Como um dispositivo poderia ajudar a transformar nossa rede elétrica

À medida que mais energia renovável entra em operação e as usinas de combustíveis fósseis são desativadas, as redes elétricas em todo o mundo precisam de atualizações para mantê-las operando de forma estável.

FOTO DE ESTOQUE DE JUAN MIGUEL CERVERA MERLO / ALAMY

Por Alexandra brinca

24 de agosto de 2023 às 9h11

Do Colorado a Washington, de Ohio à Pensilvânia, as centrais eléctricas alimentadas a carvão estão a encerrar. Os Estados Unidos estão no bom caminho para retirar metade da sua capacidade de produção de electricidade a partir do carvão até 2026. Trata-se de um declínio notavelmente rápido em relação ao pico do carvão em 2011 – e um passo importante na mudança para energias limpas e na luta contra as alterações climáticas.

Mas há uma desvantagem surpreendente em descontinuar grandes e antigas usinas de energia. Essas usinas ajudam a manter a estabilidade da rede elétrica. À medida que mais deles ficam offline, algo mais deve surgir para fazer esse trabalho.

Uma rede elétrica é uma rede complexa que envolve sistemas que produzem energia, como uma usina nuclear ou uma turbina eólica, e sistemas que armazenam e transmitem energia, como baterias e linhas de transmissão. Uma rede pode parar de funcionar por vários motivos, como a queda de uma árvore sobre uma linha de energia ou uma onda de calor que sobrecarregue a capacidade do sistema. Nos Estados Unidos, a eletricidade pulsa através da rede como um batimento cardíaco a uma frequência padrão de 60 hertz. Essa frequência pode mudar se a demanda aumentar além da oferta ou se algo no sistema, como um grande gerador, ficar offline. Mesmo uma pequena interrupção nesse batimento cardíaco de 60 hertz pode causar efeitos em cascata dos quais a rede luta para se recuperar.

Grandes usinas de energia são projetadas para ajudar a rede a ser resiliente a esses efeitos em cascata. A inércia de seus geradores giratórios ganha tempo no caso de uma queda inesperada de energia, e eles ajustam continuamente sua produção de energia com base na frequência da rede, mantendo tudo estável. Mas uma rede eléctrica que incorpora grandes quantidades de energia renovável, como as provenientes de turbinas eólicas e painéis solares, funciona de forma muito diferente. Ele se baseia em dispositivos conhecidos como inversores para converter a eletricidade de corrente contínua, ou DC, produzida por instalações eólicas e solares em eletricidade de corrente alternada, ou AC, para a rede. E os sistemas de energia renovável que envolvem inversores não se comportam como as centrais eléctricas tradicionais. “Estamos lidando com um sistema físico completamente diferente”, diz Patricia Hidalgo-Gonzalez, engenheira elétrica da Universidade da Califórnia, em San Diego.

Mais eletricidade nos EUA vem agora de fontes renováveis. Os inversores formadores de rede provavelmente desempenharão um papel importante no fornecimento seguro de energia à rede elétrica.

Assim, os investigadores têm procurado formas de manter a rede estável à medida que as grandes centrais eléctricas são desactivadas e a energia renovável representa uma percentagem maior da produção de electricidade nos EUA. A resposta pode estar em um tipo especial de inversor, conhecido como inversor formador de rede. Esses equipamentos elétricos, que variam em tamanho, desde menores que um micro-ondas até tão grandes quanto um contêiner de transporte, são especialmente programados para funcionar na interface entre algo que produz ou armazena energia – como turbinas eólicas, painéis solares e baterias – e o grade. Fundamentalmente, são capazes de controlar o fluxo de energia renovável na rede de forma rápida e responsiva, de forma a imitar o controlo de grandes centrais eléctricas.

Ao adicionar alguns inversores formadores de rede a uma rede elétrica existente, os engenheiros podem ajudar a substituir as funções que são perdidas quando as grandes usinas são desativadas. Os inversores formadores de rede também apresentam outras vantagens, como reiniciar automaticamente uma rede que ficou offline. Isso pode tornar a sociedade mais resiliente aos cortes de energia que acompanham condições climáticas extremas alimentadas pelas mudanças climáticas, como ondas de calor e furacões (SN: 15/02/20, p. 22).

A quantidade de eletricidade dos EUA gerada pela energia solar e eólica aumentou dramaticamente na última década.

Pense em um inversor formador de grade como uma mãe pata com um bando de patinhos logo atrás dela, diz Dominic Gross, engenheiro elétrico da Universidade de Wisconsin-Madison. Um inversor formador de rede pode injetar tensão em uma rede e então ajustar sua frequência de acordo com a quantidade de energia que flui através do sistema. Outras fontes de eletricidade que fluem para a rede, os patinhos bebés, podem então sincronizar-se com o inversor formador da rede, tal como fizeram com o fluxo de eletricidade que pulsava nas centrais elétricas.