Análise de uma Microrrede: União de Energia Eólica e Solar Fotovoltaica

Este artigo apresenta a análise de uma microrrede mista composta por geração de energia eólica e solar, implantada em San Bernardino, California – EUA, pela Inland Empire Utilities Agency, concessionária de tratamento e distribuição de água.

Para iniciar o entendimento, precisamos entender o que é uma microrrede.

 O que é uma Microrrede?

Uma microrrede é definida pela integração de vários recursos de geração distribuída, armazenadores de energia e cargas em um pequeno sistema capaz de operar conectado a uma rede principal e, em casos de emergência ou de eventos programados, de operar de forma isolada, controlando a frequência e a tensão e provendo condições para ações de recomposição e de black start.

 A Microrrede

A Inland Empire Utilities Agency (IEUA) é uma concessionária regional de tratamento de águas, resíduos e distribuidora de água, localizada no sudoeste da cidade de San Bernardino – EUA. Nos últimos anos, o IEUA se tornou líder nacional em energia limpa, construindo uma série de projetos de geração distribuída de energia limpa, como eólica e solar. Recentemente, a agência decidiu otimizar suas operações usando um novo sistema que poderia maximizar a economia ao mesmo tempo que fornece oportunidades de receita por meio de serviços. 

 Os ativos de geração existentes foram instalados em momentos diferentes da história da empresa e operados de forma isolada. O IEUA queria criar um sistema interconectado, com capacidade de ilhamento durante interrupções, controlar recursos e custos e fornecer energia e serviços à distribuidora de energia elétrica regional. Esta “rede interdependente” da estrutura de microrrede está emergindo como um modelo que poderia permitir a ampla implantação da geração distribuída, tecnologia de controle de microrrede e aumentar a resiliência da rede. Este modelo integra otimização econômica de recursos energéticos distribuídos (Distributed Energy Resources – DER) com os requisitos de confiabilidade de missão crítica. Este modelo pode fornecer uma abordagem mais econômica para a resiliência do que microrredes tradicionais, que (normalmente) isolam completamente toda a carga operacional em uma determinada área e, portanto, pode ser caro [1].

 O IEUA depende principalmente de recursos de geração local para atender às suas operações, utiliza como recurso complementar a rede da distribuidora de energia local Southern California Edison SCE. Sistemas de armazenamento de energia, como baterias (BESS), estão sendo instalados nos locais de geração, também estão sendo instalados tecnologias de controle de carga, permitindo que cada instalação otimize o uso da geração no local.

 A Advanced Microgrid Solutions (AMS) mantém vários contratos com a Southern California Edison SCE para desenvolver projetos de armazenamento de energia para ajudar a substituir os recursos tradicionais e convidou o IEUA para desenvolver projetos a fim ajudar as demandas do SCE e do operador da rede. A AMS e o IEUA firmaram parceria para instalar 3,65 MW de armazenamento de energia em seis instalações da IEUA, quatro estações de tratamento e duas estações de bombeamento, tudo isso em um serviço de gerenciamento de energia de 10 anos [2].

 A Tabela 1 informa a visão geral do projeto:

 Análise da Microrrede

Descreve as características técnicas da microrrede analisada.

 1) Nome da Microrrede

A microrrede recebe o mesmo nome da empresa detentora da rede: Inland Empire Utilities Agency.

 2) Endereço web da Microrrede

Endereço web com informações sobre a microrrede

https://www.ieua.org/renewable-energy/

 Endereço web para visualização em tempo real da geração de energia elétrica

http://commercial.sunpowermonitor.com/Commercial/kiosk.aspx?id=2ca80e68-c055-46e2-a91c-f3b03816be55

3)Localização geográfica, ano de implantação, empresa responsável pelo projeto e pela operação

Todos os ativos são instalados na cidade de San Bernardino, California.

Os painéis solares foram instalados em 2008, já a instalação da turbina eólica foi realizada em 2010 e a instalação do armazenamento de energia elétrica entre janeiro de 2016 e março de 2017.

4) Tipo de microrrede (rural, urbana, comunitária, condomínio residencial, condomínio comercial, pública, acadêmica, pesquisa, etc)

O tipo da microrrede é urbana construída por uma empresa municipal com os ativos instalados nos centros de tratamento de água.

 5)Justificativas para a implantação da microrrede (comunidade isolada, peak shaving, venda de energia, resiliência, pesquisa, etc)

Reduzir a dependência da empresa Inland Empire Utilities Agency da rede de energia elétrica local (Southern California Edison SCE). Com o investimento em energia renovável foi possível fornecer mais de 50% da demanda nos picos de consumo de energia elétrica, assim gerando redução de custos.

 6)População beneficiada, unidades consumidoras (quantidade)

Os ativos são para beneficiar as instalações da própria empresa, atualmente são 6 localidades (unidades consumidoras): quatro estações de tratamento de água e duas estações de bombeamento. A energia produzida apenas pelos painéis fotovoltaicos é suficiente para fornecer energia elétrica a aproximadamente 600 casas durante um ano.

 7) Operação ilhada ou conectada/ilhada

Conectada e ilhada.

 8)Rede CA, CC ou híbrida

Rede CA.

 9)Potência instalada

13,5MW.

 10)Tipos e potência/energia de geradores/fontes e acumuladores

Painel fotovoltaico: 3,5 MW

Turbina eólica: 1 MW

Célula de combustível a gás: 2,8 MW

Banco de baterias Li-ion: 3,65 MW

Gerador à diesel (backup): 2,5 MW

11)Tipo de potência das principais cargas

Não informado.

12)Curva de demanda e de geração

Na Figura 1 é ilustrado a curva de demanda da integração do painel solar, banco de bateria e a geração backup (gerador à diesel):

Operação Típica do Sistema.

13) Estrutura de controlador da microrrede (variáveis monitoradas e variáveis controláveis)

O controlador é fornecido pela Tesla juntamente com o banco de baterias. Demais informações não foram publicadas.

14) Características de controles de níveis primário, secundário e terciário

Não informado.

15) Aspectos de qualidade de energia elétrica

Não informado.

16) Rede de comunicação (protocolo, meio físico, etc)

Não foi disponibilizado informações sobre a rede de comunicação. Apenas informado que é possível consultar em tempo real a quantidade de energia elétrica gerada pelo sistema, a Figura 2 ilustra o supervisório online:

Supervisão da geração em tempo real.

 Conclusão

Pode-se concluir que a IEUA teve avanços significativos na redução de sua dependência da rede elétrica da SCE, pois investiu fortemente ao longo dos anos em programas de energias renováveis. Todo o investimento resultou em redução de valores financeiros em consumo de energia elétrica, valores girando em torno de 25% do custo de toda operação da empresa.

A partir de parcerias, como a da AMS (Advanced Microgrid Solutions), ajudaram a alavancar os resultados. Com esta parceria foi possível incrementar o parque renovável com bancos de baterias, gerando redução de $220.000 anuais em custos de eletricidade em períodos de pico.

Com todos estes resultados favoráveis, a IEUA pretende continuar implementando novos projetos de energias renováveis.

Referências

[1] Final Project Report, agosto 2018, Microgrid Analysis and Case Studies Report. Disponível em: <https://ww2.energy.ca.gov/2018publications/CEC-500-2018-022/CEC-500-2018-022.pdf>. Acesso em: 28/12/2020.

[2] Inland Empire Utilities Agency Renewable Energy Projects, Project Report. Disponível em: <https://18x37n2ovtbb3434n48jhbs1-wpengine.netdna-ssl.com/wp-content/uploads/2019/02/4.-Inland-Empire-Utilities-Agency-Renewable-Energy-Projects-w-out-fuel-cell-1.pdf>. Acesso em: 28/12/2020.

[3] Sunpowermonitor, Commercial Sunpower Monitor. Disponível em: <http://commercial.sunpowermonitor.com/Commercial/kiosk.aspx?id=2ca80e68-c055-46e2-a91c-f3b03816be55>. Acesso em: 28/12/2020.

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