Microrredes: o que são, como funcionam e suas características

Nos últimos anos, as microrredes ganharam cada vez mais atenção graças à sua capacidade de garantir um fornecimento de energia eficiente, sustentável e confiável. Uma microrrede, ou microrrede, é uma rede elétrica local capaz de produzir, distribuir e acumular energia para alimentar uma área circunscrita, mesmo de forma autônoma em relação à rede principal.

Trata-se de uma rede elétrica de dimensões reduzidas que conecta usuários finais a uma fonte de energia local. É dotada de sistemas de armazenamento que permitem acumular a energia produzida e torná-la disponível quando necessário.

Microrredes e comunidades energéticas são dois conceitos diferentes, embora estejam interligados. Graças a essas tecnologias, os membros das comunidades energéticas podem monitorar em tempo real os consumos, a produção e a distribuição da energia. Para realizar um estudo de viabilidade de uma comunidade energética renovável, você pode utilizar o software fotovoltaico que permite inserir os vários produtores e consumidores da CER (Comunidades Energéticas Renováveis) e calcular os incentivos obtidos pela Comunidade.

O que é uma microrrede?

Uma microrrede ou microrrede é uma rede elétrica autônoma que permite gerar eletricidade de forma independente, localizada e utilizá-la quando é mais necessária. Sua característica principal é a autonomia, pois pode operar independentemente da rede pública, tanto de forma temporária quanto contínua. Além disso, é concebida para servir uma área circunscrita, como um único edifício ou um complexo de estruturas, assegurando uma gestão otimizada da energia.

Trata-se de um sistema de distribuição local em baixa escala formado por geradores e cargas, que pode ter dois tipos de funcionamento: autônomo (isolado), ou seja, totalmente separado do sistema de distribuição principal, ou não autônomo, ou seja, não conectado a ele.

Quais são os componentes principais de uma microrrede?

Um sistema de microrrede é composto por várias partes-chave que trabalham juntas para gerar energia:

• fontes de geração de energia (geração local): é a fonte da qual provém a eletricidade, em quantidade suficiente para atender à demanda da área servida. Em muitas microrredes, a fonte primária de energia são os painéis solares, mas também podem ser utilizadas outras fontes, como turbinas eólicas, geradores a diesel ou pequenas usinas hidrelétricas;
• sistema de armazenamento de energia: sem o qual uma microrrede não seria confiável. Ele armazena energia durante os períodos de alta produção e a libera quando a demanda é alta ou quando a produção é baixa;
• rede de distribuição: representa o conjunto de cabos, transformadores e interruptores que transportam a eletricidade da fonte para os consumidores. Em uma microrrede, o sistema de distribuição é menor e localizado, o que o torna mais rápido e fácil de gerenciar;
• sistema de controle: permite a gestão do fluxo de energia, se utilizar a energia solar, se recorrer às baterias ou se passar a fontes de reserva, dependendo da situação;
• cargas: representam o conjunto de dispositivos e/ou locais que utilizam a eletricidade. Em uma microrrede solar, as cargas podem incluir residências, escolas, hospitais, lojas ou indústrias.

Componentes de uma microrrede

Como funciona uma microrrede?

As redes elétricas tradicionais transportam a energia das centrais de produção até as residências e edifícios através de uma infraestrutura de cabos subterrâneos ou linhas aéreas em longas distâncias. As microrredes operam seguindo um princípio semelhante, mas em uma escala menor e descentralizada, conectando fontes de energia distribuída, como geradores, instalações de fontes renováveis (por exemplo, painéis solares) e sistemas de armazenamento, diretamente aos usuários locais, que podem incluir residências, comunidades, empresas e indústrias situadas nas proximidades.

Uma característica distintiva das microrredes é sua capacidade de operar autonomamente em relação à rede elétrica principal, garantindo continuidade de serviço mesmo em caso de desconexão. A gestão desses sistemas ocorre por meio de tecnologias avançadas, capazes de regular dinamicamente o fornecimento e a produção de energia com base na demanda. Além disso, as microrredes incluem toda a infraestrutura de hardware necessária para a distribuição eficiente da energia autoproduzida, tornando-as uma solução versátil e resiliente para a gestão da energia local.

O esquema de funcionamento de uma microrrede se articula em 5 fases:

1. geração de eletricidade: sem a produção de eletricidade, o sistema não pode funcionar. Isso ocorre frequentemente graças aos painéis solares que, capturando a luz solar que os atinge, criam corrente elétrica; pode-se pensar, por exemplo, em instalações fotovoltaicas conectadas à rede;
2. fornecimento de energia aos usuários: uma vez produzida a energia, é necessário distribuí-la de forma segura a todos os usuários. Isso é possibilitado por linhas de distribuição locais dentro da microrrede, que se conectam a residências, escritórios, hospitais e outros locais, dependendo de onde a microrrede está instalada;
3. armazenamento de energia extra: a energia gerada em excesso não é desperdiçada, mas armazenada para uso posterior, para que esteja disponível em função da variação da demanda de energia. Isso é possibilitado pela presença de baterias de armazenamento;
4. utilização da energia armazenada: a energia armazenada nas baterias de armazenamento torna-se uma fonte de alimentação de reserva utilizável a qualquer momento;
5. controle do sistema: a gestão de uma microrrede está sempre sob controle graças a um dispositivo chamado controlador de microrrede. Ele monitora constantemente a produção, o armazenamento e o uso da eletricidade.

Sistemas de controle e gestão energética das microrredes

Uma microrrede é composta por uma série de dispositivos como fotovoltaicos, baterias de armazenamento e outros sistemas, por isso é importante que possua um adequado sistema de controle e gestão energética. Este tem o objetivo de monitorar o estado operacional e as condições de saúde dos sistemas fotovoltaicos, de armazenamento de energia e de outros sistemas da microrrede, funcionando como um sistema de gestão completo que integra monitoramento e gestão energética.

Este sistema visa à otimização econômica baseada em segurança e estabilidade, promovendo:

• o uso de energias renováveis;
• a redução dos picos de potência;
• o nivelamento da carga;
• o aprimoramento da estabilidade operacional da rede e da eficiência operacional dos equipamentos;
• a redução dos custos de fornecimento de energia.

Vantagens das microrredes para os usuários e para a rede

As microrredes oferecem numerosos benefícios ao sistema elétrico, melhorando a eficiência do fornecimento e otimizando o uso dos recursos energéticos. Graças à sua capacidade de alimentar um conjunto de usuários, garantem um fornecimento mais confiável e personalizado de acordo com as necessidades dos consumidores. Além disso, reduzem os custos de aquisição de energia, pois a energia é comprada da rede principal apenas quando a produção local não é suficiente para atender à demanda.

Um aspecto chave é a possibilidade de redistribuir a energia em excesso, contribuindo para reduzir os desperdícios e melhorar a eficiência geral do sistema.

O impacto das microrredes é particularmente relevante em áreas com infraestruturas de distribuição limitadas ou onde os custos de transmissão de energia são elevados. A criação de redes compostas por várias microrredes permite a realização de sistemas energéticos independentes da rede central, aumentando a autossuficiência e a resiliência do sistema, desde que seja garantido um alto nível de confiabilidade operacional.

Uma das vantagens mais significativas se manifesta em caso de falhas na rede pública: uma microrrede, se equipada com recursos energéticos renováveis adequados e sistemas de armazenamento, pode continuar a fornecer energia aos usuários mesmo em modo isolado, assegurando assim uma maior continuidade do serviço e melhorando a confiabilidade geral do sistema elétrico.

Os benefícios das microrredes não se limitam apenas aos usuários finais, mas se estendem também aos gestores e distribuidores de energia, criando novas oportunidades no setor. Especificamente:

• desenvolvimento de novos mercados para o projeto, realização e gestão de microrredes;
• melhoria da regulação da tensão, reduzindo o risco de anomalias na distribuição;
• abertura de novas oportunidades de mercado na fornecimento de combustíveis e recursos energéticos para a geração distribuída.

Portanto, resumindo, podemos dividir os benefícios em:

• termos econômicos:
  • redução dos custos/tarifas para os consumidores finais;
  • aumento da receita para as micro gerações.
• termos técnicos:
  • redução das perdas de energia;
  • redução das variações de tensão;
  • redução dos picos de potência nas cargas;
  • melhoria da confiabilidade.
• termos ambientais e sociais:
  • tendência para o uso de combustíveis renováveis de baixo teor de emissão utilizados por micro gerações internas à microrrede;
  • adoção de tecnologias energéticas mais eficientes, como a cogeração;
  • sensibilização dos cidadãos para promover e incentivar a economia de energia e, portanto, a redução das emissões;
  • criação de novas pesquisas e oportunidades de trabalho;
  • fornecer um paradigma adequado para a eletrificação de áreas rurais ou subdesenvolvidas.

Aplicações das microrredes: onde e quando utilizá-las

As microrredes são muito utilizadas em áreas caracterizadas por baixa estabilidade da rede, onde eventos meteorológicos extremos, infraestruturas obsoletas ou sobrecargas podem causar frequentes interrupções de serviço. Além disso, elas atendem a muitos setores, como:

• indústrias, instalações de produção como parques industriais, operações de mineração e campos de petróleo remotos dependem de microrredes. Essas soluções fornecem uma alimentação elétrica constante e ininterrupta. Podem reduzir significativamente os custos de interrupção da alimentação industrial. Fornecem backup crítico em ambientes operacionais desafiadores;
• saúde, as microrredes garantem zero interrupções de energia em hospitais, protegendo os equipamentos médicos vitais e os serviços de assistência aos pacientes e assegurando que as infraestruturas médicas críticas permaneçam operacionais durante emergências;
• data centers, aproveitam soluções solares e de armazenamento para reduzir os custos energéticos, melhorar a sustentabilidade e responder adequadamente ao seu consumo energético global, que está aumentando cada vez mais;
• áreas remotas, comunidades isoladas sem acesso à rede tradicional podem obter eletricidade confiável através das tecnologias das microrredes. Milhões de pessoas em todo o mundo não têm acesso à eletricidade e as microrredes oferecem uma solução sustentável;
• estações de recarga para veículos elétricos, as microrredes otimizam a distribuição de energia, criando redes de recarga eficientes, otimizadas e sustentáveis. Com as vendas globais de veículos elétricos previstas para aumentar, as microrredes podem apoiar o rápido desenvolvimento das infraestruturas de recarga.

Exemplos de microrredes na Itália

Na Itália, as microrredes estão emergindo como soluções inovadoras para a gestão eficiente e sustentável da energia. Aqui estão alguns exemplos:

• campus universitário de Savona: neste campus foi realizada uma microrrede energética avançada que integra diversas tecnologias, incluindo a internet das Coisas, Big Data Analytics, aprendizado de máquina e automação. O objetivo é desenvolver e validar tecnologias habilitadoras para garantir a resiliência e a confiabilidade dos sistemas energéticos;
• ilhas de Lampedusa e Favignana: essas ilhas participam do projeto Blorin, que utiliza uma plataforma baseada em tecnologia blockchain para criar comunidades inteligentes. A plataforma promove a difusão das energias renováveis e gerencia as trocas energéticas entre os prosumidores locais, favorecendo a criação de comunidades solares inteligentes;
• Serrenti, Sardenha: o Município de Serrenti iniciou projetos para a realização de uma microrrede inteligente que distribui energia verde de instalações fotovoltaicas através de microrredes entre edifícios públicos. Essa abordagem visa melhorar a eficiência energética e promover o uso de fontes renováveis a nível municipal;
• sede da Siemens em Milão: a Siemens implementou uma microrrede integrada em sua sede em Milão, composta por geradores fotovoltaicos, sistemas de armazenamento, instalações de climatização e pontos de recarga para veículos elétricos. Tudo é gerido por softwares avançados em nuvem para a gestão de edifícios inteligentes, contribuindo para o objetivo da empresa de reduzir as emissões de CO₂;
• Sardegna Ricerche: a agência regional está estudando a produção de biometano e hidrogênio verde, gerenciando a energia produzida através de microrredes. O objetivo é criar um modelo replicável para pequenas e médias empresas e municípios, promovendo a transição energética sustentável.

Esses exemplos destacam o compromisso da Itália no desenvolvimento e na implementação de microrredes para melhorar a eficiência energética, promover o uso de fontes renováveis e garantir uma maior resiliência das redes elétricas locais.

Microrredes e smart grid: diferenças

A smart grid, ou rede inteligente, é um sistema avançado de redes elétricas e tecnologias que permite monitorar e gerenciar de forma eficiente e segura a distribuição da energia elétrica, conectando as fontes de produção com os usuários das comunidades energéticas.

As smart grids são projetadas para otimizar a eficiência, aumentar a segurança e a confiabilidade do sistema elétrico, reduzir os custos e o impacto ambiental, apoiando assim a transição para um futuro energético mais sustentável e resiliente.

As microrredes, por outro lado, são redes locais dedicadas à produção e distribuição de energia, capazes de operar de forma autônoma se isoladas da rede elétrica principal, como no caso de um blackout. Essas pequenas redes podem funcionar tanto em modo ilha quanto conectadas ao sistema elétrico nacional, fornecendo energia a grupos de usuários locais, como hospitais, condomínios, empresas ou residências, através de fontes de energia renovável como usinas fotovoltaicas.

Frequentemente, as microrredes são equipadas com sistemas de armazenamento, como baterias, que permitem armazenar a energia produzida e torná-la disponível para os membros da comunidade energética. Essa capacidade de armazenamento distingue claramente as microrredes das smart grids.

Microrredes alimentadas por energia solar: integração com as energias renováveis

Uma microrrede baseada em energia solar utiliza painéis fotovoltaicos para converter a radiação solar em energia elétrica, que pode ser distribuída aos usuários locais ou armazenada em sistemas de armazenamento para uso posterior. Essa integração permite otimizar o autoconsumo e melhorar a eficiência geral do sistema energético.

Um exemplo concreto é representado pela ABB, multinacional de eletrotécnica com várias instalações também na Itália. Nos sites de Santa Palomba (Roma) e Frosinone, a adoção de soluções baseadas em microrredes permitiu integrar de forma eficaz a produção de fonte solar, reduzindo os consumos energéticos totais.

Graças a essas soluções, as instalações registraram uma redução dos consumos de 25%, valorizando a energia solar como fonte primária e melhorando a eficiência e a sustentabilidade do sistema energético.

Desafios das microrredes e perspectivas futuras

Hoje, a realização de uma microrrede ainda envolve alguns desafios:

• custos de investimento inicial, que incluem a compra de equipamentos de geração, sistemas de armazenamento e sistemas de controle inteligentes. O custo inicial pode representar um ônus financeiro significativo para algumas comunidades ou empresas, embora a operação a longo prazo possa gerar benefícios;
• problemas de integração e padronização tecnológica, uma vez que as microrredes combinam diferentes soluções, como energia solar, eólica, sistemas de armazenamento e plataformas de gestão inteligente; garantir a plena compatibilidade e interoperabilidade entre essas tecnologias representa um desafio técnico, também devido à falta de padrões e protocolos compartilhados;
• quadro regulatório em evolução, uma vez que a regulamentação energética foi desenvolvida principalmente para redes elétricas tradicionais e apenas recentemente está se adaptando a modelos descentralizados como as microrredes. Como resultado, alguns aspectos relacionados à sua implementação, gestão e integração ainda não estão completamente definidos.

As microrredes estão transformando o panorama do abastecimento energético. Não apenas melhoram a eficiência energética e reduzem os custos, mas também aumentam significativamente a confiabilidade e a resiliência dos sistemas de alimentação.

Embora sejam geralmente projetadas para áreas de pequeno porte ou grupos de usuários específicos, esse modelo de fornecimento elétrico em pequena escala pode não atender às necessidades de regiões ou comunidades maiores e, portanto, a escalabilidade e a sustentabilidade das microrredes permanecem questões que necessitam de mais aprofundamento.

FAQ Microrredes

O que é uma microrrede?

Uma microrrede, ou microrrede, é uma rede elétrica local em pequena escala que permite produzir, distribuir e gerenciar energia para alimentar uma área específica, mesmo de forma autônoma em relação à rede elétrica principal.

Como funciona uma microrrede?

Uma microrrede gera energia por meio de fontes locais (como a fotovoltaica), a distribui aos usuários através de uma rede interna e, se presente, a armazena em sistemas de armazenamento para utilizá-la quando necessário. Tudo isso é gerido por um sistema de controle que regula a produção, consumo e distribuição.

Quais são os componentes principais de uma microrrede?

Uma microrrede é composta por:

• fontes de geração de energia (ex. usinas fotovoltaicas ou eólicas);
• sistemas de armazenamento (como as baterias);
• rede de distribuição local;
• sistema de controle;
• cargas, ou seja, os usuários finais que consomem energia.

Uma microrrede pode funcionar sem estar conectada à rede elétrica?

Sim, uma microrrede pode operar em modo isolado, continuando a fornecer energia mesmo em caso de desconexão da rede principal, por exemplo, durante um apagão.

Quais vantagens as microrredes oferecem?

As microrredes permitem:

• melhorar a confiabilidade do fornecimento de energia;
• reduzir os custos de aquisição;
• otimizar o uso dos recursos energéticos;
• aumentar a autossuficiência e a resiliência do sistema;
• favorecer o uso de fontes renováveis.

Onde são utilizadas as microrredes?

As microrredes encontram aplicação em diversos contextos, incluindo:

• indústrias e instalações produtivas;
• hospitais e estruturas de saúde;
• centros de dados;
• áreas remotas não conectadas à rede tradicional;
• infraestruturas para recarga de veículos elétricos.

Qual é a diferença entre microrrede e smart grid?

As microrredes são redes locais que produzem e distribuem energia em nível circunscrito e podem operar de forma autônoma. As smart grids, por outro lado, são sistemas mais amplos que utilizam tecnologias avançadas para monitorar e gerenciar de forma eficiente toda a rede elétrica.

Quais são os principais desafios das microrredes?

As principais críticas dizem respeito a:

• os custos iniciais de investimento;
• a complexidade de integração entre diferentes tecnologias;
• a falta de padrões e referências normativas específicas.

As microrredes são uma solução sustentável?

Sim, as microrredes favorecem o uso de energias renováveis, melhoram a eficiência energética e contribuem para a redução das emissões, apoiando a transição para sistemas energéticos mais sustentáveis.