Micro-redes inteligentes

Descrição

As microrredes são versões de menor escala de um sistema de eletricidade centralizado local - também conhecido como macro-rede - e estão equipadas com capacidades de controlo que lhes permitem funcionar em conjunto com a macro-rede local ou de forma autónoma, numa base independente. Como tal, as microrredes existem há décadas, alimentando instalações industriais, bases militares, campus e instalações críticas como hospitais, utilizando principalmente geradores de calor e eletricidade combinados (CHP) alimentados a combustíveis fósseis e geradores de motores alternativos. No entanto, muitas cidades estão agora interessadas em sistemas de microrredes que possam integrar melhor os recursos de produção renovável e as várias cargas energéticas, servir vários utilizadores e/ou responder a situações ambientais ou de emergência.

As microrredes podem trazer vários benefícios para o ambiente, para os operadores de serviços públicos e para os clientes; benefícios que são especialmente importantes para as cidades, uma vez que estas se esforçam por criar comunidades inteligentes, seguras e habitáveis com economias prósperas. Tendo em conta as prioridades e os desafios locais, os municípios têm três boas razões para se dedicarem às microrredes:

1. As microrredes contribuem para a redução das emissões de GEE e ajudam as cidades a atingir os seus objectivos climáticos ao
   • Promovem a integração e a agregação de fontes de energia renováveis, graças à sua capacidade de equilibrar a produção e a utilização de energia na microrrede através da produção e armazenamento distribuídos e controláveis (por exemplo, PCCE, armazenamento térmico ou células de combustível).
   • Aproveitamento da energia que de outra forma seria desperdiçada (por exemplo, perdas no transporte de eletricidade ou calor residual da produção de energia), graças à proximidade entre o local onde a energia é produzida e o local onde é necessária.
2. As microrredes podem reforçar e aumentar a resiliência da rede central ao
   • Aumentando a fiabilidade e a eficiência de todo o sistema, uma vez que ajudam a reduzir ou gerir a procura de energia, aliviando simultaneamente o congestionamento da rede, graças à sua capacidade de isolar e assumir autonomamente a procura local de energia.
   • Reduzir a vulnerabilidade da rede, fazendo face a cortes de energia iminentes e protegendo-a contra potenciais ciberataques à infraestrutura energética.
   • Manter o serviço de energia durante emergências ou catástrofes naturais, especialmente para serviços públicos críticos, e ajudar a macro-rede a recuperar de falhas no sistema.
3. As microrredes podem servir melhor a comunidade e melhorar a economia local
   • Mantendo as tarifas de eletricidade sob controlo graças a uma gestão mais eficiente e rentável da rede, a uma maior utilização da valiosa energia desperdiçada e/ou a investimentos reduzidos em capacidade energética adicional ou em infra-estruturas de transporte.
   • Favorecer a competitividade dos municípios, uma vez que estes podem oferecer baixos custos de energia e elevados níveis de fiabilidade que podem atrair novas empresas e empregos, especialmente indústrias altamente sensíveis a falhas de energia (por exemplo, centros de dados, instalações de investigação, etc.).
   • Garantir a fiabilidade da energia para comunidades isoladas ou de difícil acesso, fornecendo energia limpa, fiável e resiliente de forma rentável.
   • Constituir uma forma ideal de integrar recursos renováveis a nível comunitário e permitir a participação dos clientes na empresa de eletricidade.

Problemas a resolver

Modelo de Valor

Modelo de valor para um sistema de rede inteligente (BABLE, 2021)

Contexto da Cidade

As autarquias locais podem desempenhar um papel fundamental no apoio à implementação de microrredes comunitárias nas redes eléctricas existentes para cumprir os objectivos específicos de cada cidade. Trata-se de uma tarefa complexa que exige mudanças institucionais e actualizações regulamentares. No entanto, os fornecedores e promotores de microrredes respondem aos sinais do mercado e a política local pode criar clareza, comunicar níveis de prioridade e reduzir as barreiras à entrada. Além disso, os governos locais podem envolver as partes interessadas e os cidadãos em torno das necessidades e oportunidades e até tornar-se clientes de microrredes em iniciativas específicas lideradas pelo município, por exemplo, a aldeia alemã Feldheim, que afirma ser a única aldeia independente da rede no mundo desenvolvido com 100% de recursos renováveis. Alguns factores-chave para assegurar a implantação de microrredes comunitárias são os seguintes

• Definir o ambiente político , criando a combinação correcta de instrumentos políticos e incentivos para eliminar todas as barreiras regulamentares e administrativas. Para além dos incentivos tradicionais aos recursos energéticos distribuídos, como as tarifas de alimentação ou os regimes de contagem líquida, outras alternativas eficazes incluem a isenção de taxas de licenciamento para acelerar os processos ou a concessão de incentivos de zonagem a projectos que incluam características de microrredes, como o armazenamento de energia, a produção de energia renovável ou a gestão inteligente. Do mesmo modo, é necessário atualizar a regulamentação que impede o armazenamento de energia no local ou que exclui a propriedade das instalações de armazenamento por parte dos serviços públicos.
• Infra-estruturas tecnológicas que permitam o desenvolvimento futuro de microrredes, como a implantação de contadores inteligentes ou a cobertura de infra-estruturas de conetividade.
• Envolvimento e motivação da comunidade para aumentar o valor social da implementação e operação da microrrede na comunidade e, por sua vez, aumentar a aceitação social.
• Asatitudes e o nível de atividade das empresas de serviços públicos locais influenciam grandemente o desenvolvimento de microrredes comunitárias. Historicamente, a resistência dos serviços de utilidade pública tem impedido a implantação de microrredes comunitárias, mas recentemente alguns serviços de utilidade pública têm procurado proactivamente estes projectos. A CE está a pressionar as empresas de serviços públicos no sentido de aumentarem o nível de actividades de desenvolvimento de infra-estruturas de eletricidade não tradicionais, o que poderá melhorar as condições para o desenvolvimento de microrredes comunitárias.
• Condicionalismos ambientais, como a área de influência, a disponibilidade de espaço, as fontes de energia renováveis e outros recursos locais, bem como a densidade energética da zona.

Factores de Suporte

1. Criar um ambiente político de apoio.
2. Permitir o comércio local de energia entre a produção distribuída e o fluxo bidirecional de energia.
3. Regras claras e transparentes de interconexão com a rede principal.
4. Disponibilidade de mercados locais de energia.
5. Garantia da eficiência económica e da rentabilidade quando a segurança do aprovisionamento energético não é um problema.
6. Apoio a modelos comerciais viáveis e partilha de benefícios para fazer face aos elevados custos de capital.
7. Criar modelos de governação adequados para iniciativas lideradas pela comunidade.
8. Assegurar o envolvimento das partes interessadas para maximizar o valor social.
9. Procurar a proteção dos dados e das comunicações.
10. Utilizar tecnologias e dimensões de armazenamento adequadas.
11. Melhor integração dos sistemas de gestão da energia e dos sistemas de gestão empresarial.
12. Aumentar a facilidade de utilização das interfaces com os residentes da comunidade para garantir a transparência e promover um comportamento energeticamente eficiente.

Iniciativas do Governo

Nos países europeus, a implementação de sistemas energéticos locais é apoiada por muitas iniciativas e políticas a nível europeu ou nacional, onde muitos projectos de investigação e desenvolvimento, que beneficiam de financiamento nacional ou europeu, se centram em redes inteligentes, eficiência energética, integração de recursos renováveis distribuídos, gestão inteligente da rede e muito mais.

No contexto das políticas da UE, os motores políticos para tais projectos incluem o aumento do congestionamento da rede e da procura de energia, as alterações climáticas, o esgotamento dos combustíveis fósseis, o envelhecimento da infraestrutura da rede eléctrica e o mercado interno europeu da energia; todos estes factores que impulsionam a implementação de sistemas energéticos locais foram inspirados pelo mais recente pacote climático e energético da UE "Energia limpa para todos os europeus" e, agora, pelo novo Pacto Ecológico Europeu.

Uma iniciativa digna de nota é a criação da Task Force para as Redes Inteligentes (SGTF) no âmbito do terceiro pacote energético da UE, em 2009, para aconselhar sobre políticas e regulamentos relativos à implantação de redes inteligentes. Por exemplo, no âmbito do desenvolvimento de uma norma comum para as redes inteligentes europeias, a CE conferiu vários mandatos aos organismos europeus de normalização (OEN) com o objetivo de estabelecer normas para a interoperabilidade dos contadores inteligentes, normas de carregamento de veículos eléctricos e níveis elevados de serviços e operações de redes inteligentes.

A UE está atualmente a dar instruções aos países membros para actualizarem os seus regulamentos relativos ao mercado da eletricidade e às energias renováveis, de modo a permitir que as comunidades actuem como agregadores de produção renovável, cargas flexíveis e serviços de armazenamento para a rede global, abrindo caminho para as microrredes comunitárias.

Mapeamento de Stakeholders

Mapa das partes interessadas para um sistema de rede inteligente (BABLE, 2021)

Potencial de Mercado

O avanço das microrredes faz parte de uma tendência mais ampla para a digitalização, descentralização e descarbonização do sector da energia. A nível mundial, o mercado crescente dos sistemas energéticos locais é uma resposta às preocupações ambientais, à falta de infra-estruturas de rede robustas e de fiabilidade da energia, ao aumento dos preços da energia e a uma combinação de pressões e incentivos regulamentares. Consequentemente, prevê-se que o mercado das microrredes cresça rapidamente nos próximos 10 anos.

Capacidade total anual de energia de microrredes e despesas de implementação por região, mercados mundiais: 2020-2029 (Guidehouse Insights)

Apesar de ser considerada um líder global na transição para um futuro energético com baixas emissões de carbono, a Europa representa apenas 9% do mercado global de microrredes. A explicação mais direta é que a grande maioria da capacidade instalada de microrredes na Europa está localizada em ilhas remotas que não estão ligadas à rede continental. No entanto, um olhar mais atento à forma como os mercados da UE estão fortemente interligados e regulamentados revela um padrão distinto que coloca sérias restrições ao desenvolvimento de microrredes (de acordo com a Navigant Research): (1) A Europa tem-se concentrado na implantação de energias renováveis em grande escala, como as offshore, o que exige um investimento maciço em infra-estruturas de transporte; (2) A implantação de recursos energéticos distribuídos (DER) tem-se baseado principalmente em tarifas de alimentação, um modelo de negócio que exclui a caraterística-chave que define uma microrrede, ou seja, o isolamento; (3) Os métodos preferidos para lidar com a variabilidade das energias renováveis e aumentar a fiabilidade da energia inclinam-se para o comércio transfronteiriço e não para microrredes localizadas

Em última análise, a integração avançada do mercado europeu está a deslocar o foco das microrredes para as VPP. De facto, a Europa está na vanguarda da adoção de plataformas VPP com capacidades sofisticadas que permitem a integração de energias renováveis e o comércio de energia em tempo real para maximizar o valor dos recursos de flexibilidade, abrindo simultaneamente a porta a novos fluxos de valor para criar mercados de serviços auxiliares.

Modelos de Funcionamento

Até há pouco tempo, o modelo de negócio das microrredes constituía um obstáculo para muitas organizações, dadas as despesas de capital dispendiosas e os elevados riscos financeiros associados à sua construção e implantação. Atualmente, novos mecanismos de financiamento e funcionamento estão a reduzir os obstáculos para as organizações e comunidades, permitindo que mais microrredes - e, consequentemente, a transição energética sustentável - se tornem uma realidade.

Modelo de funcionamento de um sistema de microrredes inteligentes (BABLE, 2021)

Requisitos Legais

Uma vez que não existe regulamentação específica para as microrredes na União Europeia, é necessário começar por definir o domínio regulamentar fundamental das microrredes e ligar as directivas europeias existentes a esses domínios. Os domínios regulamentares relevantes para as microrredes e as directivas conexas são

Energias renováveis: considerar as unidades de produção renovável na microrrede, incluindo medidas que promovam a integração de energias renováveis, a eficiência energética e a descarbonização.

Regulamento Energias Renováveis (BABLE, 2021)

Ligação à rede: relativamente aos requisitos de ligação à rede de distribuição para cargas, unidades de produção e dispositivos de armazenamento de energia.

Regulamento Ligação à Rede (BABLE, 2021)

Autoconsumo e armazenamento de energia: Condições de entrega de excedentes de produção, possibilidade de utilização de sistemas de armazenamento, etc.

Regulamento Autoconsumo e Armazenamento de Energia (BABLE, 2021)

Em suma, a quantidade de regulamentação diretamente aplicável às microrredes na UE é baixa, o que também aumenta as diferenças entre as regulamentações para microrredes em cada Estado-Membro. No entanto, o impacto de alguns regulamentos, como o 2009/28/CE, que promove as energias renováveis, é considerável. Para cumprir os objectivos das directivas europeias em linha com as microrredes, os Estados-Membros implementaram estratégias baseadas em incentivos económicos. O esquema de apoio mais comum na UE baseia-se em tarifas de alimentação (FITs); no entanto, existem outros incentivos relevantes, tais como prémios de mercado, certificados verdes e concursos tradicionais.

Dados e Normas

Dados e normas para um sistema de microrredes inteligentes (BABLE, 2021)