O poder emergente das microgrids

microgrid

Durante muitas décadas, a rede elétrica centralizada - um fluxo unidirecional de eletricidade, gerado por grandes usinas remotas e distribuídas por quilômetros de linhas de transmissão para residências e empresas - conseguiu entregar eletricidade entre continentes a bilhões. Mas nos últimos anos as deficiências do sistema se tornaram cada vez mais evidentes.

A rede convencional é amplamente dependente de combustíveis fósseis que aquecem o planeta. E, por ser tão grande e interconectado, é vulnerável a grandes rupturas por desastres naturais e suscetíveis a ataque físico ou cibernético. Em agosto 2003, 50 milhões de pessoas em partes de Ontário, Canadá e oito estados dos EUA perderam eletricidade quando uma linha de transmissão de energia em um subúrbio de Cleveland tocou um galho de árvore coberto de vegetação e funcionou mal, desencadeando uma sequência de eventos em cascata resultando maior apagão na história americana. Mais recentemente, Superstorm Sandy nos Estados Unidos e o tufão Haiyan nas Filipinas mostraram a destruição que o clima extremo pode causar.

Em todo o mundo, reguladores, formuladores de políticas e empresas estão colaborando na criação de um novo e melhor sistema de entrega de eletricidade - que seja mais estável e seguro, mais limpo e mais barato, e capaz de acomodar maiores parcelas de fontes de energia renováveis ​​variáveis. Prepare-se para a chegada da microrrede energia renovável.

Tendências com Benefícios

Partindo do modelo tradicional, uma microrrede é definida pela capacidade de gerar energia no ponto de consumo ou próximo dele, independente de outros geradores. Como o Departamento de Energia dos EUA coloca: “Uma microrrede é uma rede de energia local com capacidade de controle, o que significa que pode se desconectar da rede tradicional e operar de forma autônoma.” Na maioria das vezes, uma microrrede fornecerá eletricidade dentro de seu limite - uma base militar ou campus universitário - mantendo uma conexão com a maior rede elétrica. Mas em uma emergência, como incêndios florestais, terremotos ou furacões, uma microrrede pode ser isolada com segurança da rede convencional e continuar a fornecer energia.

Os precursores de microrredes são sistemas mais simples, consistindo em grande parte de uma usina central que atende a um único prédio ou campus com backup fornecido por geradores a diesel. Mas esses sistemas têm desvantagens. Ao depender de um único gerador, eles são menos seguros e, como normalmente queimam combustíveis fósseis para gerar eletricidade, perpetuam a dependência de combustíveis finitos que flutuam em preço e contribuem para as mudanças climáticas.

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Espera-se que as receitas dos fornecedores de microgrids quase triplicem com a 2020, à medida que cresce a preocupação sobre a vulnerabilidade da rede convencional, enquanto o custo do armazenamento de energia e a infraestrutura de energia renovável diminuem.

Atualmente, as micro-redes em desenvolvimento se beneficiam de duas tendências: o custo decrescente do armazenamento de energia e a crescente disponibilidade de energia renovável, especialmente energia eólica e solar. Os preços da bateria de iões de lítio têm caído em 40 por cento desde 2010. Painéis solares são 80 por cento mais barato do que há cinco anos. Os preços das turbinas eólicas caiu para 35 por cento de sua alta 2008. Com o armazenamento de energia a um preço acessível, o excedente de eletricidade solar ou eólica pode ser armazenado para uso posterior, permitindo que as microrredes despachem energia conforme necessário e operem 24 horas por dia. Tomadas em conjunto, as reduções de preços tornam possível reunir energia limpa variável e armazenamento em microrredes de energia renovável que podem suportar, ou operar de forma independente, a principal rede elétrica.

Atrativos Atrativos

Os sofisticados sistemas de gerenciamento de energia permitem que os desenvolvedores de projetos criem microgrids que podem trazer um mix diversificado de fontes de energia distribuída - painéis solares fotovoltaicos, células de combustível, turbinas eólicas, usinas de calor e biomassa combinadas a biomassa - juntamente com o estado-da-terra. armazenamento de arte. O resultado é uma usina geradora de eletricidade de pequena escala que pode equilibrar e atenuar as variações no fornecimento de energia; fornecer serviços, como suporte de tensão e regulação de freqüência, à rede convencional; e exportar eletricidade para a rede maior para obter lucro ou fornecer um impulso durante emergências. Mais notavelmente, ele também pode manter seu operador - seja um campus universitário, instalação militar, hospital ou outra instalação - em funcionamento no caso da rede principal cair.

Os projetos de microrredes que a Honeywell está projetando para seus clientes valorizam a gestão centralizada da oferta e da demanda. “Em algumas dessas abordagens de microrredes mais inovadoras, tem sido a resiliência, a disponibilidade da rede para algum tipo de missão crítica” o grande atrativo, diz Paul Orzeske, presidente da Honeywell Building Solutions, que instala e projeta sistemas que permitem que os edifícios operem com mais eficiência.

Orzeske diz que os projetos de micro redes que a Honeywell está projetando para seus clientes valorizam a gestão centralizada da oferta e da demanda. Esses sistemas de gerenciamento de energia asseguram, diz ele, “que você tem uma capacidade muito dinâmica de ajustar a demanda se a oferta cair; se a oferta atingiu um ponto econômico onde você quer estar fora da rede; se uma tempestade estivesse chegando; se você tivesse a oportunidade de maximizar os recursos eólicos, e então [reajustar] quando esses recursos eólicos fossem embora depois de uma ou duas horas. ”

Onde microgrids fazem sentido

Microgrids já fazem sentido em áreas com altos preços de energia, em locais remotos (como ilhas que historicamente queimaram combustível diesel importado caro para eletricidade), ou instalações, como instalações militares, que não podem se arriscar a perder energia.

Tomemos, por exemplo, um projeto em desenvolvimento na ilha havaiana de Kauai. A Marinha dos EUA Mecanismo de alcance de mísseis do Pacífico  está localizado no final de uma filial do sistema de distribuição de eletricidade de Kauai. Ansioso para limpar sua fonte de alimentação e reduzir suas contas de energia - o preço médio de varejo de eletricidade no Havaí é três vezes a média nacional - a Marinha instalou vários painéis solares no telhado. Mas quando a Marinha posteriormente pediu permissão para conectar um grande painel solar no topo de um hangar, a concessionária local, Kauai Island Utility Cooperative, resistiu com a alegação de que a eletricidade gerada pelos painéis poderia sobrecarregar seus equipamentos e levar à backfeeding - a energia fluindo na direção oposta à usual - no ponto de interconexão entre a base e a grade do KIUC.

A Marinha voltou-se para especialistas no Laboratório Nacional de Energia Renovável para uma solução, e a Honeywell foi encarregada de projetar o sistema de gerenciamento de energia usado para suavizar o surto e as quedas na saída solar acionada pela passagem de nuvens. O sistema acopla controles rápidos com uma pequena bateria para responder rapidamente às variações no fornecimento de energia solar. De acordo com a Honeywell, as discussões estão em andamento para expandir e atualizar o sistema de gerenciamento de energia para uma microrrede de segurança cibernética e usar a solução em outras instalações militares dos EUA para permitir maior penetração de energia renovável.

Em áreas remotas sem acesso confiável à rede convencional, microrredes que podem reduzir o consumo de combustível diesel caro e sujo, substituindo energia renovável e armazenamento, também são a escolha óbvia.

“Se o caso de negócios para armazenamento é baseado na redução ou otimização do uso de combustível diesel, não é preciso muito para obter um retorno positivo sobre o investimento (ROI) para um ativo de armazenamento,” Anissa Dehamna, analista de pesquisa sênior da Navigant Prática de energia inteligente da pesquisa, recentemente escreveu no blog da Navigant. “No caso de microrredes remotas”, acrescentou ela, “o sistema de armazenamento normalmente oferece vários benefícios: redução de diesel, maior penetração de energias renováveis ​​e melhor qualidade de energia. Mesmo que o caso de negócios seja baseado apenas na redução de diesel, o ROI ainda é positivo em menos de 4 anos em todas as químicas avançadas de bateria. ”

Em uma reviravolta irônica, Bill Siddall, vice-presidente de marketing e vendas para fornecedor de tecnologia de micro-redes Sistemas TM3, diz que sua empresa foi abordada para desenvolver microrredes capazes de funcionar com energia renovável para o setor de energia, incluindo plataformas de perfuração offshore de petróleo e gás.

“Você pensaria: 'Petróleo e gás, por que eles se importam? Eles fazem o combustível, por que eles se importariam com quanto isso custaria? '”, Ele diz. Mas plataformas offshore que não estão ligadas a redes elétricas continentais normalmente geram eletricidade queimando enormes quantidades de gás natural em turbinas a gás ineficientes. Com uma microrrede instalada, painéis solares e turbinas eólicas poderiam ser adicionados ao mix de geração, e as turbinas a gás operariam em plena capacidade, aumentando a eficiência. O armazenamento de energia captaria o excedente de eletricidade gerado pelas turbinas a gás, permitindo que elas fossem desligadas quando não fossem necessárias e equilibraria a produção do mix de fontes de geração.

Previsão: Sunny

Um novo Sierra Club Denunciar estima que o mercado de serviços de energia limpa fora da rede, incluindo os chamadosgrades magrasO pacote de iluminação LED solar e energeticamente eficiente nos países em desenvolvimento valerá US $ 12 bilhões por ano pela 2030. Pesquisa Navegante previsões essas microrredes remotas representarão uma indústria de $ 8.4 bilhões pela 2020, com o maior número de implantações ocorrendo no mundo em desenvolvimento e atividade aumentando na América do Norte e na Europa.

Na ilha dinamarquesa de Bornholm, isolada no mar Báltico, a empresa local Østkraft A / S construindo um projeto de demonstração de microgrid de vitrine incorporando um mistura de soluções de baixo carbonoincluindo três dúzias de turbinas eólicas, centrais térmicas a biomassa e uma usina de biogás. As microrredes de energia renovável também devem se expandir em áreas com acesso universal à eletricidade, especialmente em mercados como a Califórnia, onde o armazenamento de energia solar e de energia decolou.

No último outono, Chris Marnay, um especialista em micro-grade recentemente aposentado do Grid Integration Group do Lawrence Berkeley National Lab, me disse: “São as instalações que querem poder anormalmente de alta qualidade onde vemos a maior parte da ação no momento” - bases militares, pesquisa instalações e centros de dados. Mas o mercado está inclinado a se abrir para mais setores. Pesquisa GTM diz A capacidade de micro-redes dos EUA excederá o 1.8 GW até o final do 2017, acima do 1 GW hoje, com cidades, comunidades e instituições públicas promovendo a próxima rodada de adoção de micro-redes. E, de acordo com Mike Munsell, da GTM Research, a participação de microrredes que integram a energia solar "crescerá significativamente nos próximos três anos".

“Esse desenvolvimento está acontecendo, quer a concessionária, ou reguladora, encoraje ou não”, observam os autores de Denunciar publicado pela California Public Utilities Commission em abril.

Em fevereiro 2014, o Departamento de Energia dos EUA anunciou $ 7 milhões em financiamento para avançar no projeto de microrredes de escala comunitária com uma capacidade tão grande quanto os megawatts 10.

O relatório recomenda que os reguladores “considerem a concessionária como um operador do sistema de distribuição” responsável por garantir que ela possa distribuir eletricidade gerada no cliente ou no lado do medidor da concessionária. Ele sugere o desenvolvimento de padrões e requisitos apropriados para garantir que as microrredes possam se interconectar e interagir de maneira confiável e segura com a rede. E também incentiva os reguladores a pesquisar a rede estadual para identificar os locais mais adequados para microrredes, como aqueles que sofrem freqüentes interrupções ou congestionamentos de rede, e áreas de alta penetração de energia renovável.

Acertar a política é fundamental, mas também os incentivos financeiros. Em fevereiro 2014, o Departamento de Energia dos EUA anunciou $ 7 milhões em financiamento para avançar o projeto de microrredes de escala comunitária com uma capacidade tão grande quanto os megawatts 10, e também recentemente revelou um proposta oferecendo US $ 6.5 milhões em doações correspondentes a tecnologias que abordam os desafios da integração de energia renovável e armazenamento na rede.

Na Califórnia, o governador Jerry Brown recentemente assinou uma conta reautorizing do Programa de Incentivo de Autogeração. Nos próximos cinco anos, o programa fornecerá US $ 415 milhões em incentivos para componentes de microrredes instalados no lado do cliente do medidor de serviços públicos, incluindo turbinas eólicas, calor residual para tecnologias de energia, células de combustível e sistemas avançados de armazenamento de energia. Espera-se que o financiamento ajude os reguladores da Califórnia a atender às mandato de armazenamento de energia marco, que exige que as concessionárias de propriedade do investidor adicionem 1.3 gigawatts de armazenamento de energia às suas redes pelo 2020. Mídia GreentechEric Wesoff relatórios que em 2013 mais aplicações SGIP foram submetidas para armazenamento de energia do que para qualquer outra tecnologia.

O que o futuro reserva para as microrredes de energia renovável depende de muitas variáveis: regulamentações, incentivos, o futuro papel das concessionárias e muito mais. Mas, se a política atual, a tecnologia e as tendências de preços são uma indicação, as condições estão claramente estabelecidas para facilitar a adoção de micro-redes que podem fornecer um complemento, ou alternativa, seguro, limpo e cada vez mais acessível à rede elétrica convencional.

Sobre o autor

gerdes justinJustin Gerdes é um jornalista independente baseado na área da Baía de São Francisco, especializado em energia e mudança climática. Seu trabalho já apareceu no Guardião, Yale Environment 360, Forbes.com, MotherJones.com, Smithsonian.com, Chinadialogue, do cristão Monitor de ciência e GreenBiz.com, entre outros.

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