De que serve a energia renovável se não podemos contar com ela?
A integração de fontes de energia renovável pode reduzir as emissões por meio de uma fração maior de energia verde, melhorar a utilização de ativos e adicionar resiliência e confiabilidade à produção de energia. Mas a sociedade precisará de várias fontes para fornecer energia consistente, de alta qualidade e de forma econômica. Exemplos dessas fontes incluem fontes renováveis conhecidas como eólica, solar, fotovoltaica, células de combustível e baterias, tecnologias emergentes como células de combustível de hidrogênio verde de tamanho industrial e usos criativos para veículos elétricos como veículo para o grid (V2G), carregamento solar, e faixas de carregamento na estrada.
Muitos fornecedores de tecnologia de energia afirmam que sua solução é a resposta definitiva para energia renovável. Mas a integração perfeita de todas essas fontes de energia permitirá energia verde prática e generalizada. Além disso, com uma ênfase crescente na maximização de recursos para produzir mais energia com menos insumos, a eficiência é uma medida crítica de desempenho para qualquer forma de produção de energia. Este artigo revisará três caminhos para integração de energia que permitem energia renovável eficiente: alta tensão CC, CA para CC e conversão de CC para CC, seguida pela expansão da infraestrutura de transmissão e distribuição de energia.
Alta Tensão DC (HVDC)
A energia CA de Tesla venceu a abordagem CC de Edison devido aos transformadores CA adicionando a capacidade de modificar a tensão para minimizar (mas não eliminar) a perda de transmissão. Esse recurso tornou a CA ideal para energia distribuída. No entanto, com a mudança para energia renovável – uma fonte de alimentação CC – alguns dos recursos da CA não têm mais vantagem. Além disso, os engenheiros aproveitaram semicondutores avançados e desenvolveram novas abordagens de conversão para tornar a CC uma opção legítima para integrar energia renovável.
Embora a CA permita reduções de tensão para energia distribuída, ela também requer sincronização de fonte para corresponder à frequência das fontes de alimentação. Além disso, o número crescente de dispositivos inteligentes que exigem uma quantidade crescente de energia CC reduz a eficiência geral da energia CA, pois ela deve ser convertida em CC no ponto de uso. Embora a conversão de CA para CC seja relativamente eficiente com > 90% de eficiência possível, mais etapas de conversão significam mais perda geral no total.
À medida que mais dispositivos de energia CC chegam ao mercado, o aumento da tensão pode fornecer energia no estado que a aplicação precisa. E junto com as vantagens de controle, conversão e perda de transmissão aprimorados, o HVDC integra energia renovável de fontes eólica, solar e outras fontes renováveis para melhorar a eficiência energética em grandes distâncias.
Será necessário que os arquitetos e urbanistas que planejam as cidade considerem as cargas de energia da rede com mais veículos elétricoss entrando em operação para atender à demanda por carregamento local de alta tensão. Além disso, aplicações de alta tensão carregam temperaturas mais altas. Como resultado, os engenheiros desenvolveram melhorias tecnológicas como MOSFETs de carbeto de silício (SiC) e IGBTs avançados para suportar a dissipação de calor do carregamento rápido, minimizando a perda de calor para aumentar a eficiência. Como resultado, o HVDC é uma tecnologia de habilitação para carregamento rápido DC de Nível 3, fundamental para aproximar a experiência de “reabastecimento” para os motoristas.
Conversão bi-direcional AC-DC e DC-DC
Conversão AC para DC
Embora a IoT esteja aumentando a popularidade da energia CC, a grande maioria da energia distribuída ainda emprega CA de alta tensão (HVAC). A integração da energia CC renovável com a energia da rede CA existente é crucial para atender à demanda, aumentar a resiliência e reduzir as emissões. Portanto, abrir caminhos para a rede alimentar e extrair de fontes renováveis (e vice-versa) é um objetivo significativo da integração de energia.
Como a energia renovável e os dispositivos eletrônicos são executados em CC, a conversão de CA para CC é fundamental para integrar a energia renovável ao cenário da IoT. Além disso, a CC também é mais eficiente, portanto, desde que a perda de conversão não ultrapasse o ganho de eficiência, a eficiência energética apresenta um resultado líquido positivo com a conversão de CA para CC. Essa tecnologia de integração de energia pode converter energia entre CA e CC para suavizar os picos de demanda e diminuir a saída intermitente de fontes renováveis.
Veículo para o grid (V2G) é outra aplicação altamente disruptiva que melhora a eficiência energética habilitada pela conversão bidirecional AC-DC. Aproveitar a energia da bateria CC dos veículos elétricos para resiliência de energia da rede e compartilhamento de carga é um passo significativo para estender a produção de energia, uma vez que a etapa de conversão é o fator limitante para a eficiência energética.
Conversão DC para DC
DC para DC é fundamental ao integrar energia entre fontes multitensão para veículos elétricos. Um exemplo de aplicação DC-DC é uma arquitetura de bateria para veículo elétrico de dupla tensão (12V e 48V). Os conversores DC-DC bidirecionais podem transferir energia entre as baterias, permitindo capacidades menores com maior eficiência. Além da eficiência aprimorada de tamanhos otimizados, os fabricantes de sistemas podem obter custos mais baixos com confiabilidade aprimorada ao mesmo tempo.
Infraestrutura de transmissão e distribuição
O atraso nas atualizações e melhorias da infraestrutura cria uma fonte oculta significativa de erosão da eficiência energética. Equipamentos legados, locais, comprimentos de transmissão e vias de distribuição influenciam a eficiência com que a energia renovável coletada pode se integrar à energia da rede existente.
Com o aumento da potência de pico criada por mais veículos elétricos descritos acima, simplesmente empurrar mais demanda de energia para a infraestrutura existente levará a sobrecargas e interrupções. Criar e evoluir a infraestrutura existente para maximizar a eficiência de novas fontes de energia renovável e modos de transmissão pode ter um efeito profundo.
Embora seja tentador se apressar para expandir a tecnologia de maior eficiência (que conhecemos hoje), desligamentos e reinicializações da rede acarretam uma perda substancial de eficiência e reduzem a capacidade de resiliência. Em vez disso, a infraestrutura deve otimizar a transmissão e distribuição de diversas fontes de energia para reduzir a demanda de pico, suavizar as intermitências de fontes renováveis e absorver o aumento das cargas do carregamento de veículos elétricos.
Conclusão
O link de maior perda na geração, transmissão, distribuição e aplicação em seu ciclo de vida limita a eficiência energética. HVDC, conversão bidirecional de AC-DC e DC-DC e melhorias na eficiência do endereço de infraestrutura nas três primeiras etapas, enquanto os fabricantes de dispositivos e de uso final abordam a quarta. A integração eficaz das várias fontes de energia melhora a eficiência.
Mas há inúmeros benefícios adicionais na busca da eficiência energética além do benefício crítico para o clima por meio de uma melhor integração de energia. Por exemplo, a redução do custo de energia, o aumento da resiliência e a melhoria da qualidade do ar local resultam da mudança de uma energia de carbono eficiente de ~25 a 30% e em direção a uma estrutura integrada de energia renovável e otimizada.
Artigo escrito por Adam Kimmel e publicado no blog da Mouser Electronics: Power Integration for Renewable Energy Efficiency
Traduzido por Equipe Embarcados. Visite a página da Mouser Electronics no Embarcados
(*) este post foi patrocinado pela Mouser Electronics
