Desde a crescente descarbonização, eletrificação e geração distribuída, até eventos climáticos extremos mais frequentes de mudanças climáticas, o sistema de energia elétrica está passando por imensas mudanças. Esses fatores afetam como a rede é planejada e operada para manter uma energia segura e confiável.
A North American Electric Reliability Corporation - que se dedica a monitorar a integridade geral do sistema de energia em massa e minimizar os riscos de confiabilidade e segurança - publicou a Avaliação de Confiabilidade do Verão de 2022. O relatório identificou várias áreas que estão em maior risco neste verão devido a condições extremas de seca, linhas de transmissão fora de serviço, maior demanda e muito mais. Maiores riscos de confiabilidade tornam o planejamento do sistema de energia ainda mais importante.

Para enquadrar a questão da confiabilidade, pesquisadores do National Renewable Energy Laboratory (NREL) usam os "três Rs de confiabilidade do sistema de energia":adequação de recursos, confiabilidade operacional e resiliência. Todos os três Rs são necessários para um sistema de energia seguro e confiável. Esse conceito orientou estudos recentes do NREL sobre a manutenção da confiabilidade com uma rede e um ambiente em constante mudança.

Não existe uma única definição absoluta para cada um dos três Rs, e alguns aspectos se sobrepõem. Além disso, as métricas usadas para medir a confiabilidade do sistema de energia ainda estão sendo desenvolvidas e atualmente são uma conversa importante dentro do espaço de planejamento da rede. No entanto, os três Rs podem informar o planejamento e a operação holística do sistema de energia para garantir uma rede segura e confiável.

“Cada região é diferente e requer sua própria análise exclusiva, mas os três Rs podem ajudar a fornecer uma imagem mais abrangente da confiabilidade e do risco do sistema de energia para planejadores de rede, reguladores e formuladores de políticas”, disse Paul Denholm, analista de energia do NREL. "Os três Rs também podem orientar a evolução das métricas de confiabilidade do sistema de energia no futuro."

Adequação de recursos:capacidade sobressalente suficiente

A adequação de recursos é a capacidade do sistema de energia de fornecer eletricidade suficiente - nos locais certos - para manter as luzes acesas, mesmo durante dias de clima extremo ou momentos em que a carga cai. A adequação de recursos é normalmente medida pela probabilidade de uma interrupção durante um período de tempo prolongado. Ao avaliar a adequação de recursos, o NREL considera amplamente a incerteza tanto na oferta quanto na demanda.

A incerteza de carga inclui o aumento da demanda elétrica, períodos de carga estressantes e muito mais. A incerteza de fornecimento inclui as interrupções comuns ocasionais, mas esperadas, em usinas de energia, linhas de transmissão e distribuição e outros equipamentos da rede. A incerteza de fornecimento também inclui a disponibilidade de recursos variáveis, como solar e eólico, bem como armazenamento de energia e resposta à demanda, principalmente durante períodos de estresse do sistema.

Um sistema adequado tem recursos disponíveis suficientes (por exemplo, capacidade sobressalente e/ou carga flexível) para substituir a capacidade que falha, está fora de serviço para manutenção ou indisponível devido a restrições de combustível. O sistema de transmissão também é importante para garantir a adequação dos recursos porque fornece geração de muitos recursos para os locais de carga e permite o acesso a uma maior diversidade de recursos renováveis ​​variáveis ​​e carga nas regiões vizinhas.

Com mais energias renováveis ​​sendo adicionadas à rede, a adequação de recursos deve levar cada vez mais em conta a variabilidade do fornecimento de energia renovável, o papel do armazenamento, as mudanças nos padrões de demanda e o impacto das interrupções de transmissão e coordenação inter-regional.

Confiabilidade operacional:capacidade de responder em tempo real

A confiabilidade operacional é a capacidade do sistema de energia de equilibrar oferta e demanda em tempo real, gerenciando variabilidade, restrições de rampa e cargas flexíveis - incluindo imediatamente após um "evento" como uma grande usina de energia ou falha na linha de transmissão. Um sistema de energia confiável pode manter as luzes acesas durante esses eventos inesperados com usinas de energia que podem variar rapidamente a produção ou usuários finais que podem reduzir seu consumo de eletricidade.

Um aspecto da confiabilidade operacional são as reservas operacionais, ou capacidade sobressalente disponível que responde ativamente durante um evento para ajudar a equilibrar a energia e manter a frequência estável. Por exemplo, a inércia na rede dá tempo para que os sistemas mecânicos que controlam a maioria das usinas de energia detectem e respondam a uma falha.

Serviços de rede como inércia têm sido tradicionalmente fornecidos por usinas convencionais fósseis, nucleares ou hidrelétricas que usam geradores síncronos giratórios. No entanto, energia eólica, solar fotovoltaica e baterias são recursos baseados em inversores, o que significa que dependem da eletrônica de potência, ou inversores, para gerar eletricidade compatível com a rede.

"À medida que os geradores mais convencionais são substituídos por recursos baseados em inversores, é importante entender como eles podem manter uma rede segura e estável", disse Mohit Joshi, analista de rede do NREL que apoia países em desenvolvimento no sul da Ásia e no sudeste da Ásia com seus projetos de longo prazo. planejamento do sistema de energia.

Resiliência:capacidade de se recuperar

Resiliência não é tão claramente definida como adequação de recursos ou confiabilidade operacional. A Federal Energy Regulatory Commission a define como "a capacidade de resistir e reduzir a magnitude e/ou duração de eventos disruptivos, o que inclui a capacidade de antecipar, absorver, adaptar-se e/ou recuperar rapidamente de tal evento".

Partes da resiliência se sobrepõem à adequação de recursos e confiabilidade operacional, mas geralmente capturam o quão bem um sistema se recupera ou a rapidez com que a energia pode ser restaurada após uma interrupção. A resiliência também inclui eventos mais extremos do que as interrupções típicas consideradas com adequação de recursos e confiabilidade operacional.

“Ao longo dos anos, com o aumento da geração renovável, veículos elétricos, resposta à demanda e outras tecnologias emergentes, aprendemos que não precisa haver uma troca entre descarbonização e confiabilidade do sistema de energia”, disse Joshi. "Cerca de uma década atrás, havia ceticismo nos países do sul e sudeste asiático se o sistema de energia poderia operar com energia eólica e solar, mas em algumas redes, vimos contribuições instantâneas de geração variável de até 100%. Existem novas tecnologias e pode haver novos desafios, mas por meio de nossa pesquisa podemos encontrar soluções para continuar a garantir uma rede de baixo carbono, segura e confiável." + Explorar mais

Vídeo:como ter capacidade de energia renovável mais do que suficiente pode tornar a rede mais flexível