Grupo de Economia da Energia

Da geração centralizada à geração distribuída: questões que exigirão uma coordenação centralizada

In energia elétrica on 29/05/2017 at 13:55

Por Renato Queiroz

A arquitetura organizacional do setor elétrico ao longo de sua história, na maioria dos países, estruturou-se para prover eletricidade através da chamada geração centralizada.  No Brasil, por exemplo, foram sendo construídas plantas de geração de energia elétrica, sobretudo hidrelétricas, em localidades longínquas dos centros urbanos exigindo uma vasta e complexa rede de linhas de transmissão com as altas voltagens. Essa rede incorporou inúmeras estações de transformação de eletricidade (subestações), envolvendo uma série de equipamentos e materiais. Em adição, para a eletricidade chegar ao consumidor final, as redes de menor voltagem distribuem a eletricidade aos consumidores.

Assim, estabeleceu-se um sistema de grande complexidade que deu ao Brasil “expertise” em coordenação, gerenciamento de um robusto sistema de energia elétrica e construção de plantas de geração e linhas de transmissão de eletricidade em grandes distâncias.  As instituições estatais e privadas foram se aperfeiçoando ao longo do tempo com metodologias e pessoal capacitado para atingir um  patamar de excelência reconhecido mundialmente no âmbito da engenharia elétrica. Em suma, o complexo sistema elétrico centralizado abrange três segmentos com tecnologias próprias: Geração, Transmissão e Distribuição de energia elétrica, conforme  figura abaixo.

Figura 1: Setor Elétrico: Esquema de Geração Centralizada

Essa opção teve como justificativa, em diversos países, aproveitar as economias de escala e buscar uma equalização tarifária, tentando uma  igualdade de tratamento  de preços para os vários grupos de consumidores.

No entanto essa estrutura centralizada de prover eletricidade vem lentamente retomando os rumos das primeiras décadas do século XX. “A geração elétrica perto do consumidor chegou a ser a regra na primeira metade do século, quando a energia industrial era praticamente toda gerada localmente; a partir da década de 40,  no entanto, a geração em centrais de grande porte ficou mais barata” (INEE 2107).  Assim, a geração dispersa, como também é denominada, começa a ressurgir com muito apetite, considerada como uma das soluções para diminuírem as causas das mudanças climáticas, sobretudo com fontes renováveis.

Para situar a questão, vale destacar que as alterações que vêm ocorrendo no clima do planeta, denominadas de mudanças climáticas, levaram os especialistas no tema a estabelecerem modelos matemáticos para acompanharem os índices pluviométricos, as temperaturas em geral da Terra e os índices de poluição ambiental, etc. Os resultados dessas informações indicam que as emissões de gases poluentes provocam o fenômeno climático conhecido como efeito estufa que leva ao aquecimento global do planeta. Caso este aquecimento continue nas próximas décadas, segundo os especialistas, as mudanças climáticas trarão consequências prejudiciais à vida dos indivíduos do planeta Terra tais como: aumento da do aquecimento global que traz o derretimento de gelo das calotas polares, aumento no nível de água dos oceanos que pode levar a catástrofes enormes em várias populações e até um crescente aumento do processo de desertificação.

Uma solução primordial indicada para o não crescimento da temperatura global do planeta é a diminuição do uso de combustíveis fósseis (gasolina, diesel, querosene, etc.), como é do conhecimento de quem transita pelo tema. Nesse contexto, também de amplo entendimento, o desenvolvimento de tecnologias de geração baseadas em fontes renováveis foi um avanço espetacular nos últimos anos. Esse avanço tecnológico e o tempo de aprendizagem tiveram uma aceleração de tal forma que levaram os  custos dessa geração a caírem significativamente. Atualmente a “indústria de geração limpa” é altamente lucrativa com a fabricação de equipamentos  e peças  como aerogeradores, torres, paineis solares etc. Esse movimento, que envolve a necessidade de sustentabilidade ambiental do Planeta e o desenvolvimento da indústria de renováveis, levou  os formuladores de políticas públicas-energéticas a definirem que  uma nova  estrutura organizacional dos setores elétricos dos países caminhará  aceleradamente para uma  produção de eletricidade denominada de Geração Distribuída  ou GD  próxima do  consumidor.

Mas será que há problemas técnicos para a implantação dessas redes elétricas  descentralizadas? Essas questões estão no âmbito mais restrito do conhecimento técnico. Para começar não há uma mesma visão sobre a estrutura organizacional da geração dispersa. De fato, caso se pergunte o que cada especialista do setor elétrico entende sobre o desenho da geração e consumo da GD, as respostas são múltiplas. Mas é mister assinalar que é uma condição praticamente “sine qua non”, nesse entendimento, que as fontes de geração devem estar  conectadas às redes de transmissão sem planejamento e despacho centralizados. Talvez esse conceito seja até, suficiente para muitos, independente das fontes e dos tipos de consumidores.

Mas é interessante assinalar alguns entendimentos: um equipamento, que armazena energia e necessita para sua utilização de instalações pequenas para a sua conexão à rede de distribuição, junto ao centro de consumo, está dentro do conceito de GD. Ainda, as micro-redes, isto é os  sistemas de pequeno porte contendo vários consumidores e unidades geradoras, também são consideradas GD. Ou seja, um sistema independente que pode ser desconectado a qualquer tempo. Em adição, os co-geradores,  os micro-geradores que usam gás, resíduos combustíveis de processo e até diesel, se estiverem juntos ou próximos aos consumidores fazem parte da GD, independente da potência  e  da  fonte de energia  fóssil  ou renovável.

Esses exemplos acima mostram que haverá uma alteração profunda na  rota de geração elétrica (totalmente dispersa) sem qualquer centralização para prover eletricidade aos consumidores. A GD vai oferecer ganhos sistêmicos como, por exemplo, a redução de perdas elétricas e a diminuição de custos de transmissão, pois atendem a cargas locais. Mas há incertezas nesse ambiente. Uma primeira é: como fica a  confiabilidade e a consequente  estabilidade  do sistema? Outra questão: como lidar com a diversidade  nesse mix de formas de  gerações para suprir toda a carga espraiada ? [1]

A GD pode melhorar ou deteriorar  a qualidade da energia. Vai depender   não só  da tecnologia empregada, mas  também do  ponto do sistema a que a fonte é conectada (Calvin P. R, et al  2005).

Valendo-me de conversas com alguns profissionais que operam a distribuição do sistema, a mudança estrutural na forma de geração traz fortes preocupações de cunho técnico a saber: variações de tensão de curta e longa durações,  desequilíbrios entre demanda e suprimento de energia que podem acarretar variações na frequência na rede e injeções de harmônicos causando distúrbios na rede de baixa tensão. Importante assinalar que as ondas harmônicas, quando fluem na rede de distribuição, diminuem a qualidade da energia elétrica. A geração descentralizada introduz cargas  não lineares  que acabam distorcendo as formas de onda de tensão e corrente e dessa forma, aumentam os níveis  de emissão das correntes harmônicas geradas[2] .

Esses conceitos são pertinentes a técnicos e engenheiros eletricistas. Mas o fato importante a ser destacado, aqui, é que uma mudança na estruturação de um sistema como essa pode afetar a qualidade da energia fornecida pelas empresas distribuidoras aos consumidores, quesito primordial para a continuidade do fornecimento.

Além disso, outra insegurança que os operadores apresentaram sobre o avanço da GD é que a  arquitetura de geração centralizada tem uma estruturação bem conhecida com ferramentas matemáticas de análises de circuitos elétricos, além dos procedimentos de controle, segurança e qualidade de energia elétrica de cargas, todos bem dominados. Uma mudança radical exige uma formação desde já desse conhecimento específico  dos atuais e de novos profissionais.

As soluções para o desenvolvimento da GD exigem  conceitos e elementos  das redes inteligentes ou “Smart Grids”  com suas  tecnologias de  monitoração inteligente, transmissão dos fluxos de comunicação e de energia de forma bidirecional.

A introdução de redes inteligentes em sistemas elétricos pode ser considerada, sim, como a grande revolução na modernização das redes elétricas tradicionais e vão permitir o desenvolvimento da geração distribuída. Trazem aumentos de ganhos em confiabilidade e eficiência energética, bem como a participação ativa dos consumidores. Geração distribuída e redes inteligentes têm que caminhar juntas.

Conclusão

Em suma,  a Geração Distribuída (GD) é um caminho sem volta no desenvolvimento do setor elétrico aqui  Brasil.  Essa concepção encontra-se sob a égide da sustentabilidade, com  utilização de fontes  “limpas” e  de mais autonomia do consumidor. Sabe-se, no entanto , que essa nova estrutura  causa  impactos em todo o sistema de transmissão e distribuição de energia. É um fator crítico.  A questão bem relevante nesse contexto  é que  o sistema elétrico depende de uma sofisticada infraestrutura de redes de comunicação que monitoram e atuam no sistema. (Lopes, Y  et al  2015). É uma revolução técnica.

Mas essa revolução está longe de acontecer aqui no Brasil. Basta ver o emaranhado de fios nos postes das principais cidades brasileiras ,para que se tenha uma idéia da precariedade das redes de distribuição. Outro fator  que atrapalha o desenvolvimento dessa nova arquitetura do sistema elétrico  é  a deterioração da confiança que o consumidor  tem  na política energética brasileira com emendas e remendos constantes na regulação. As empresas estatais  do setor elétrico que esbanjaram capacitação para que o País tivesse um sistema elétrico sofisticado são esvaziadas em cada período de governo.

Nesse sentido é preciso  introduzir uma ampla  capacitação técnica para essa rota “off-grid”  em face da  não triviabilidade dessa forma de  geração e consumo e da necessidade  para inovações e modernizações através das redes inteligentes. Esse processo  vai trazer no Brasil a necessidade de um controle robusto e gerenciamento da rede , quiçá  centralizado para coordenar todo o processo. Na verdade  os mais críticos a essa opção devem entender que  a GD traz  recursos e procedimentos operativos adicionais em relação às redes convencionais, bem como padrões de conexão e novas práticas ( Lopes, Y  et al  2015).

Na atualidade  em que a inovação  tecnológica nos surpreende a cada dia  não há como defender conceitos superados. É impossível reagir na contramão do progresso técnico.  Mas não há também como sonhar com uma geração “verde” sob o controle de cada cidadão sem um planejamento bem estruturado. Assim até a implantação total de um sistema elétrico com geração distribuída, no Brasil, a atual arquitetura  centralizada do setor elétrico ainda  não pode ser considerada uma história do passado.

Referências:

Calvin P. R, et al ( 2005) Geração Distribuída e Imapacto na Qualidade de Energia . VI SBQEE, agosto de 2005, Belém, Pará, Brasil.

Frigo, M.M.( 2013).Impacto da Microgeração de Energia Elétrica em Sistemas de Distribuição de Baixa Tensão. Campo Grande, MS. Dissertação de Mestrado em Engenharia Elétrica da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul.

INEE (2017). Instituto Nacional de Eficiência Energética . O que é geração distribuída. Disponível em http://www.inee.org.br/forum_ger_distrib.asp perdida.html.Acessado em 25 de maio 2017.

Lopes, Y et al ( 2015) Geração Distribuída de Energia: Desafios e Perspectivas em Redes de Comunicação. – Universidade Federal Fluminense (UFF) – Niterói, RJ – Brasil.

Portela, K.Thatiane et Rosa, J. da Silva ( 2016) .Estudo dos efeitos dos harmônicos gerados por residências na rede de distribuição secundária. Curitiba, PR.Trabalho de conclusão de curso de graduação de Engenharia Elétrica do Departamento Acadêmico de Eletrotécnica (DAELT) da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.

Notas:

[1] Em um  conjunto de cargas a relação entre a soma das demandas máximas das cargas e a demanda máxima diversificada do conjunto é o fator de diversidade que é um dos quesitos típicos que o pessoal técnico da área de distribuição lida.

[2] Ondas harmônicas são produzidas por cargas não-lineares, como computadores, reatores eletrônicos, máquinas eletrônicas, acionadores de motores de velocidade variável,  retificadores, televisores, etc. Essas cargas não-lineares absorvem uma corrente com um tipo de onda diferente da tensão da fonte, e sobrepõem-se à onda fundamental produzindo uma onda distorcida e nociva ao sistema elétrico .Daí a preocupação dos engenheiros e técnicos com a inserção de harmônicos, pois a deformação das ondas pode resultar em inúmeros efeitos negativos no funcionamento dos equipamentos na rede elétrica. As tensões e  as frequências fundamentais têm que ser mantidas dentro de determinados limites considerados determinantes para a qualidade da energia fornecida. Essas frequências apresentam um tipo de onda (sinusoidal)  característica e que devem ser mantidas.

Leia outros textos de Renato Queiroz no Blog Infopetro

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