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A nossa rede elétrica funciona a uma frequência de 50 hertz – geralmente gerada por turbinas, por exemplo em centrais hidroelétricas ou a carvão, que giram a uma velocidade de 50 rotações por segundo. “Quando um consumidor usa mais energia elétrica da rede elétrica, a frequência da rede cai ligeiramente antes que um aumento na alimentação de energia restabeleça a frequência original”, explica Benjamin Schaefer, do Instituto Max Planck de Dinâmica e Auto-Organização (MPIDS). em Goettingen e principal autor do estudo. “Os desvios do valor nominal de 50 hertz devem ser reduzidos ao mínimo, caso contrário, dispositivos elétricos sensíveis podem ser danificados.”
A geração de energia renovável também causa flutuações na frequência da rede porque o vento nem sempre sopra na mesma velocidade e as nuvens alteram constantemente a alimentação dos sistemas fotovoltaicos. Uma sugestão frequente para a integração de geradores de energia renovável na rede elétrica envolve a divisão da rede em pequenas células autónomas conhecidas como microrredes. Isto permitiria que uma comunidade com uma unidade combinada de calor e energia e os seus próprios geradores eólicos e fotovoltaicos, por exemplo, operasse os seus sistemas de energia de forma autónoma.
Mas que impacto teria esta divisão em pequenas células e geradores renováveis adicionais na rede eléctrica? Para responder a esta questão, os cientistas do Forschungszentrum Juelich e do MPIDS analisaram as flutuações da frequência da rede nas redes eléctricas em diferentes regiões do mundo – e, utilizando modelos matemáticos, previram potenciais vulnerabilidades e as suas causas.
Duas surpresas em uma análise
Em primeiro lugar, recolheram medições da Europa, Japão e EUA. Depois, analisaram sistematicamente os dados e foram surpreendidos por dois motivos. “A primeira surpresa foi que a rede apresentava flutuações particularmente fortes a cada 15 minutos”, diz Dirk Witthaut, do Instituto de Pesquisa Energética e Climática de Juelich e do Instituto de Física Teórica da Universidade de Colônia. “Este é o período exacto durante o qual os produtores do mercado eléctrico europeu chegam a acordo sobre uma nova distribuição da electricidade gerada – isto altera a quantidade de electricidade que é alimentada na rede e onde. Pelo menos na Europa, o comércio de energia desempenha, portanto, um papel fundamental no equilíbrio das flutuações de frequência da rede.”
A segunda surpresa foi que as flutuações da grelha estatística em torno do valor nominal de 50 hertz não seguem a distribuição gaussiana esperada, que é uma distribuição simétrica em torno de um valor esperado. Em vez disso, são prováveis flutuações mais extremas. Utilizando modelos matemáticos, os cientistas calcularam as flutuações esperadas dependendo do tamanho da rede e estimaram o grau em que as flutuações dependiam das energias renováveis.
A negociação de energia como fator chave
Uma comparação das regiões investigadas mostrou que uma grande proporção de energias renováveis levou, de facto, a maiores flutuações na rede. “Por exemplo, a proporção da geração eólica e solar no Reino Unido é muito maior do que nos EUA, levando a maiores flutuações na frequência da rede”, explica Dirk Witthaut. Para uma maior quota de energias renováveis, os cientistas recomendam, portanto, um maior investimento num ajuste inteligente do gerador e do consumidor de acordo com a frequência da rede – conhecido como controlo primário e controlo da procura.
Uma das descobertas mais interessantes do estudo, no entanto, é que a flutuação da frequência da rede causada pela comercialização de energia pareceu ser mais significativa do que a flutuação causada pela alimentação renovável.
Os cientistas também descobriram que pequenas redes elétricas apresentam flutuações maiores. “O nosso estudo indica que a divisão de redes grandes e, portanto, muito lentas – como a rede síncrona da Europa Continental – em microrredes causará maiores flutuações de frequência”, diz Benjamin Schaefer. “Tecnicamente, as microrredes são, portanto, apenas uma opção se os padrões de frequência muito rigorosos de hoje forem relaxados.”
Referência: “Flutuações de frequência da rede elétrica não gaussianas caracterizadas por leis estáveis de Lévy e superestatísticas” por Benjamin Schäfer, Christian Beck, Kazuyuki Aihara, Dirk Witthaut e Marc Timme, 8 de janeiro de 2018, Energia da Natureza.
DOI: 10.1038/s41560-017-0058-z