Pesquisadores do Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) aprenderam muito sobre como integrar de forma confiável grandes quantidades de energia eólica e solar na rede, mas existem alguns desafios pendentes.
Um desses desafios é garantir que a rede esteja protegida se houver uma falha, como um curto-circuito. Em um novo guia e vídeo explicativo, o NREL explica como resolver esse desafio e manter a proteção dos sistemas de energia com níveis mais altos de energias renováveis ​​na futura rede.

O próximo desafio a ser enfrentado após a inércia

No setor de energia elétrica, tem havido um esforço considerável para entender como o planejamento e a operação da rede podem mudar com a implantação em larga escala de recursos como energia eólica e solar fotovoltaica (PV), que usam inversores em vez dos geradores síncronos em usinas convencionais.

Acreditava-se que o declínio associado na inércia do sistema de energia representava um grande desafio para manter um sistema de energia confiável no futuro. Em 2020, o NREL respondeu a isso lançando um vídeo e um guia explicando o papel da inércia do sistema de energia para manter as luzes acesas.

Essas peças descrevem como, embora o crescimento dos recursos baseados em inversores reduza a quantidade de inércia na rede, existem várias soluções existentes ou possíveis para manter ou até melhorar a confiabilidade do sistema - para que os planejadores e operadores da rede não precisem entrar em pânico.

No entanto, a inércia é apenas um dos vários desafios que precisam ser abordados à medida que a rede evolui.

“Embora não tenha sido discutido tão amplamente quanto a inércia, a proteção contra falhas é outra questão a ser descoberta à medida que a geração baseada em inversores continua a crescer”, disse Paul Denholm, principal analista de energia do NREL e principal autor de ambos os guias. "E temos ideias sobre como isso pode ser abordado."

O que é proteção contra falhas e por que isso é importante?

O tipo mais comum de falha é um curto-circuito. Na rede elétrica, podem ocorrer curtos-circuitos, por exemplo, quando dois fios se tocam, ou quando uma árvore toca um fio. Isso faz com que os geradores produzam uma grande onda de corrente elétrica. Isso é chamado de corrente de falha e pode levar a incêndios e danos ao equipamento se não for corrigido.

No sistema de energia de hoje, a corrente de falta é produzida principalmente por geradores síncronos em usinas fósseis, nucleares e hidrelétricas, que podem produzir grandes quantidades de corrente. No entanto, a tecnologia do inversor normalmente não é projetada para produzir grandes quantidades de corrente de falha - portanto, em uma rede futura com altos níveis de energia solar fotovoltaica e eólica, o sistema de energia pode precisar encontrar novas maneiras de fornecer proteção contra falhas.

O relatório fornece a história completa

Para educar os formuladores de políticas e outras partes interessadas, os pesquisadores do NREL lançaram Entendendo a proteção dos sistemas de energia no futuro da energia limpa, que fornece uma breve visão geral da proteção do sistema e da corrente de falha na manutenção de um sistema de energia seguro. Ele descreve por que abordagens alternativas podem ser necessárias com o aumento da implantação de geração eólica e solar e aborda várias abordagens para manter a proteção do sistema na rede em evolução.

"Há uma gama de opções que podem manter a proteção do sistema, incluindo algumas que são muito bem compreendidas e têm um alto grau de certeza, como condensadores síncronos", disse Ben Kroposki, diretor do Centro de Engenharia de Sistemas de Energia do NREL e co-autor do livro guia. "Outras opções podem incluir esquemas de proteção inteiramente novos que não dependem de grandes correntes de falta. Estes estão em estágios iniciais de desenvolvimento, portanto, são menos certos, mas podem fornecer níveis de proteção iguais ou até mais altos a um custo menor. "

Portanto, embora haja pouca dúvida de que os futuros sistemas de energia podem manter a proteção adequada contra falhas com o aumento da implantação de energia renovável, permanece uma incerteza significativa sobre qual será a melhor abordagem.

"O maior desafio para determinar a combinação de recursos com ótimo custo-benefício pode ser entender a necessidade e o custo de várias opções, que provavelmente variarão significativamente com base na localização e na combinação de recursos existentes e futuros", disse Denholm.

No NREL, nosso trabalho continua, à medida que os pesquisadores buscam respostas para um desafio de cada vez no caminho para uma rede mais limpa, mais acessível e mais resiliente.