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O problema das energias renováveis ​​que ninguém fala

Suspensão

Uma desvantagem óbvia de usar energia eólica e solar para fornecer eletricidade é sua intermitência – quando o vento não sopra e o sol não brilha, são necessárias fontes alternativas. Esta questão recebe muita atenção da mídia conservadora, como deveria.

No entanto, uma das barreiras menos conhecidas para essas tecnologias renováveis ​​é o controle de frequência, embora logo tenha se tornado uma preocupação crítica.

Desde a década de 1890, redes elétricas e eletrodomésticos em todo o mundo usam sistemas de corrente alternada (CA), o que significa que o fluxo de eletricidade no sistema muda frequentemente de direção.

Na Austrália, ele gira 50 vezes por segundo, ou seja, com frequência de 50 Hz (nos EUA, 60 Hz).

Fornecer eletricidade em uma frequência fixa é muito importante porque os dispositivos e eletrônicos na rede são projetados para receber uma frequência/tensão específica. Portanto, pode ser danificado devido ao fornecimento incorreto de eletricidade.

Como regra geral, as redes preferem não fornecer eletricidade do que ter eletricidade ruim. Os controles automáticos através do sistema elétrico desligarão a alimentação se a frequência ou tensão estiver “fora da especificação”.

Um técnico monitora os níveis de eletricidade em frente a uma tela gigante que mostra a rede de transmissão de eletricidade no leste da Alemanha no centro de controle em Neuenhagen bei Berlin, Alemanha, 17 de dezembro de 2015. (Sean Gallup/Getty Images)

Os sul-australianos não esquecerão tão cedo quando isso aconteceu com a rede elétrica de todo o estado em 2016. Um blecaute em todo o estado começou no final da tarde durante um mau tempo, e milhares de pessoas foram forçadas a deixar a cidade sem postes ou semáforos.

Houve uma série de causas contribuintes, incluindo ventos fortes derrubando algumas linhas de transmissão e um raio em uma usina de energia.

Após essas causas físicas, os sistemas de proteção automatizados assumiram o controle. As turbinas eólicas se desconectaram da rede. O sistema naturalmente começou a puxar mais carga de todos os suprimentos restantes, sobrecarregando a capacidade de interligação com o restante da rede da Costa Leste, que foi desconectada.

A partir daí, sucederam-se sucessivas paragens em toda a rede. Tudo isso aconteceu em menos de um segundo.

A possibilidade de um desligamento em cascata nunca pode ser eliminada; Os sistemas de proteção automatizados devem tomar decisões rapidamente que impeçam qualquer intervenção humana.

No entanto, a vulnerabilidade de todo o sistema pode variar, e o aumento das renováveis ​​intermitentes contribui para a diminuição da estabilidade do sistema.

Geradores convencionais versus geradores renováveis

Os geradores convencionais usam turbinas – turbinas a vapor, turbinas de ciclo aberto e turbinas hidrelétricas (hidrelétricas). Este dispositivo é chamado de “síncrono” porque a frequência da eletricidade que eles produzem está diretamente relacionada à velocidade com que os eixos da turbina giram.

Como essas máquinas são grandes e pesadas, leva tempo e energia para acelerá-las ou desacelerá-las, o que significa que a frequência da eletricidade não pode mudar muito rapidamente. Isso é chamado de “inércia”.

Como você pode imaginar, os painéis solares, que não possuem partes móveis, não fornecem inércia. corresponder a qualquer frequência que já esteja no sistema; Eles não ajudam a estabilizá-lo.

Embora as turbinas eólicas tenham grandes componentes rotativos, elas mudam sua velocidade o tempo todo apenas devido às condições do vento. Portanto, eles não foram projetados para sincronizar com a rede AC. Portanto, eles também não fornecem inércia.

Se o sistema não for inercial, em vez de responder suavemente à mudança de carga, a hesitação pode ocorrer como a oscilação de velocidade de um ciclista (qualquer motor pode ter o mesmo problema se não tiver um volante pesado o suficiente).

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Ovelhas pastam em frente a turbinas eólicas no lago George, nos arredores de Canberra, Austrália, em 1º de setembro de 2020. (David Gray/Getty Images)

Após os apagões de 2016, a segurança energética conquistou seu lugar de direito como prioridade máxima por algumas gloriosas e breves semanas.

O governo da Austrália do Sul tomou uma série de medidas nos próximos dois anos, incluindo a instalação de uma bateria de grande capacidade (após a promessa de Elon Musk de construí-la em 100 dias ou fornecê-la gratuitamente), construir uma nova usina de energia a diesel, e oferecer incentivos à exploração e produção de novo gás natural.

Além disso, dois capacitores síncronos são instalados. Os capacitores síncronos são eixos giratórios grandes e pesados, semelhantes aos de uma turbina, mas não produzem eletricidade – apenas ajudam a estabilizar a frequência da rede.

Nos anos subsequentes, ambas as respostas foram comprovadas corretas. O gerador a diesel foi usado em vários momentos críticos. Também foi descoberto que o valor principal de uma bateria extensa era estabilizar a rede.

Embora armazene relativamente pouca energia, a bateria responde rapidamente a falhas que surgem em qualquer lugar da rede da Costa Leste, mesmo em Queensland. Desde então, foi programado para fornecer “inércia virtual”.

A tecnologia para uma rede 100% renovável ainda não existe

Avanços em tecnologia e gerenciamento de rede significam que as energias renováveis ​​podem fornecer porções cada vez maiores de fornecimento sem desestabilizar inaceitavelmente a frequência da rede.

No entanto, é verdade que quase nenhum sistema pode operar usando 100% de fontes de energia renováveis ​​sem manter alguns geradores rotativos tradicionais online.

Os geradores eólicos e solares são frequentemente desligados ou “reduzidos”, mesmo quando ainda existem alguns geradores a gás ou carvão ativos. O operador de rede não pode desligar os geradores síncronos sem perder o controle de frequência.

No Território do Norte, que possui uma rede elétrica autônoma, cerca de 60 megawatts de parques solares foram instalados e nunca foram comissionados porque o sistema não pode acomodá-los.

Embora o apagão de 2016 tenha desencadeado uma série de melhorias na rede elétrica da Austrália do Sul, a segurança energética continua perigosamente baixa na lista de prioridades do governo australiano.

Medidas significativas de apoio à segurança energética, como a construção de um gerador coreano em Nova Gales do Sul, muitas vezes enfrentam oposição da mídia e dos políticos.

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Os visitantes se reúnem para ver as instalações de iluminação no porto de Sydney no início do Vivid Sydney Festival em Sydney em 24 de maio de 2019. O Vivid Sydney é um festival cultural ao ar livre com instalações e projeções de luz. (Saeed Khan/AFP via Getty Images)

Várias vezes, a Austrália chegou perigosamente perto de outro bloqueio sucessivo. Incidentes ocorreram em redes menores, mas não conseguiram atrair a atenção nacional – como o fechamento de Alice Springs em 2019, onde a rede central da Austrália foi fechada por apenas algumas horas devido a uma inesperada cobertura de nuvens.

Um exemplo recente de quase acidente ocorreu no final de novembro de 2022. Durante um grande evento climático, a principal linha de transmissão que conectava o sul da Austrália ao resto da costa leste foi quebrada perto de Tailem Bend.

A rede elétrica da Austrália do Sul se tornou uma ilha. Para estabilidade do sistema, muitos geradores rotativos tiveram que permanecer online. No entanto, a quantidade de energia solar que o país pode gerar durante o dia pode exceder a demanda. O operador da rede precisava limitar a geração de energia solar mais do que tinha controle direto.

Em resposta, o operador do mercado começou a entrar em contato com fornecedores de energia solar localizados atrás do balcão e usando a mídia social para solicitar aos proprietários de painéis solares comerciais e residenciais que desligassem seus painéis. Graças a esses telefonemas, eles conseguiram desligar cerca de metade da energia solar no sul da Austrália e, assim, evitar outro desligamento.

O sistema era muito fraco, mas todo o evento mal chegou ao noticiário da noite.

Apesar da falta de impulso dessa notícia, a mídia comemorou ruidosamente uma conquista um tanto sem sentido um mês depois, quando a geração renovável no estado atingiu 100% da demanda por 10 dias, o que teria sido impossível sem exportar a maior parte da geração para. Países vizinhos.

Parece que até que as luzes realmente se apaguem, o tomador de decisão manterá seu olhar fixo na miragem ressurgente.

Existem muitas razões pelas quais a energia renovável não é uma simples panacéia para o fornecimento mundial de eletricidade: o problema da dependência do clima, o problema do armazenamento de energia, o problema da substituição e reciclagem no final da vida útil, o problema do espaço terrestre, o problema dos materiais – a escassez e o problema da construção.

Agora você pode adicionar problemas de controle de frequência à sua lista.

As opiniões expressas neste artigo são do autor e não refletem necessariamente as opiniões do Epoch Times.

Castelo de Pedro

Peter Castle é engenheiro mecânico com vasta experiência nas indústrias de petróleo e gás, energia e outras indústrias de processo.

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