Bloomberg — Na semana passada, a rede elétrica da Espanha falhou em meros segundos, o que causou um apagão em todo o país e em partes de Portugal.
O colapso ilustra uma lei inviolável do sistema elétrico: O batimento cardíaco da rede - conhecido como frequência - deve ser estável o tempo todo.
Com mais energias renováveis na rede e uma dependência cada vez maior da eletricidade para alimentar tudo, de carros a bombas de calor, as chances de esse coração pular uma batida estão aumentando.
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Isso faz com que os operadores de rede corram para encontrar soluções para evitar o próximo apagão do tamanho da Espanha - e eles estão recorrendo cada vez mais às baterias.
A frequência é a força que mantém a energia funcionando dos geradores para as residências e empresas. Durante um século, sua cadência foi definida pela velocidade com que as turbinas, que funcionam com petróleo, carvão, gás natural e energia nuclear, giram em um segundo.
Essa taxa é definida em 60 rotações na América do Norte e 50 hertz na Europa.
Há pouca margem de erro: exceder apenas 0,2 hertz em cada lado do limite ameaça a instabilidade.
Um desvio de 0,5 pode ser catastrófico, que foi o que aconteceu na Espanha na semana passada e que os investigadores estão tentando entender a causa.
Para manter a frequência e a estabilidade corretas, a rede precisa de energia cinética chamada inércia, que normalmente é criada pelas turbinas giratórias das usinas térmicas.
As turbinas eólicas e os painéis solares não podem fornecer essa energia, portanto, a Espanha e Portugal precisam de usinas a carvão, gás ou hidrelétricas conectadas à rede.
Outros apagões geraram alarmes semelhantes, notadamente o que aconteceu no Texas quando uma onda de frio em fevereiro de 2021 forçou os geradores a gás a ficarem offline.
Isso fez com que a frequência despencasse e forçou ainda mais suprimentos a serem desligados automaticamente. A rede estadual estava a 4 minutos e 37 segundos de uma falha maior que poderia levar semanas para se recuperar, disse o operador da rede durante reuniões públicas no período.
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O estado, juntamente com a Califórnia e Utah, também viu a energia eólica, a energia solar e as baterias dispararem durante flutuações de frequência menores, o que causou uma queda de frequência maior e uma cascata de interrupções, inclusive em usinas de gás.
Uma maneira prontamente acessível de resolver problemas de frequência em uma rede cada vez mais renovável é usar diferentes tipos de armazenamento de energia, cujas instalações aumentaram muito nos últimos anos em todo o mundo.
“As baterias corrigem instantaneamente a frequência”, disse Arushi Sharma Frank, associada sênior do programa de segurança energética e clima do Center for Strategic & International Studies, em Washington.
Ela acrescentou que as redes precisarão de projetos de armazenamento maiores que possam manter a energia por períodos mais longos.
Eles são particularmente úteis porque não precisam de tempo para se aquecer, como uma usina a gás.
Quando há um pequeno desvio na frequência, eles podem ser rapidamente implantados para corrigi-lo, armazenando o excesso de energia ou descarregando-a, proporcionando o que é conhecido como inércia sintética.
A rede cada vez mais complexa significa que é necessário haver mais recursos que possam responder a mudanças repentinas de oferta e demanda.
As baterias agora representam mais da metade dos suprimentos que a operadora de rede do Texas usa para garantir a estabilidade por meio de seu mercado de serviços auxiliares, disse Jan Rosenow, líder do programa de energia da Universidade de Oxford, em uma publicação no LinkedIn no início desta semana.
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As usinas elétricas movidas a carvão e gás costumavam ser a espinha dorsal da estabilidade da rede e agora representam regularmente menos de 20% dos suprimentos adquiridos, observou ele.
A Highview Power conta com a tecnologia de armazenamento de energia de ar líquido em vez das tradicionais baterias de íons de lítio. Seus sistemas podem armazenar até seis horas de energia, que pode ser implantada para fornecer energia e gerenciar a inércia rapidamente.
A cerca de 30 quilômetros (19 milhas) a sudeste de Hanover, na Alemanha, a Siemens está instalando um novo tipo de instalação de armazenamento transitório usando supercapacitores, que funcionam como baterias super-rápidas que podem liberar ou armazenar 400 megawatts de energia em um segundo.
Eles conseguem atingir essa velocidade criando campos elétricos que absorvem ou fornecem energia.
As baterias residenciais também ajudaram a gerenciar a estabilidade: a Sunrun, empresa de energia solar e baterias residenciais, gerencia uma usina virtual em Porto Rico - que não é estranha a apagões catastróficos - onde a eletricidade armazenada em cerca de 4.000 baterias residenciais é injetada de volta na rede para manter o fornecimento e a frequência estáveis, disse Chris Rauscher, chefe de serviços de rede e eletrificação.
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Além das baterias físicas, os operadores de rede também contam com software que pode ajudar a acelerar a resposta às variações de frequência.
A Hybrid Energy da Espanha conta com algoritmos e modelos patenteados para controlar um sistema de armazenamento que pode reagir rapidamente para gerenciar a inércia e fornecer outros serviços de estabilização da rede.
Os mercados e as políticas também estão influenciando a implantação do armazenamento como um apoio à estabilidade da rede.
O Reino Unido tem sido um líder após um apagão em 2019, depois que um raio atingiu um grande parque eólico offshore, que acionou usinas de energia em terra à medida que a frequência caía, disse Devril Celal, diretor de marketing e flexibilidade da Kraken Technologies, que fornece sistemas operacionais baseados em inteligência artificial para serviços públicos.
Esse evento “evidenciou a necessidade premente de projetos para proporcionar estabilidade à rede”, disse Keith Gains, diretor administrativo e líder no Reino Unido da Quinbrook.
Em resposta, a operadora do sistema do Reino Unido desenvolveu mais mecanismos para adquirir capacidade de estabilização, oferecendo contratos de prazo mais longo para incentivar a construção de novos ativos.
A Quinbrook, especializada na infraestrutura necessária para impulsionar a transição energética, concentrou-se em ferramentas mais tradicionais: Condensadores síncronos, que são essencialmente motores que ajudam a estabilizar a rede.
Eles têm três em operação e estão construindo mais quatro para ajudar a estabilizar a rede do Reino Unido.
No Reino Unido, assim como em grande parte dos EUA, Irlanda e norte da Europa, há mercados que criaram conjuntos de recursos, especialmente baterias, que podem aumentar ou diminuir em segundos para suavizar as oscilações de frequência.
A Espanha não tem esse mercado, e o país tem apenas um gigawatt de capacidade de bateria instalada contra 64 gigawatts de energia solar, de acordo com a BloombergNEF.
O Reino Unido teve que se concentrar na resiliência da rede bem antes de outras nações, pois abandonou os geradores tradicionais de combustível fóssil e se tornou o segundo maior mercado de energia eólica offshore, atrás apenas da China.
Isso levou a operadora do sistema de eletricidade do país a lançar o Stability Pathfinder, o primeiro programa do mundo a obter alguma inércia essencial da rede a partir de fontes não tradicionais, de acordo com a empresa de análise de energia Aurora Energy Research.
Em última análise, para evitar outro apagão em todo o país, os especialistas em energia aguardam os detalhes da investigação espanhola para descobrir quais soluções devem ser implementadas.
Mas Luis D’Acosta, CEO da Uplight, uma solução de software baseada em IA usada para gerenciar o uso de energia dos consumidores, disse que uma coisa é clara com o crescimento da energia renovável: “O sistema fica mais instável, e o tempo de resposta tem que ser mais rápido.”
-- Com a ajuda de Eamon Farhat.
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