A demanda por energia primária, ou seja, a energia necessária para atender às necessidades básicas da população por aquecimento, transporte e eletricidade, tem crescido consistentemente nas últimas décadas. De acordo com a Agência Internacional de Energia (IEA, da sigla em inglês), a previsão é de que avance 32% até 2040.

Como tal crescimento pode ser sustentável no longo prazo? Uma das respostas está no mix energético, que pode ser remodelado para desenvolver formas mais limpas de energia, sem sacrificar a estabilidade de fornecimento atualmente disponível. Neste ponto específico é que soluções como geradores exercem um papel crucial.

Afinal, estes equipamentos acrescentam confiabilidade a esse novo mix, que precisa atender a diversos requerimentos simultaneamente: precisam ser eficientes e compatíveis com a infraestrutura disponível, mas também adaptados à demanda por redução de tempo e impacto ambiental causado pelo crescimento incessante das necessidades energéticas globais.

DESAFIO

O consumo crescente em países como Índia e China, o aumento da população global e o significativo desenvolvimento industrial que ocorre na atualidade têm um efeito impactante na progressão acelerada da demanda por recursos energéticos.

Contudo, este processo interpõe um desafio considerável, pois também tem de ser sustentável. A mais recente Conferência do Clima, realizada em Paris em 2015, estabeleceu os passos necessários para chegarmos a uma economia de baixas emissões, com o compromisso de 195 países que assinaram o acordo. A maioria desses países já iniciou a busca por soluções para reduzir a dependência de carvão, por exemplo.

Mas a tecnologia também já oferece soluções concretas para essas necessidades. O conceito de “produção e distribuição descentralizada” (microgrids) torna possível levar a produção para onde está a energia, com unidades que, por trabalharem de forma autônoma e sem depender de linhas de transmissão, podem produzir energia continuamente e de maneira mais sustentável.

Nesse sentido, os microgrids representam o modelo mais desenvolvido da tendência. Conectados ou não à rede, esses sistemas podem combinar diferentes tecnologias convencionais e renováveis. Além da geração de energia, eles possuem duas características distintas: controle, a parte mais inteligente e que prediz o consumo e os ciclos de trabalho, e recursos de armazenamento, o coração do microgrid, que junto à eletrônica compensam as variações de carga das energias renováveis e permitem obter maior eficiência na produção de energia.

No entanto, esses equipamentos requerem um sistema de monitoramento que colete e comunique as informações, tanto do microgrid como de outras fontes conectadas, em um ambiente de rede avançado. No momento, um terço da energia fornecida por microgrids é fornecido por grupos geradores, enquanto outro terço provém de energia eólica e o restante, de microturbinas, painéis solares ou células de combustível.

A tendência global certamente é a combinação de diferentes tecnologias para – além de reduzir a dependência de combustíveis fósseis – eliminar os aspectos negativos que cada um apresenta, quando usados individualmente. É fato que a queda dos preços de painéis solares está fazendo essa transição ser mais fácil, enquanto países como Emirados Árabes Unidos, Arábia Saudita, Qatar, Alemanha e Chile já começam a criar projetos de energia renovável com esse objetivo.

Por outro lado, o apelo da combinação de combustíveis fósseis e de energia renovável depende amplamente de fatores externos, como a estrutura legislativa, a extensão da rede de eletricidade e o custo e rentabilidade da eletrificação em determinada área, considerando sua densidade populacional e nível de industrialização.

Este mercado também espera crescer em ritmo acelerado, de aproximadamente 17,1% por ano nos próximos cinco anos, ao passo que se espera que a eletrificação rural e insular lidere o processo, com um crescimento de 23% ao ano no mesmo período.

PLANTAS HÍBRIDAS

Seja como for, incorporar grupos geradores nessas plantas híbridas garante a confiabilidade do sistema, assegurando que a energia esteja sempre disponível. Estes são os ingredientes no mix que podem prover uma solução sólida para a instabilidade intrínseca das energias renováveis, uma vez que, ao contrário dessas, os geradores não dependem das muitas vezes imprevisíveis condições naturais.

Adicionalmente, os geradores representam uma alternativa útil para armazenar a energia, respondendo rapidamente às variações de carga. Ao se combinar geradores com um sistema avançado de gerenciamento torna-se possível planejar a operação com exatidão e aumentar a eficiência das microgrids.

A combinação de plantas de geração de energia de combustíveis fósseis com uma planta de energia renovável traz outras vantagens significativas. Inicialmente, permite um fornecimento ininterrupto de energia, o que uma planta de energia renovável sozinha não é capaz de fazer. Depois, a redução de custos é relevante. Um padrão típico de carga nestas plantas mostra como o uso combinado de grupos geradores com energia renovável pode oferecer não apenas uma economia significativa de combustível, mas ainda reduzir os custos de operação e manutenção, com redução nas trocas de lubrificantes, filtros ou injetores.

Idealmente, as soluções híbridas são especialmente atrativas para os mercados industriais, como mineração ou telecomunicações, mas também como back-up em áreas rurais e ilhas, assim como fonte isolada de energia contínua para lojas, fazendas e conjuntos habitacionais. Todas essas aplicações compartilham características comuns, como não estarem conectadas à rede ou apresentarem custos elevados com eletricidade.

Frente a uma demanda que pode chegar a 5 MW, com cerca de 4.000 horas de operação por ano, a situação ideal para uma planta híbrida é que o pico ocorra durante o dia, quando a fonte solar está disponível. Afinal, essas plantas oferecem um nível elevado de exposição à luz solar e ao vento. Para garantir o retorno sobre o investimento, no entanto, a irradiação solar precisa ser maior que 1.300 kWh ou, se aplicável, a exposição ao vento de, ao menos, 4 m/s.

Países como Chile, Peru e Índia, ou mesmo regiões como o Caribe, Ásia Pacífico, Oriente Médio e Norte da África, são áreas geopolíticas que oferecem essas condições ideais para a instalação desses sistemas. Estes locais possuem espaço suficiente para a instalação de painéis solares. O detalhe é que, quando instalado em locais fechados, a relação deve ser de 10 m2 por kW gerado. E, sobre o solo, de 20 km2 por MW. / Tradução: MJ

ESTUDO DE CASO

A INTEGRAÇÃO DA ENERGIA RENOVÁVEL COM GRUPOS GERADORES

Uma planta híbrida instalada no Chile, por exemplo, em uma região na qual a irradiação solar chega a 2.312 kWh/m2 e o consumo anual de eletricidade é de aproximadamente 17.520 MWh/ano, requer estimados 4.800.000 litros de diesel para um consumo constante de 4 MW por 12 horas.

Se forem instaladas três unidades do gerador HTW-2030 T5 – que fornece um total de 4.85 MW –, quantas horas seriam necessárias para repor o investimento? E quanto seria economizado com combustível? Para responder, é necessário considerar que os sistemas de monitoramento são responsáveis por detectar a melhor fonte de energia em um dado momento. Assim, durante as horas com maior irradiação solar, os geradores trabalham no nível mínimo. Desse modo, não só a vida útil do motor é estendida como são reduzidos os custos de operação e manutenção da unidade.

E o consumo de combustível, claro, é consideravelmente reduzido. Neste caso, portanto, é possível projetar uma economia anual de 1.600.000 litros de diesel por ano, mais de um terço do consumo atual. Com base nestes números e dependendo do preço do diesel e da irradiação solar, o investimento em uma planta que combine grupos geradores com painéis solares pode se pagar entre três e cinco anos.

SIEMENS IMPLEMENTA TECNOLOGIA DE MICROGRID NO PARÁ

Com foco em energia distribuída, a empresa está implementando equipamentos de automação, proteção e controle nas usinas de geração de energia localizadas em 12 municípios no Pará. As usinas serão monitoradas por uma central única, que coletará informações operacionais de forma remota, evitando o deslocamento de equipes e proporcionando maior segurança e confiabilidade no fornecimento de energia aos mais de 160 mil moradores da região. “Conseguiremos aprimorar o monitoramento e controle de índices de geração, consumo de combustível e acesso remoto de diversos parâmetros técnicos que trarão mais disponibilidade às usinas”, explica Sérgio Jacobsen, diretor de Digital Grid da Siemens no Brasil. “Um benefício deste processo é reduzir os índices de desligamento (DEC/FEC), e ter operações com os maiores parâmetros de eficiência técnica e contratual.

*Massimo Brotto é gerente de engenharia de vendas da Himoinsa.

Saiba mais:

Himoinsa: www.himoinsa.com

Siemens Brasil: www.siemens.com.br