Eletrificação: Como Preparar a Rede

O mundo está se tornando cada vez mais eletrificado. Como resultado, as alternativas elétricas estão rapidamente conquistando participação de mercado para quase todos os processos ou equipamentos que atualmente funcionam com outra fonte de energia.

Carros elétricos de passageiros e outros transportes elétricos estão substituindo os veículos com motores de combustão interna. As pessoas estão deixando de usar sistemas de cocção e aquecimento/resfriamento que usam petróleo e gás natural. A automação industrial e a ascensão dos cobots estão colocando mais equipamentos elétricos no chão de fábrica.

Essa “eletrificação de tudo” gera uma enorme demanda por eletricidade limpa e confiável. De acordo com a International Energy Agency, as projeções mostram que, até 2030, a demanda global de energia crescerá cerca de 25% a 30%, para aproximadamente 30.000 terawatts-hora (TWh). As projeções indicam que os veículos elétricos por si só serão responsáveis por 1.100 TW de uso de eletricidade até 2030, ou cerca de 4% da demanda total. Esse número equivale ao dobro do uso total de eletricidade no Brasil^[1] atualmente.

Cumprir a promessa da eletrificação mundial exigirá mudanças significativas em nossas redes elétricas. Devemos atualizar os sistemas atuais para que se tornem mais inteligentes, sustentáveis, confiáveis e resilientes.

A TE trabalha em estreita colaboração com clientes diretamente envolvidos com a eletrificação de tudo – desde fabricantes de veículos elétricos e outros especialistas em mobilidade elétrica até empresas em todo o setor de energia. Com base nessa experiência, identificamos quatro mudanças essenciais necessárias para criar as redes elétricas do futuro.

O sistema energético mundial enfrenta dois desafios opostos: Como atender à crescente demanda de eletricidade e, ao mesmo tempo, cumprir metas ambiciosas para reduzir as emissões de carbono. Substituir a geração baseada em combustíveis fósseis por fontes de energia renováveis ajuda a cumprir essas duas prioridades, mas não se trata apenas de trocar uma pela outra.

As fontes de energia renováveis, como a eólica e a solar, não fornecem o mesmo fluxo constante de eletricidade que os geradores a vapor ou usinas nucleares tradicionais. Em vez disso, condições como a velocidade do vento e a exposição à luz solar determinam a quantidade de eletricidade gerada pelas fontes renováveis, deixando as redes suscetíveis a insuficiências quando as condições não são favoráveis. Na verdade, uma usina nuclear produz de quatro a sete vezes a quantidade de energia de uma fazenda solar com a mesma capacidade instalada.

Para fornecer energia suficiente para atender ao pico da demanda de eletricidade, os proprietários das redes devem aumentar substancialmente — e rapidamente — a capacidade instalada de energias renováveis. Construir essa capacidade exigirá soluções que facilitem a configuração de instalações de geração renovável e a conexão com a infraestrutura existente. Ainda assim, a necessidade de investimentos adicionais se estende por toda a rede.

Os proprietários das redes devem construir mais subestações, bem como linhas de distribuição e transmissão para chegar aos locais em que adicionaram a capacidade renovável, enquanto atualizam outros equipamentos. Por exemplo, a incorporação da energia renovável requer transformadores modernos que se regulam automaticamente para ajustar a tensão para diferentes níveis com base na fonte de energia, em comparação com os transformadores tradicionais que aumentam ou diminuem a tensão com base em relações fixas.

Aumentar a capacidade instalada das energias renováveis mudará a natureza da geração de eletricidade. Mudança de um sistema centralizado e unidirecional para outro mais descentralizado e dinâmico. Em resposta, as concessionárias precisam de sistemas avançados de monitoramento e controle para otimizar o desempenho da rede.  

Os desafios emergentes incluem mover facilmente o excesso de eletricidade de um local para outro para equilibrar a oferta e a demanda. E, com mais usuários finais instalando painéis solares em residências e empresas, gerenciar o fluxo de energia bidirecional se torna uma tarefa ainda maior.

Além desses requisitos em tempo real, os operadores da rede precisam de sistemas avançados para ajudar a gerenciar problemas de desempenho de prazo mais longo. Tradicionalmente, as concessionárias
operavam as redes em níveis de carga de cerca de 60% para prolongar a vida útil da infraestrutura. Agora, as condições variáveis de vento e sol estão criando maiores flutuações da geração de eletricidade, que sobrecarregam as redes e frequentemente exigem que elas operem em cargas mais altas. Essas cargas aumentadas podem aumentar a necessidade de manutenção e resultar em vida útil mais curta do equipamento.

Para ajudar as concessionárias a gerenciar a sobrecarga das cargas mais altas, prevemos uma rápida evolução nas redes inteligentes. As redes mais inteligentes permitem recursos ampliados de coleta de dados, incluindo sensores adicionais de tensão, corrente e temperatura para monitorar a integridade da rede. Alimentar esses dados em um ponto de coleta central fornece aos operadores mais visibilidade das condições de toda a rede.  O suporte dos avanços nos recursos de comutação automatizada e inteligência artificial ajudará as redes a autorregular o fluxo de energia.

A durabilidade sempre foi essencial para componentes da infraestrutura elétrica que operam em condições climáticas adversas, especialmente quando os pontos de conexão altamente vulneráveis são considerados. A indústria está se aperfeiçoando para atender aos novos requisitos previstos de resistência à sobrecargas, causadas por cargas de energia variáveis, vibração constante das turbinas eólicas, condições offshore extremas e muito mais.

Por exemplo, usando as lições que aprendemos nas últimas três décadas, projetamos novos conectores para as turbinas eólicas de 15 MW de última geração e estamos trabalhando em conectores que atendam às especificações das turbinas de 20 MW da próxima geração.

Outra meta da TE é tornar a instalação dos projetos de energia renovável mais fácil, segura e confiável. Por exemplo, nossos conectores separáveis para parques eólicos offshore permitem que uma única pessoa realize as conexões em uma turbina. Também oferecemos serviços de treinamento em que instaladores e articuladores de cabos aprendem técnicas que permitem instalações precisas e seguras, uma vez que a instalação adequada dos equipamentos desde o início é essencial para a confiabilidade da rede em longo prazo.

De todas as melhorias exigidas para preparar as redes para a eletrificação de tudo, uma das mais importantes é a necessidade do armazenamento de energia descentralizado e confiável. O armazenamento de energia era uma prioridade secundária no passado, quando as concessionárias podiam facilmente ligar ou desligar os geradores movidos a combustíveis fósseis com base na demanda. No entanto, a produção variável das fontes de energia renováveis requer formas de armazenar o excesso de energia quando as condições são favoráveis e, em um segundo momento, disponibilizá-la quando a demanda supera a oferta atual. 

O setor de concessionárias está explorando uma variedade de tecnologias de armazenamento, incluindo sistemas que usam o excesso de eletricidade para bombear água para áreas de retenção e, quando necessário, liberá-la para alimentar turbinas hidrelétricas. Da mesma forma, os sistemas movidos a ar usam o excesso de eletricidade para comprimir e armazenar o ar que pode ser usado mais tarde para girar turbinas. Os avanços na tecnologia de baterias também permitirão um uso mais amplo de sistemas de armazenamento em baterias que poderão ser carregados por energias renováveis quando as condições forem ideais.

Por fim, o hidrogênio é um forte candidato ao armazenamento de energia sustentável e de longo prazo. O excesso de eletricidade pode ser usado para criar hidrogênio, que os operadores das concessionárias poderão armazenar e usar quando a produção de fontes de energia renováveis for baixa. O processo já está comprovado, mas a atual ineficiência na produção de hidrogênio a partir do excesso de eletricidade limita a viabilidade comercial. No entanto, uma vez que as redes elétricas globais estão produzindo muito mais energia que o necessário para atender à demanda atual — e gerando essa eletricidade por meio de fontes renováveis — a conversão de hidrogênio verde pode ser um componente importante na solução dos problemas energéticos do mundo.

Essas mudanças já estão acontecendo agora mesmo, Porém, acreditamos que o ritmo da inovação deve acelerar para acompanhar a crescente demanda impulsionada pela eletrificação de tudo. Além disso, os avanços não podem ser limitados a uma área e devem ser desenvolvidos simultaneamente para capacidade de geração, subestações, fiação, conectores, sensores, sistemas de monitoramento e tecnologias de armazenamento.

A colaboração em todo o cenário energético é o segredo para transformar com sucesso a rede elétrica. A TE cumprirá sua função, trabalhando com os clientes para ajudar a integrar mais geração de energia renovável às redes e fazendo outras melhorias que garantam que a próxima geração de infraestrutura de eletricidade seja mais inteligente, segura, sustentável, estável e durável.