Micro-redes inteligentes

Descrição

As microrredes são versões em menor escala de um sistema elétrico local centralizado — também conhecido como macrorrede — e estão equipadas com capacidades de controlo que lhes permitem funcionar em conjunto com a macrorrede local ou de forma autónoma, de modo independente. Como tal, as microrredes existem há décadas, fornecendo energia a instalações industriais, bases militares, campus universitários e instalações críticas, tais como hospitais, recorrendo principalmente a sistemas de cogeração (CHP) alimentados a combustíveis fósseis e a geradores com motores alternativos. No entanto, muitas cidades estão agora interessadas em sistemas de microrredes que possam integrar melhor os recursos de produção de energia renovável e várias cargas energéticas, servir múltiplos utilizadores e/ou dar resposta a necessidades 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, à medida 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 apostar nas microrredes:

1. As microrredes contribuem para a redução das emissões de GEE e ajudam as cidades a cumprir as suas metas climáticas ao:
   • Promovendo a integração e a agregação de fontes de energia renováveis, graças à sua capacidade de equilibrar a produção e o consumo de energia no interior da microrrede através da produção e armazenamento distribuídos e controláveis (por exemplo, cogeração, armazenamento térmico ou pilhas de combustível).
   • Aproveitando a energia que, de outra forma, seria desperdiçada (por exemplo, perdas na transmissão de eletricidade ou calor residual da produção de energia), graças à proximidade entre o local onde a energia é gerada e aquele onde é necessária.
2. As microrredes podem reforçar e aumentar a resiliência da rede central ao:
   • Aumentarem a fiabilidade e a eficiência de todo o sistema, uma vez que ajudam a reduzir ou a gerir a procura de energia, ao mesmo tempo que aliviam o congestionamento da rede, graças à sua capacidade de isolar e assumir autonomamente a procura local de energia.
   • Reduzindo a vulnerabilidade da rede, ao fazer face a cortes de energia iminentes e ao proteger contra potenciais ciberataques à infraestrutura energética.
   • Manter o fornecimento de energia durante emergências ou catástrofes naturais, especialmente para serviços públicos essenciais, e ajudar a macro-rede a recuperar de falhas no sistema.
3. As microrredes podem servir melhor a comunidade e dinamizar a economia local ao:
   • Manter as tarifas de eletricidade sob controlo, graças a uma gestão da rede mais eficiente e económica, a uma maior utilização da energia desperdiçada que tem valor e/ou à redução dos investimentos em capacidade energética adicional ou em infraestruturas de transmissão.
   • Favorecer a competitividade dos municípios, uma vez que estes podem oferecer baixos custos energéticos e elevados níveis de fiabilidade, o que pode atrair novas empresas e postos de trabalho, especialmente indústrias altamente sensíveis a cortes de energia (por exemplo, centros de dados, instalações de investigação, etc.).
   • Garantindo a fiabilidade do abastecimento elétrico a comunidades isoladas ou de difícil acesso, fornecendo energia limpa, fiável e resiliente de forma economicamente vantajosa.
   • Constituir uma forma ideal de integrar recursos renováveis a nível comunitário e permitir a participação dos clientes no setor da eletricidade.

Problemas a resolver

Modelo de Valor

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

Contexto da Cidade

As autarquias podem desempenhar um papel fundamental no apoio à implementação de microrredes comunitárias nas redes elétricas existentes, de modo a cumprir os objetivos específicos de cada cidade. Trata-se de uma tarefa complexa que exige mudanças institucionais e atualizações regulamentares. No entanto, os fornecedores e promotores de microrredes respondem aos sinais do mercado, e as políticas locais podem proporcionar 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 mesmo tornar-se clientes de microrredes em iniciativas específicas lideradas pelos municípios, como é o caso da aldeia alemã de Feldheim, que se afirma ser a única aldeia independente da rede elétrica no mundo desenvolvido, com 100 % de recursos renováveis. Alguns fatores-chave para garantir a implantação de microrredes comunitárias são os seguintes:

• Definir o enquadramento político, criando a combinação adequada de instrumentos políticos e incentivos para eliminar todas as barreiras regulamentares e administrativas. Para além dos incentivos tradicionais aos recursos energéticos distribuídos, tais como tarifas de alimentação da rede ou regimes de medição líquida, outras alternativas eficazes incluem a isenção de taxas de licenciamento para agilizar os processos ou a concessão de incentivos de ordenamento do território a projetos que incluam características de microrredes, tais como armazenamento de energia, produção de energia renovável ou gestão inteligente. Da mesma forma, é necessário atualizar os regulamentos que impedem o armazenamento de energia no local ou que proíbem a propriedade de instalações de armazenamento por parte das empresas de serviços públicos.
• Infraestruturas tecnológicas que possibilitem o desenvolvimento futuro de microrredes, tais como a implantação de contadores inteligentes ou a cobertura de infraestruturas de conectividade.
• O envolvimento e a motivação da comunidade para aumentar o valor social da implementação e operação da microrrede no seio da comunidade e, por sua vez, aumentar a aceitação social.
• As atitudes e o nível de atividade das empresas de serviços públicos locais influenciamsignificativamente o desenvolvimento de microrredes comunitárias. Historicamente, a resistência por parte das empresas de serviços públicos tem dificultado a implantação de microrredes comunitárias, mas, recentemente, algumas empresas têm vindo a promover proativamente estes projetos. Existe uma pressão da CE sobre as empresas de serviços públicos no sentido de aumentarem o nível de atividades relacionadas com o desenvolvimento de infraestruturas elétricas não tradicionais, o que poderá melhorar as condições para o desenvolvimento de microrredes comunitárias.
• Limitações ambientais, tais como a área de influência, a disponibilidade de espaço, as fontes de energia renováveis e outros recursos locais, bem como a densidade energética da área.

Factores de Suporte

1. Criação de um quadro político favorável.
2. Facilitar o comércio local de energia entre a produção distribuída e o fluxo bidirecional de energia.
3. Regras de interligação claras e transparentes com a rede principal.
4. Disponibilidade de mercados locais de energia.
5. Garantir a eficiência económica e a rentabilidade quando a segurança do abastecimento de energia não constitui um problema.
6. Apoiar modelos de negócio viáveis e a partilha de benefícios para fazer face aos elevados custos de capital.
7. Criação de modelos de governação adequados para iniciativas lideradas pela comunidade.
8. Garantir o envolvimento das partes interessadas para maximizar o valor social.
9. Promover a proteção dos dados e das comunicações.
10. Implementar tecnologia e capacidade de armazenamento adequadas.
11. Integrar melhor os Sistemas de Gestão de Energia e os Sistemas de Gestão Empresarial.
12. Aumentar a facilidade de utilização nas interfaces com os residentes da comunidade, a fim de garantir a transparência e promover comportamentos energeticamente eficientes.

Iniciativas do Governo

Nos países europeus, a implementação de sistemas energéticos locais é apoiada por numerosas iniciativas e políticas a nível europeu ou nacional, onde muitos projetos 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 das redes e muito mais.

No contexto das políticas da UE, os fatores impulsionadores destes projetos incluem o aumento do congestionamento da rede e da procura de energia, as alterações climáticas, o esgotamento dos combustíveis fósseis, o envelhecimento das infraestruturas da rede elétrica e o mercado interno europeu da energia; todos estes fatores que impulsionam a implementação de sistemas energéticos locais foram inspirados pelo mais recente pacote da UE em matéria de clima e energia, «Energia limpa para todos os europeus», e agora pelo novo Pacto Verde Europeu.

Uma iniciativa digna de destaque é a criação do Grupo de Trabalho sobre Redes Inteligentes (SGTF) no âmbito do terceiro pacote energético da UE, em 2009, com o objetivo de prestar aconselhamento sobre políticas e regulamentação relativas à implantação de redes inteligentes. Por exemplo, no âmbito do desenvolvimento de uma norma comum para as redes inteligentes europeias, foram emitidos vários mandatos pela Comissão Europeia às Organizações Europeias de Normalização (ESO), com o objetivo de estabelecer normas para a interoperabilidade dos contadores inteligentes, normas de carregamento de veículos elétricos e elevados níveis de serviços e operações das redes inteligentes.

A UE está atualmente a orientar os países-membros para que atualizem a sua regulamentação relativa ao mercado da eletricidade e às energias renováveis, de modo a permitir que as comunidades atuem 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 num sistema de rede inteligente (BABLE, 2021)

Potencial de Mercado

O avanço das microrredes insere-se numa tendência mais ampla no sentido da digitalização, descentralização e descarbonização do setor energético. A nível global, o mercado em crescimento dos sistemas energéticos locais constitui uma resposta às preocupações ambientais, à falta de infraestruturas de rede robustas e de fiabilidade no fornecimento de energia, ao aumento dos preços da energia e a uma combinação de pressões regulatórias e incentivos. Consequentemente, prevê-se que o mercado das microrredes cresça rapidamente nos próximos 10 anos.

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

Apesar de ser considerada 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 se situa em ilhas remotas que não estão ligadas à rede continental. No entanto, uma análise mais aprofundada da forma como os mercados da UE estão intimamente interligados e regulamentados revela um padrão distinto que impõe severas restrições ao desenvolvimento de microrredes (segundo a Navigant Research): (1) a Europa tem-se centrado na implantação de energias renováveis em grande escala, como a energia eólica offshore, o que requer um investimento maciço em infraestruturas de transmissão; (2) A implantação de recursos energéticos distribuídos (RED) tem-se baseado principalmente em tarifas de alimentação, um modelo de negócio que exclui a principal característica distintiva de uma microrrede, ou seja, o funcionamento em ilha; (3) Os métodos preferidos para fazer face à variabilidade das energias renováveis e aumentar a fiabilidade do abastecimento de energia tendem para o comércio transfronteiriço e não para as 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 das 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 recentemente, o modelo de negócio das microrredes constituía um obstáculo para muitas organizações, tendo em conta os elevados investimentos de capital necessários e os elevados riscos financeiros associados à sua construção e implementação. Atualmente, novos mecanismos de financiamento e de funcionamento estão a reduzir as barreiras para as organizações e comunidades, permitindo que mais microrredes — e, consequentemente, a transição para a energia sustentável — se tornem uma realidade.

Modelo de Funcionamento para um Sistema de Microrrede Inteligente (BABLE, 2021)

Requisitos Legais

Uma vez que não existem regulamentos específicos para as microrredes na União Europeia, é necessário definir, em primeiro lugar, os principais domínios regulamentares das microrredes e estabelecer a ligação entre as diretivas europeias existentes e esses domínios. Os domínios regulamentares relevantes para as microrredes e as diretivas a eles associadas são:

Energias renováveis: considerando as unidades de produção de energia renovável no âmbito da microrrede, incluindo medidas que promovam a integração das energias renováveis, a eficiência energética e a descarbonização.

Regulamentação em matéria de energias renováveis (BABLE, 2021)

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

Regulamentos relativos à ligação à rede (BABLE, 2021)

Autoconsumo e armazenamento de energia: condições para o fornecimento do excedente de produção, possibilidade de utilização de sistemas de armazenamento, etc.

Regulamentos relativos ao autoconsumo e ao armazenamento de energia (BABLE, 2021)

Em suma, o volume de regulamentação diretamente aplicável às microrredes na UE é reduzido, o que também acentua as diferenças entre as regulamentações relativas às microrredes em cada Estado-Membro. No entanto, o impacto de alguns regulamentos, como a Diretiva 2009/28/CE que promove as energias renováveis, é considerável. Para cumprir os objetivos das diretivas europeias no âmbito das microrredes, os Estados-Membros implementaram estratégias baseadas em incentivos económicos. O regime de apoio mais comum na UE baseia-se nas tarifas de alimentação da rede (FIT); no entanto, existem outros incentivos relevantes, tais como prémios de mercado, certificados verdes e concursos públicos tradicionais.

Dados e Normas

Dados e normas para um sistema de microrrede inteligente (BABLE, 2021)