Recursos energéticos distribuídos (RED)

Os recursos energéticos distribuídos (RED) são recursos energéticos de pequena escala que normalmente estão situados perto do local onde a eletricidade é consumida. Podem incluir sistemas que geram, armazenam ou gerenciam eletricidade, como os painéis solares fotovoltaicos instalados em telhados, as baterias ou os veículos elétricos. Muitos RED se encontram do lado do consumidor do medidor elétrico, o que é conhecido como recursos “atrás do medidor” (behind-the-meter, em inglês).

Diferentemente de um sistema elétrico centralizado tradicional, no qual grandes usinas geram eletricidade que é transmitida aos consumidores a longas distâncias, os RED ficam mais perto das residências, das empresas e de outros pontos de consumo. Esse modelo distribuído pode reduzir a distância que a eletricidade precisa percorrer e permite que consumidores e empresas desempenhem um papel mais ativo no sistema elétrico.

O papel dos RED na eletrificação

Os RED são cada vez mais importantes à medida que as redes elétricas evoluem para integrar uma quantidade maior de energias renováveis, eletrificação e flexibilidade da demanda. As tecnologias digitais e as redes inteligentes, ou smart grids, permitem monitorar e coordenar esses recursos, facilitando sua integração ao sistema elétrico.

Esses recursos também podem contribuir para a descarbonização quando utilizam fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica. No entanto, seu impacto ambiental depende da tecnologia e da fonte de energia utilizada: os RED baseados em processos de combustão, incluindo os que utilizam combustíveis fósseis, podem continuar gerando emissões de gases de efeito estufa e outros poluentes.

Diferença entre Geração Distribuída (GD) e RED

Embora os termos Geração Distribuída (GD) e recursos energéticos distribuídos (RED) possam ser facilmente confundidos, a GD é um tipo de RED. A principal diferença é que a Geração Distribuída se refere especificamente à geração de eletricidade situada perto do ponto de consumo, enquanto os RED abrangem um conjunto mais amplo de recursos.

Os painéis solares fotovoltaicos instalados em uma residência ou as pequenas turbinas eólicas conectadas a uma rede elétrica local são exemplos de Geração Distribuída.

Os recursos energéticos distribuídos têm um significado mais amplo. Além da geração distribuída, os RED incluem o armazenamento de energia, a flexibilidade da demanda e outros recursos capazes de responder às necessidades da rede elétrica. Assim, uma bateria residencial, um veículo elétrico com capacidade de Vehicle-to-Grid (V2G) ou um sistema de aquecimento controlável podem ser considerados RED, ainda que não gerem eletricidade necessariamente.

Principais tipos e tecnologias de RED

Os recursos energéticos distribuídos abrangem uma ampla variedade de tecnologias. Algumas geram eletricidade, outras a armazenam e outras podem ajustar seu consumo ou produção de acordo com as necessidades do sistema elétrico.

Tecnologias de geração: solar fotovoltaica e eólica distribuída

Sistemas solares fotovoltaicos (FV)

São um dos tipos mais difundidos de recursos energéticos distribuídos. Convertem diretamente a luz solar em eletricidade e podem ser instalados em telhados, edifícios comerciais e outros locais próximos aos consumidores.

Energia eólica distribuída

Utiliza turbinas eólicas de menor porte situadas perto do ponto de consumo. Assim como a solar fotovoltaica, esses sistemas podem gerar eletricidade renovável de forma local e reduzir a dependência da eletricidade fornecida por instalações de geração situadas a grandes distâncias.

Como a geração solar e eólica depende das condições meteorológicas, sua produção pode variar ao longo do tempo. Integrá-las a sistemas de armazenamento de energia, flexibilidade da demanda e sistemas de controle digital pode ajudar a gerenciar essa variabilidade.

Sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) e veículos elétricos (V2G)

Sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS)

Armazenam eletricidade em momentos de alta produção ou baixa demanda para que possa ser utilizada posteriormente. Em escala local, as baterias podem armazenar eletricidade gerada a partir de fontes renováveis, fornecer energia de reserva e ajudar a gerenciar os períodos de maior demanda.

Veículos elétricos

Também podem se tornar uma importante fonte de flexibilidade. Por meio da tecnologia Vehicle-to-Grid (V2G), os veículos elétricos compatíveis podem enviar eletricidade de suas baterias de volta à rede elétrica quando necessário. Embora a implantação da tecnologia V2G ainda esteja em desenvolvimento, os projetos-piloto e as aplicações comerciais estão demonstrando seu potencial para oferecer flexibilidade e facilitar a integração das energias renováveis.

Geração despachável: células a combustível, cogeração e microturbinas 

Algumas tecnologias de geração distribuída podem ser controladas de acordo com a demanda de eletricidade e as necessidades do sistema. Entre elas estão as células a combustível, os sistemas de cogeração (CHP, na sigla em inglês) e as microturbinas. Embora essas tecnologias apresentem características e impactos ambientais diferentes, sua capacidade de ajustar a produção pode torná-las componentes valiosos dos sistemas RED quando há necessidade de flexibilidade e de fornecimento local de energia.

Células a combustível

Diferentemente de fontes dependentes das condições meteorológicas, como a solar e a eólica, as células a combustível podem gerar eletricidade quando necessário, desde que haja combustível disponível, mesmo quando a geração solar ou eólica não está disponível. Por meio de um processo eletroquímico, convertem diretamente a energia química de combustíveis como o hidrogênio em eletricidade ao combiná-lo com oxigênio. No caso do hidrogênio, o processo produz água e calor como subprodutos. As células a combustível podem alcançar alta eficiência e gerar menos poluentes atmosféricos locais do que a geração baseada em processos de combustão. Seu impacto ambiental global depende do combustível utilizado. Quando se utiliza hidrogênio, o processo eletroquímico produz eletricidade, água e calor, embora as emissões associadas ao hidrogênio dependam de como ele foi produzido.

Cogeração (CHP)

Esses sistemas produzem eletricidade e calor útil a partir de uma mesma fonte de energia, melhorando a eficiência global quando existe uma demanda adequada de ambos. Em um sistema de cogeração típico, um motor de combustão aciona um gerador para produzir eletricidade, enquanto um trocador de calor recupera o calor residual gerado durante a produção de eletricidade em vez de desperdiçá-lo. Esse calor pode ser utilizado para aquecimento, água quente ou processos industriais.

Ao produzir eletricidade e calor útil de forma simultânea, os sistemas de cogeração podem aproveitar de maneira mais eficiente a energia contida no combustível do que os sistemas que geram eletricidade e calor separadamente. 

Sua eficiência depende da tecnologia, do combustível e das condições de funcionamento, bem como da capacidade de aproveitar de forma eficiente o calor disponível. Os sistemas de cogeração podem utilizar diferentes combustíveis, como gás natural, biogás ou outros combustíveis renováveis ou de baixo carbono. 

Alguns sistemas também podem funcionar com hidrogênio, dependendo da tecnologia e dos equipamentos utilizados. À medida que avança a transição energética, a possibilidade de utilizar combustíveis com menores emissões de carbono pode aumentar o potencial da cogeração nos sistemas energéticos descentralizados.

Microturbinas

São turbinas de pequena escala que podem ser utilizadas para a geração distribuída de eletricidade. Normalmente funcionam com combustíveis como gás natural, propano e biogás e operam de forma semelhante a um motor a jato, mas produzem eletricidade e calor em vez de empuxo. Seu tamanho compacto e sua elevada velocidade de rotação são algumas de suas vantagens. Além disso, podem recuperar o calor para produzir água quente ou aquecimento, o que lhes permite alcançar uma alta eficiência, especialmente quando o calor residual é recuperado para usos úteis. Têm um número reduzido de peças móveis e um design compacto, e podem apresentar baixos níveis de vibração e ruído em comparação com os motores alternativos.

Gestão e agregação: sistemas de gestão de recursos energéticos distribuídos (DERMS), microrredes e usinas virtuais de energia (VPP) 

O crescente número de recursos energéticos distribuídos faz com que sua gestão e coordenação eficazes sejam cada vez mais importantes. As tecnologias digitais permitem conectar recursos individuais e coordenar seu funcionamento, de modo que possam contribuir conjuntamente para o sistema elétrico. Três conceitos são especialmente relevantes: os sistemas de gestão de recursos energéticos distribuídos (DERMS), as microrredes e as usinas virtuais de energia (VPP).

Sistemas de gestão de recursos energéticos distribuídos (DERMS) 

Os sistemas de gestão de recursos energéticos distribuídos (DERMS) são plataformas digitais que monitoram e coordenam os recursos energéticos distribuídos conectados a uma rede elétrica. 

Os DERMS podem integrar informações provenientes de diferentes recursos, como sistemas solares fotovoltaicos, baterias, veículos elétricos e cargas flexíveis. Por meio da análise de sua disponibilidade e de suas condições de funcionamento, podem ajudar a coordenar sua operação de acordo com as necessidades da rede.

Para os operadores de redes elétricas, os DERMS podem facilitar a integração de um número crescente de RED e ajudar a gerenciar aspectos como o congestionamento, a tensão e as mudanças nos padrões de geração e consumo de eletricidade.

Microrredes e seu funcionamento 

Uma microrrede é um sistema elétrico local que integra geração, armazenamento de energia, cargas e sistemas de controle dentro de uma área determinada. Pode se conectar à rede elétrica principal ou, em determinadas circunstâncias, como em caso de interrupção do fornecimento na rede principal, desconectar-se e funcionar de forma independente.

Como exemplo, uma microrrede pode combinar energia solar fotovoltaica, armazenamento em baterias e cargas controláveis para fornecer eletricidade a um grupo de edifícios. Seu sistema de controle coordena esses recursos para equilibrar a oferta e a demanda de eletricidade em escala local.

Essa capacidade de funcionar em diferentes modos pode melhorar a resiliência do fornecimento elétrico e facilitar a integração de energias renováveis em escala local, além de contribuir para uma resposta e uma recuperação mais rápidas do sistema em caso de interrupções do fornecimento provocadas por fenômenos meteorológicos extremos, como os furacões.

Usinas virtuais de energia (VPP)

Uma usina virtual de energia (VPP) é um sistema digital que agrega vários RED e coordena seu funcionamento como se fossem um único recurso de maior porte. Uma VPP pode combinar centenas ou milhares de baterias, instalações solares, veículos elétricos e cargas flexíveis situados em diferentes locais. O software coordena esses recursos para que suas capacidades combinadas possam ser disponibilizadas ao sistema elétrico. Ao agregar numerosos recursos de pequena escala, as VPP permitem que os RED participem de forma mais eficaz dos mercados de eletricidade e prestem serviços como o equilíbrio do sistema, a resposta à demanda e a flexibilidade da rede.

Benefícios da implantação dos RED

A implantação de recursos energéticos distribuídos pode trazer benefícios para as redes elétricas, os consumidores e o meio ambiente. Os benefícios concretos dependem das tecnologias utilizadas e da eficácia com que são integradas e gerenciadas.

Resiliência da rede e redução de perdas de energia

Gerar e armazenar eletricidade mais perto do local onde é consumida pode reduzir a necessidade de transmitir energia elétrica a longas distâncias. Isso pode ajudar a reduzir as perdas associadas à transmissão e à distribuição de eletricidade.

Os RED também podem contribuir para a resiliência da rede. A geração e o armazenamento locais podem fornecer fontes adicionais de eletricidade durante períodos de alta demanda ou, quando projetados e controlados adequadamente, contribuir para manter a continuidade do fornecimento durante determinadas interrupções da rede.

Economia de custos 

Os RED podem gerar benefícios econômicos tanto para os consumidores quanto para o sistema elétrico em geral. A geração local de eletricidade por meio de instalações solares ou turbinas eólicas pode reduzir a quantidade de eletricidade que alguns consumidores precisam adquirir da rede, enquanto as baterias e a flexibilidade da demanda podem ajudar a gerenciar quando a eletricidade é consumida e evitar os períodos de maior custo.

Em escala do sistema, os RED podem ajudar a otimizar o uso das infraestruturas de rede existentes e, em determinadas circunstâncias, reduzir ou adiar a necessidade de realizar onerosas melhorias na rede, ao gerenciar os picos de demanda e oferecer flexibilidade. Também podem reduzir a necessidade de recorrer a algumas fontes de geração mais caras durante os períodos de maior demanda.

Descarbonização e sustentabilidade ambiental 

Os benefícios ambientais dos RED dependem das tecnologias e das fontes de energia utilizadas. Sua contribuição para a descarbonização é maior quando a geração renovável, a eletrificação, o armazenamento e a flexibilidade da demanda são integrados de forma eficaz.

Os RED podem contribuir, por exemplo, para a transição para um sistema elétrico descarbonizado quando incorporam energia solar fotovoltaica e eólica. Além disso, os painéis solares instalados em telhados podem aproveitar o espaço de edifícios já existentes e reduzir a necessidade de terrenos adicionais em comparação com alguns projetos solares de grande escala.

A geração local por meio de RED também pode reduzir a quantidade de eletricidade que precisa ser fornecida por grandes usinas de geração centralizadas, incluindo as que utilizam carvão ou gás natural, dependendo do funcionamento do sistema. A geração próxima ao ponto de consumo também pode ajudar a reduzir as perdas de eletricidade associadas à transmissão ao longo de extensas linhas.

Os RED também permitem aproveitar energia que, de outra forma, poderia ser desperdiçada, como ocorre com os sistemas de cogeração, que utilizam o calor gerado durante a produção de eletricidade para aquecimento ou para fornecer água quente.

Flexibilidade da demanda

Uma das principais vantagens dos RED é sua capacidade de oferecer flexibilidade da demanda. Isso significa ajustar quando ou quanta eletricidade é consumida, armazenada ou fornecida em resposta às condições do sistema, ajudando a equilibrar a oferta e a demanda e podendo reduzir os custos de energia para os consumidores.

Um sistema inteligente, por exemplo, pode adiar a recarga de um veículo elétrico até um período em que a demanda da rede elétrica seja menor, o que permite economizar dinheiro. Da mesma forma, uma bateria pode armazenar a eletricidade gerada por energia solar quando esta é abundante e liberá-la quando a demanda é maior.

Ao deslocar o consumo ou coordenar a geração e o armazenamento, os RED podem ajudar a equilibrar a oferta e a demanda, gerenciar os picos de consumo elétrico e aproveitar melhor as infraestruturas de rede existentes.