As microrredes são pequenas redes que dependem da energia solar, eólica ou de outras fontes renováveis próximas para fornecer energia verde fiável. Podem também ser alimentadas por combustíveis fósseis, se as circunstâncias o exigirem. As microrredes podem funcionar independentemente da rede principal, o que se designa por "modo de ilha", ou podem ser ligadas à rede principal com a mesma tensão, recebendo energia da rede principal nas horas de ponta e enviando o excesso de energia de volta para a rede principal nas horas de menor consumo. Quando a rede eléctrica é comutada, a sua disponibilidade não é afetada. Se for adicionado armazenamento de baterias, a microrrede pode ser isolada e funcionar de forma independente em "modo de ilha" quando a rede eléctrica mais alargada falha. As microrredes ganharam ímpeto nos últimos anos, em parte devido ao seu potencial para aumentar a eficiência de instalações críticas. Estas instalações incluem estações de tratamento de águas residuais, sistemas de água potável e instalações de cuidados de saúde.
A "microrrede" é um conceito comparado com a tradicional "grande rede". Utiliza tecnologia de controlo avançada e dispositivos de eletrónica de potência para ligar a energia distribuída à carga e aos dispositivos de armazenamento de energia, formando uma rede completa em miniatura. Esta rede eléctrica "em miniatura" é um sistema de energia completo, desde a produção, transmissão e transformação de energia até ao utilizador final. Pode não só formar uma rede de fontes de rendimento local totalmente funcional, mas também "funcionar sozinha" de forma a não interferir com o sistema de transmissão e distribuição. Também pode ser ligada à rede eléctrica municipal através de um ponto de ligação comum: quando a função de fornecimento de energia da micro-rede é insuficiente, a grande rede eléctrica pode complementar a escassez e, quando a produção de energia é grande, o excesso de energia pode ser devolvido à grande rede eléctrica. Quando necessário, os dois modos podem ser alternados, o que permite manter o funcionamento seguro e estável da micro-rede e da grande rede.
Composição de ilha modo
Tecnologias de distribuição de energia renovável
Quer se trate de ilhas ao largo da costa, de zonas remotas ou de edifícios, comunidades ou fábricas densamente povoadas, as pessoas verão cada vez mais estas aplicações de energia distribuída. Por exemplo, uma micro-rede de energia fotovoltaica distribuída, energia eólica e geradores a gasóleo poderia satisfazer todas as necessidades energéticas dos pescadores em ilhas remotas. Por exemplo, as tecnologias CCHP e de energias renováveis distribuídas são integradas em sistemas de microrredes de comunidades urbanas para fornecer aos residentes e às empresas eletricidade, água quente e serviços de refrigeração produzidos localmente e com uma boa relação custo-eficácia. Grande parte deste facto deve-se à tecnologia de microrredes, que já não se limita ao modelo de fornecimento de energia centralizado da rede municipal. Também permite que ilhas remotas, zonas rurais e requisitos especiais sejam construídos fora do âmbito da rede municipal. Os sistemas distribuídos de fornecimento de energia podem ser instalados perto do utilizador, de acordo com as suas necessidades individuais.
Como integradora de uma variedade de fontes de energia distribuídas, a tecnologia de "microrredes" tem um amplo espaço de desenvolvimento e cenários de aplicação. Num sistema de microrrede completo, a energia distribuída é o principal órgão de fornecimento de energia, e diferentes tipos de energia podem cooperar e complementar-se mutuamente. Do lado da energia, o sistema monitoriza e controla a carga de energia. Em termos de sistema de controlo, a microrrede necessita de programação interna e de comunicação externa para atingir um elevado grau de autonomia. O armazenamento de frio, calor e eletricidade torna as microrredes seguras e flexíveis. Dependendo do facto de a microrrede estar ou não ligada à grande rede, a microrrede pode ser dividida em tipo fora da rede e tipo ligado à rede. Os cenários de aplicação da microrrede fora da rede incluem a resolução de problemas de eletricidade em ilhas e zonas remotas, enquanto a microrrede ligada à rede acrescenta uma garantia de segurança do fornecimento de energia aos utilizadores e o funcionamento em rede pode também melhorar a economia de todo o sistema.
Geradores a gasóleo numa microrrede
Grandes distâncias separam as nossas comunidades remotas dos seus vizinhos - e dos sistemas de energia que muitos de nós tomamos como garantidos quando ligamos um interrutor. Como as comunidades remotas não estão ligadas à infraestrutura de gás natural nem à rede, têm de gerar a sua própria energia queimando gasóleo (derivado do petróleo) para aquecer as suas casas e edifícios e para alimentar as suas pequenas microrredes. Como qualquer sistema de energia, o funcionamento fiável de uma microrrede requer a correspondência exacta entre a oferta e a procura de eletricidade, a cada minuto de cada dia. Para atingir este equilíbrio, as microrredes dependem apenas de uma pequena quantidade de energia - normalmente um único motor a gasóleo. Em contrapartida, as redes de maior dimensão são mais resistentes e mais capazes de gerir picos súbitos de procura ou perdas de energia inesperadas.
Manter a fiabilidade do sistema 24 horas por dia é uma prioridade máxima para todos os operadores de sistemas de energia. As fontes de energia contínuas (ou não intermitentes), como o gasóleo e a energia hidroelétrica, fornecem energia 24 horas por dia. Em contrapartida, as fontes de energia intermitentes, como a eólica e a solar, fornecem uma produção variável, o que complica de várias formas as operações de rede para as microrredes. Ainda assim, existem muitos exemplos bem sucedidos de integração de energias renováveis em comunidades remotas para criar microrredes híbridas - e a lista continua a crescer à medida que os projectos provam que reduzem os custos operacionais, a poluição por carbono e a dependência do gasóleo importado.
A utilização de geradores a gasóleo como fonte de energia de reserva pode ser uma boa opção para as microrredes que são apoiadas por energias renováveis. Quer pretenda aumentar a fiabilidade da sua microrrede ou melhorar o nível de serviço, os geradores a gasóleo podem ser uma solução eficaz. Os motores a gasóleo têm uma tecnologia comprovada e podem oferecer um elevado nível de fiabilidade. Podem também fornecer uma fonte de energia de reserva para as microrredes. Para além de fornecerem energia de reserva, os motores a gasóleo podem ser unidos para criar um sistema de equilíbrio de carga que pode sincronizar a energia.
As energias renováveis estão presentes nas microrredes
A quantidade de energia proveniente de fontes renováveis numa microrrede híbrida é conhecida como o nível de penetração. Uma vez que os recursos energéticos disponíveis em qualquer altura são extremamente diversificados, os grandes sistemas de rede com muitas fontes de energia diferentes são capazes de lidar com grandes quantidades de energia renovável intermitente (80-100%). Em contrapartida, o atual limite técnico para a penetração de energias renováveis intermitentes em microrredes remotas sem armazenamento é de cerca de 20 a 30 por cento.
As microrredes híbridas têm apenas uma pequena quantidade de energia disponível. Uma vez que a energia renovável intermitente não é produzida de forma consistente, os geradores a gasóleo têm de aumentar ou diminuir a sua produção de energia dependendo da quantidade de energia renovável disponível num determinado momento. (Lembre-se: a oferta tem sempre de corresponder exatamente à procura.) Os geradores a gasóleo mais antigos tendem a funcionar de forma muito ineficiente a velocidades mais baixas, pelo que as frequentes subidas e descidas encurtam a sua vida útil e reduzem as poupanças de custos de funcionamento das microrredes que utilizam energias renováveis.
A solução
Felizmente, estão disponíveis novas tecnologias para mitigar estes problemas. Uma tecnologia promissora a considerar quando se substitui o equipamento diesel mais antigo é o gerador de velocidade variável (VSG). Os VSGS produzem eletricidade de forma eficiente a uma taxa muito mais baixa do que os geradores convencionais, o que significa que consomem menos gasóleo quando complementados com energia renovável. Além disso, o VSG permite uma maior penetração de energias renováveis a níveis máximos.
Outra tecnologia que complementa as energias renováveis intermitentes e que é familiar à maioria das pessoas é o armazenamento em baterias. Quando utilizadas em conjunto com a produção de energia eólica ou solar, as baterias podem ajudar a atenuar as variações horárias ou diárias na produção de energia, mantendo a eletricidade a circular quando o sol não brilha ou o vento não sopra. No entanto, as baterias não conseguem armazenar energia suficiente para fazer face a alterações sazonais mais longas no fornecimento - por exemplo, durante o longo inverno ártico, quando há pouca luz solar.
O papel de mais energias renováveis nas microrredes também é importante. Quando a procura de energia flutua ao longo do dia, a correspondência entre a oferta e a procura torna-se mais difícil, uma vez que as pessoas cozinham, fazem funcionar aparelhos e utilizam aquecedores eléctricos. Reduzir a procura global através da eficiência energética e tornar a procura mais consistente ao longo do dia através da tecnologia de redes inteligentes pode ajudar a tornar as microrredes mais fáceis de operar.
