Ao meio-dia de 22 de outubro de 2007, a Universidade da Califórnia, em San Diego, recebeu uma ligação de emergência da concessionária local. Os incêndios florestais regionais tinham linhas de energia danificadas e desativadas, e o operador da rede da Califórnia havia declarado uma emergência de transmissão de energia. A San Diego Gas & Electric pediu à universidade para reduzir a quantidade de eletricidade que estava consumindo da rede e, se possível, começar a gerar energia para uso de outros clientes de serviços públicos.
Em 10 minutos, o campus passou de 4 megawatts de eletricidade da rede elétrica para 3 megawatts, diz Byron Washom, diretor de Iniciativas Energéticas Estratégicas da UCSD. “Esses 7 megawatts foram a estreita margem entre a rede da San Diego Gas & Electric, que permaneceu em colapso.”
O campus de San Diego conseguiu reagir tão rapidamente, em parte porque, meio século antes, seus fundadores decidiram estabelecer as bases para um fornecimento de energia auto-suficiente, ou o que os especialistas em energia chamam de microgrid. O campus em 1962 era uma usina central projetada para fornecer eletricidade a gás, bem como aquecimento e resfriamento urbano para os prédios da escola. Isso em si era e não é incomum para um campus acadêmico ou até mesmo corporativo. Mas com o passar dos anos, a UCSD ganhou auto-suficiência adicionando turbinas a vapor, painéis solares fotovoltaicos, células de combustível e armazenamento de energia, além de instalar linhas de energia para transmitir eletricidade para e da rede elétrica da SDG & E.
Todos esses ativos agora operam sob o controle de um sofisticado sistema de gerenciamento de energia, e a microrrede do campus permite que a universidade gere, armazene e despache eletricidade conforme necessário - fornecendo, em última instância, 92% da eletricidade usada no campus. Embora a universidade normalmente retire eletricidade da rede SDG & E para atender sua carga de aproximadamente 38 megawatts, ela também pode mudar para o modo “ilha” no caso de problemas de energia fora do campus ou interrupções, atendendo a todas as suas próprias necessidades de eletricidade. E quando a eletricidade está em falta na rede elétrica principal que atende a maior San Diego, a UCSD pode vender energia para a SDG & E.
Em resposta à chamada de emergência de 2007, a universidade acionou uma turbina a vapor de 3 megawatts e reduziu a demanda de energia ajustando as configurações de controle climático e mudou para água fria para seu sistema de resfriamento a partir de tanques térmicos altamente eficientes em vez de resfriadores elétricos. "Com dois cliques de um mouse, com nosso sistema de controle, podemos mudar 4.000 termostatos no campus", diz Washom.
A UCSD e outras operadoras de micro-redes estão oferecendo uma visão moderna dos pequenos sistemas de energia de corrente contínua instalados em fábricas e centros urbanos a partir da década de 1870. Como esses primeiros sistemas, esses novos projetos apresentam geração local e distribuição de eletricidade, em vez de linhas de transmissão de longa distância e centrais elétricas centralizadas remotas que caracterizaram a rede elétrica do século XX. "Estamos atualmente desconstruindo a rede elétrica, de volta para [Thomas] Edison", diz Jim Reilly, cuja empresa de consultoria Reilly Associates aconselha o Departamento de Energia na operação de micro-redes.
As raízes dessa tendência de desconstrução remontam ao final da década de 1990, quando o Departamento de Energia dos Estados Unidos decidiu impulsionar a pesquisa sobre transmissão e confiabilidade de energia. O movimento veio como uma resposta à desregulamentação da eletricidade e à antecipação de uma onda de painéis solares no telhado e outras formas de geração de energia descentralizada. "Na época, não tínhamos realmente um conceito de 'micro-redes'", diz Chris Marnay, um dos pioneiros da pesquisa em micro-redes. A ideia de gerar energia localmente era antiga. Mas foram necessários avanços nos controles e na eletrônica de potência para permitir uma microrrede real que pudesse interagir e “ilha” da maior rede elétrica. Em poucos anos, o grupo de pesquisa de Marnay no Lawrence Berkeley National Laboratory formalizou a ideia de uma microrrede em um projeto para a Comissão de Energia da Califórnia.
Os benefícios proporcionados pela microrrede UCSD - agilidade e auto-suficiência - estão agora em alta demanda entre usuários de energia que correm graves conseqüências em caso de interrupção de energia, como universidades operando equipamentos de laboratório sensíveis, bases militares com sistemas de controle de armas e centros de dados. vastos tesouros de informação. “São as instalações que querem poder anormalmente de alta qualidade, onde vemos a maior parte da ação no momento”, diz Marnay, que se aposentou em junho do Grid Integration Group do Berkeley Lab.
Eventos climáticos extremos nos últimos anos, como o furacão Sandy, lembraram líderes empresariais, militares e políticos da fragilidade da infraestrutura de eletricidade nos Estados Unidos. "A crescente frequência de desastres naturais está impulsionando um interesse mais forte em soluções de energia de micro-redes e backup", diz Brian Carey, que lidera a prática de consultoria de tecnologia limpa dos EUA para a empresa de contabilidade PricewaterhouseCoopers, conhecida como PwC.
Uma micro-grade de US $ 71 milhões construída na sede da Administração de Alimentos e Medicamentos dos EUA, por exemplo, forneceu energia ao campus durante e após o furacão Sandy, quando a rede elétrica regional caiu. Em março de 2011, o Microgrid Sendai, localizado no campus da Universidade Tohoku Fukushi, na cidade de Sendai, Japão, continuou a fornecer energia e calor aos clientes após o devastador terremoto e tsunami de Tohoku terem baixado as fontes de alimentação da região.
Enquanto a resiliência tem sido fundamental para o apelo de microrredes para instalações com cargas de energia críticas, a mudança nos preços da energia e avanços tecnológicos agora estão levando microrredes para cidades e bairros que querem controle local de sua fonte de energia ou energia mais limpa do que a oferecida por suas utilidade.
Painéis solares fotovoltaicos custam 80 por cento menos do que em 2008. A consultoria McKinsey & Company prevê que os preços das baterias de lítio poderiam cair para US $ 200 por quilowatt / hora até 2020, de cerca de US $ 500 a US $ 600 por quilowatt / hora hoje. As instalações que constroem microrredes também podem economizar dinheiro ano após ano, comprando menos eletricidade de sua concessionária local ou, em alguns casos, vendendo energia para a concessionária quando a oferta é escassa.
"Pode ser uma economia significativa se uma universidade ou um hospital puder realmente vender energia com base no preço de mercado em tempo real para energia, não apenas na taxa que normalmente pagariam", diz Carey, da PwC. "Os preços podem variar drasticamente, de 15 a 20 centavos de dólar por quilowatt / hora para um dígito de dólares por quilowatt / hora".
De acordo com Byron Washom, da UCSD, a universidade economiza US $ 800 mil por mês em suas contas de luz, gerando 92% da eletricidade que consome. A FDA diz que a micro-grade do campus economiza US $ 11 milhões por ano para a agência em custos relacionados à energia.
A tecnologia de maturação rápida está permitindo uma melhor integração e otimização de componentes de microrredes. Washom observa, por exemplo, que ferramentas aprimoradas de previsão solar informam ao sistema de gerenciamento de energia do campus quando carregar ou descarregar baterias. "Estamos testemunhando sistemas de controle superiores que podem gerenciar uma microrrede, assim como gerenciar uma instalação inteira", diz ele. “Há toda uma série de novas ferramentas que estão surgindo em como você gerencia seu suprimento, sua demanda, seu armazenamento e suas importações.” Em breve, diz Washom, os gerentes de energia avaliarão a prontidão dos ativos do sistema a cada poucos minutos para antecipar ou responder a mudanças nas condições.
Enquanto a tecnologia avança, no entanto, especialistas dizem que são necessárias novas políticas para acelerar a adoção de micro-redes. Marnay diz que as atuais políticas dos EUA em nível estadual e federal estão avançando tecnologias energéticas individuais, como solar, eólica e de armazenamento de energia, mas é necessário mais apoio para a implantação dessas tecnologias em sistemas complexos como microrredes.
O Departamento de Energia já se associou a autoridades locais e estaduais para adaptar projetos militares de micro-redes para aplicações civis. Em Nova Jersey, por exemplo, onde o furacão Sandy derrubou o transporte público e deixou alguns moradores sem energia por uma semana ou mais, o DOE está trabalhando com a agência estatal de trânsito para projetar um microgrid que ajudaria a manter os trens elétricos funcionando durante uma operação natural. desastre.
O Departamento de Energia também começou a assumir um papel mais ativo na definição de padrões para orientar o projeto e a operação de futuras microrredes, bem como sua integração com a infraestrutura de energia existente. Até mesmo a definição do que faz uma micro-grade está mudando: a escala pode chegar a 60 megawatts nos próximos anos. Um grupo de especialistas da agência está desenvolvendo um plano para um sistema de micro-grade em escala comercial capaz de reduzir os tempos de indisponibilidade em mais de 98% a um custo comparável ao de uma fonte de alimentação a diesel, reduzindo as emissões e melhorando a eficiência energética do sistema. menos 20% até 2020.
A padronização, Carey diz, deve agilizar o processo de desenvolvimento do projeto, reduzir custos e melhorar o acesso ao financiamento, tornando mais fácil para os bancos avaliarem o risco. “Ter que ter engenharia especializada para cada microrrede é, obviamente, uma proposta muito cara e um grande fardo para sua implantação”, diz Marnay.
No final das contas, as micro-redes ameaçam derrubar o modelo centralizado de geração e distribuição que dominou o sistema de eletricidade dos EUA por mais de um século, e as empresas de serviços públicos têm demorado a adotar o novo modelo. “As concessionárias consideram as microrredes como uma ameaça aos seus fluxos de receita”, diz Carey. No entanto, os benefícios de ter fontes de alimentação que podem se dividir ou sincronizar com a rede tradicional, conforme necessário, estão ganhando cada vez mais utilitários como o SDG & E. Carey diz: "Isso deve permitir que eles mantenham a rede mais estável".
