem reagir às condições da rede. Se uma interrupção na rede interromper o fornecimento de eletricidade, o futuro consumidor mudará automaticamente para sua própria geração para resolver localmente essa interrupção. Se não houver interrupção, o futuro consumidor venderá eletricidade de volta à rede e será pago por sua contribuição para o fornecimento da rede.

No entanto, um consumidor ativo pode desempenhar um papel muito mais vital na operação da rede. Muitos dos desafios técnicos da rede – por exemplo, a flutuação da geração renovável – precisam de maior resiliência e até mesmo recuperação do sistema após desastres, podem ser resolvidos por consumidores ativos. Para simplificá-lo substancialmente, pense no que o Uber fez pelo transporte. Da mesma forma que a Uber forneceu uma opção viável e adicional de transporte, os consumidores ativos podem fornecer vários serviços sustentáveis para uma rede elétrica mais confiável, resiliente, eficiente e limpa. + Explorar mais