Os microgrids têm conquistado uma atenção significativa como uma nova estrutura nos sistemas elétricos de potência que pode operar junto a rede elétrica tradicional ou em modo ilhado. Essa estrutura pode proporcionar um serviço de qualidade quanto a segurança, confiabilidade e resiliência no na operação da rede elétrica promovendo mais flexibilidade na operação, suprimento de energia para cargas críticas e também reconfiguração apropriada para atender condições de catástrofe.
Contudo, ainda existem diversos desafios técnicos quanto ao planejamento de controle, intermitência das fontes de energias renováveis (RES), incertezas nas cargas, entre outros aspectos. Sistemas de Armazenamento de Energia se mostram como uma solução para garantir qualidade energética, estabilidade dinâmica, confiabilidade e controlabilidade dos microgrids na presença de RES.
Microgrid Challenges
Microgrid Stability
Quando a operação é conectada na rede, a rede principal soluciona o desencontro entre carga e geração. Assim, quando a geração do microgrid não é suficiente, o deficit é compensado pela rede, já quando existe uma produção excedente, o que não for utilizado é injetado de volta para rede principal. Nesse modo, a rede principal mantém a estabilidade da frequência para todo o sistema.
Já no modo de operação ilhado, o próprio microgrid é responsável por garantir a estabilidade do sistema gerenciando os recursos. Nesse modo está preocupado em investigar estabilidade para pequenos distúrbios e estabilidade para transitórios, em ambos casos de frequência e tensão.
A regulação de frequência e tensão pelos microgrids é altamente dependente das estratégias de controle aplicadas na Geração Distribuída (DG's). As características dinâmicas de GD's, os ranges variados que afetam no tempo de resposta e a baixa impedância junto com capacidade de sobre-corrente da interface de inversores, fazem com que a análise de estabilidade se torne complexa.
No padrão IEEE Standart 399-1997, subclasses 8.6.3, 8.6.4, 8.6.5 e 8.6.6, propõe um guia geral de padrões para o estudo da performance de estabilidade com a finalidade de determinar se um sistema apresentará desempenho aceitável nas condições de operação. Já a norma IEEE 1547.4 cobre os assuntos chaves para planejamento e operação de microgrids.
Microgrid Power Management
As tecnologias de um microgrid requerem um sistema gerenciador de energia autônomo e robusto, quando comparado com sistemas convencionais de energia, esse precisa enfrentar novos desafios relacionados a uma arquitetura híbrida AC/DC, fontes energéticas intermitentes, modos multi-operacionais, cargas variadas.
Além de garantir o suprimento das cargas locais, o sistema deve atender com optimização da operação atingindo mínimo custo, perda e manutenção, e máxima eficiência, confiabilidade e sustentabilidade. Com a presença da RES, os sistemas devem analisar diversos cenários que vão interferir na operação e controle.
Concluindo, o sistema de gerenciamento deve considerar a transição entre os modos ilhado e conectado a rede de um microgrid. Essa transição deve ser suave e pouco impactante no sistema, para evitar problemas que podem causar instabilidade e também o colapso do sistema.
Microgrid Power Quality and Reliability
A grande penetração de DG's degrada a qualidade da energia elétrica devido a natureza intermitente dos recursos e fluxo reversível de energia. Também são preocupações para qualidade energética em microgrids: transição entre modos ilhado/conectado na rede, cargas não-lineares, cargas estocásticas, cargas com demanda de energia reativa consideráveis. Assim, é possível encontrar desafios quanto flutuação de energia, interrupção da tensão, tensão oscilante, queda de tesão, pico de tensão, desvio na frequência, harmônicos, entre outros aspectos.
No padrão IEEE Standart 1250: Guide for Identifying and Improving Voltage Quality in Power System, as problemas de qualidade de energia são classificados em duas categorias básicas: Qualidade de Tensão Contínua e Distúrbios.
Energy Storag Technologies
As aplicações dos sistemas de armazenamento de energia estão altamente correlacionadas com a tecnologia desses sistemas. As características como tempo de resposta, potência e classificações de energia, temperatura de operação, peso e volume são a base para seleção do tipo de armazenamento para determinada aplicação.
A tabela a seguir sintetiza os parâmetros de cada tecnologia a serem destacados, junto das aplicações.
Energy storage applications in microgrids
Stability Enchancement
Sistemas de Armazenamento de Energia são utilizados em microgrids para manter a estabilidade da tensão durante os dois modos de operação conectado e ilhado, e estabilidade de frequência durante a operação no modo ilhado.
- Voltage Stability
- Frequency Stability
Energy Management
O armazenamento de energia pode ser considerado como uma fonte despachável / carga controlável no planejamento de gerenciamento de energia, fornecendo mais flexibilidade para o relaxamento das restrições e otimização da função objetivo em problemas de gerenciamento de energia.
- Reducing the complexity of energy management problem
- Time-shifting of generation and demand
- Reducing power loss and improving efficiency
Power quality improvement
A baixa qualidade da energia afeta negativamente a operação, eficiência e custo de manutenção de componentes e cargas do microgrid. Providenciando serviços como suporte de tensão e frequência, correção do fator de potência, equilíbrio de fase, compensação harmônica e compensação na intermitência de renováveis, os sistemas de armazenamento de energia podem proteger a carga no local contra os eventos que afetam a qualidade de energia.
- Renewable intermittency compensation
- Voltage support
- Power factor correction
- Phase balancing
- Harmonic compensation
Reliability improvement
A confiabilidade do microgrid pode ser definida como a capacidade deste para atender à demanda de eletricidade dos consumidores em quantidade e com a qualidade solicitada por eles. Sistemas de Armazenamento de Energia oferece energia de reserva aos clientes, reduz interrupção de energia e melhora a confiabilidade.
- Ride-through and bridging
- Resource adequacy
Resiliency improvement
A resiliência do microgrid refere-se à capacidade do sistema de suportar e se recuperar de perturbações, além de minimizar a duração, intensidade e os impactos negativos de eventos desfavoráveis. No momento das contingências, a energia sistemas de armazenamento podem ser gerenciados adequadamente para controlar o fluxo da rede, manter o fornecimento/equilíbrio de demanda e evitar instabilidade.
Challenges and barriers
Alto custo e falta de regras, regulamentação e padrões são os desafios que devem ser superados para permitir a implantação generalizada de armazenamento de energia. No entanto, não há dúvidas de que o armazenamento de energia será um componente inseparável de futuros microgrids, com rápida redução de custo e melhoria de desempenho, novos mercados e aplicações serão abertos para armazenamento de energia.
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