A infraestrutura da rede elétrica como gargalo na transição energética: desafios e soluções
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Publicado em: 25 de agosto de 2025 / Atualizado em: 25 de agosto de 2025 – Autor: Konrad Wolfenstein
A infraestrutura da rede elétrica como gargalo na transição energética: desafios e soluções – Imagem: Xpert.Digital
Rede elétrica no limite: por que a transição energética da Alemanha está estagnada e quais soluções inteligentes podem ajudar agora
### Engarrafamento na rodovia da energia: Milhares de sistemas solares esperando para serem conectados – a transição energética corre o risco de um apagão? ### O truque engenhoso para a rede elétrica: Como a "construção excessiva" economiza bilhões e coloca os parques solares em operação imediatamente ### Sua conta de luz de 2025: Quem se beneficiará das novas regulamentações da rede e quem em breve pagará o preço ### Redes inteligentes em vez de cabos caros: Como a tecnologia digital está revolucionando a expansão da rede e reduzindo custos ###
De Norte a Sul: Por que nossa rede elétrica está se tornando um gargalo e como usinas virtuais podem evitar o colapso
A transição energética na Alemanha avança a um ritmo impressionante com a expansão de usinas solares e eólicas, mas seu sucesso depende de um fio condutor: a infraestrutura obsoleta da rede elétrica. O que antes servia como a espinha dorsal confiável do fornecimento de energia está se tornando cada vez mais o maior gargalo na transformação. O problema fundamental reside na mudança do sistema: de algumas usinas centralizadas de grande porte para milhares de geradores descentralizados e dependentes das condições climáticas. As redes, que foram projetadas para uma via de mão única da usina até o consumidor, não estão preparadas para esse tráfego volátil de mão dupla.
As consequências já são dramáticas: operadoras de rede elétrica como a Bayernwerk relatam solicitações de conexão para energias renováveis superiores a 60 gigawatts, mas não conseguem atendê-las. Em muitos lugares, as redes estão no limite de sua capacidade, o que leva a tempos de espera de cinco a quinze anos para a conexão de novos parques solares. A situação é agravada pela conhecida divisão norte-sul, onde um excedente de eletricidade é criado no norte ventoso, impossibilitando o acesso aos centros industriais do sul. Ruas inteiras já estão sendo declaradas "não mais conectáveis", paralisando o boom solar localmente.
No entanto, este enorme desafio exige mais do que apenas a dispendiosa e demorada construção de novas linhas. Abordagens inovadoras e inteligentes são necessárias para utilizar a infraestrutura existente de forma mais eficiente e moldar o sistema energético do futuro. Estas vão desde redes inteligentes que coordenam a geração e o consumo em tempo real, a centrais elétricas virtuais que combinam milhares de pequenos sistemas num grande enxame, até conceitos inteligentes como a "sobreconstrução" de ligações à rede e a "tomada de alimentação" proativa. Estas soluções prometem não só acelerar a transição energética, como também manter sob controlo os custos crescentes da expansão da rede e, consequentemente, os preços da eletricidade para os consumidores. O texto a seguir destaca os gargalos mais prementes e apresenta as soluções mais promissoras que determinarão o sucesso ou o fracasso da transição energética alemã.
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Por que a infraestrutura da rede é um fator crítico para a expansão das energias renováveis?
A infraestrutura da rede elétrica constitui a espinha dorsal de uma transição energética bem-sucedida e, ao mesmo tempo, representa seu maior gargalo. O problema reside na mudança fundamental no sistema energético: enquanto grandes usinas centralizadas produziam eletricidade de forma previsível, que era então transportada aos consumidores pela rede, hoje predominam as fontes de energia renováveis descentralizadas e voláteis.
Projetos de parques solares de grande porte exigem redes robustas, capazes de lidar com a energia fornecida. No entanto, muitas redes já estão operando no limite e não conseguem acomodar capacidade adicional. A Bayernwerk, por exemplo, relata solicitações de conexões para mais de 60 gigawatts, com muitas operadoras de rede já relatando tempos de espera de 5 a 15 anos para novas conexões.
O desafio é agravado pela divisão norte-sul na Alemanha: no norte, mais eletricidade é gerada por meio da energia eólica do que é consumida, enquanto o sul, com seus centros industriais, requer mais energia do que a produzida localmente. Esse problema se tornará ainda mais pronunciado após a energia nuclear e o planejado fim da energia a carvão.
Quais são os gargalos específicos que existem ao conectar parques solares à rede?
Os problemas práticos associados à conexão de parques solares à rede são complexos e afetam todos os níveis de tensão. No nível de média tensão, onde a maioria dos sistemas fotovoltaicos terrestres entre 10 e 60 MW estão conectados, as redes já são amplamente utilizadas em muitos locais. As redes de alta tensão oferecem capacidade ainda maior, mas exigem a construção dispendiosa de subestações dedicadas.
Um exemplo concreto é a situação em Klettgau, Baden-Württemberg, onde a operadora de rede local EVKR publicou uma lista de ruas onde "é altamente improvável que novos sistemas fotovoltaicos sejam conectados". Esses gargalos na rede significam que mesmo os sistemas solares já instalados não podem ser conectados à rede.
Os planos de expansão da rede das operadoras de sistemas de distribuição mostram que muitas áreas das redes de média e alta tensão são designadas como "regiões de gargalo". Isso leva a tempos de conexão mais longos, com alguns projetos só podendo ser conectados à rede após 2030, pois a infraestrutura da rede local precisa ser expandida primeiro.
Como estão se desenvolvendo as tarifas de rede e qual o impacto disso?
As tarifas de rede, que representam cerca de um quarto do preço da eletricidade, apresentam uma tendência mista. As quatro principais operadoras de sistemas de transmissão anunciaram um aumento médio de 3,4%, para 6,65 centavos de dólar por quilowatt-hora, em 2025. Esse aumento se deve principalmente aos enormes investimentos na expansão da rede.
Ao mesmo tempo, a padronização nacional das tarifas de rede em 2025 levará a uma distribuição mais justa dos custos. Regiões com altos níveis de expansão de energia renovável serão beneficiadas: em Schleswig-Holstein, as tarifas de rede serão reduzidas em 29%, em Mecklemburgo-Pomerânia Ocidental em 29%, em Brandemburgo em 21% e na Baviera em 16%.
Essa redistribuição leva em consideração o fato de que regiões com muitas usinas de energia renovável tiveram, até o momento, que arcar com custos de expansão da rede desproporcionalmente altos. Ao mesmo tempo, as tarifas de rede estão aumentando em regiões com menor participação de energia renovável, particularmente em Baden-Württemberg, Renânia-Palatinado e Renânia do Norte-Vestfália.
O que são redes inteligentes e como elas podem contribuir para a solução?
Redes inteligentes, ou redes elétricas inteligentes, utilizam tecnologias digitais para coordenar a geração, a operação, o armazenamento e o consumo de energia. Ao contrário da rede elétrica tradicional, que operava como uma via de mão única da usina até o consumidor, as redes modernas precisam gerenciar de forma confiável fluxos bidirecionais de energia e alimentações imprevisíveis.
Uma rede inteligente conecta todos os componentes do sistema elétrico — desde painéis solares no telhado até armazenamento de baterias no porão e estações de recarga para veículos elétricos. Com a ajuda de medidores digitais de energia e tecnologias de comunicação modernas, esses sistemas podem responder a mudanças em tempo real e equilibrar a oferta e a demanda de forma otimizada.
Os sistemas de armazenamento de energia em baterias desempenham um papel central como componentes integrais da infraestrutura de rede moderna. Eles estabilizam a rede, equilibrando flutuações de curto prazo, permitem o gerenciamento de congestionamentos e aumentam a flexibilidade do sistema como um todo. O armazenamento de energia intermediária direcionado pode evitar o congestionamento da rede e reduzir a expansão de infraestruturas de rede dispendiosas.
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Qual o papel das usinas virtuais no futuro sistema energético?
Usinas virtuais representam uma solução inovadora para uma melhor integração de energias renováveis. Elas conectam centenas ou milhares de usinas de geração descentralizadas, instalações de armazenamento e consumidores controláveis em uma rede coordenada. Essas usinas de enxame podem produzir, em conjunto, tanta eletricidade quanto grandes usinas convencionais.
O sistema de controle central de uma usina virtual monitora todas as usinas conectadas em tempo real e reage com a máxima rapidez às mudanças na rede elétrica. Se a produção for muito baixa, ele aciona geradores adicionais de energia renovável que podem ser controlados independentemente das condições climáticas, como usinas de biogás ou hidrelétricas. Em caso de superprodução, ele regula a alimentação de acordo.
Usinas elétricas virtuais modernas utilizam gateways de medidores inteligentes para o controle econômico de usinas de pequena escala. Eles não apenas permitem uma melhor integração do sistema de energias renováveis, como também geram valor econômico agregado para os operadores das usinas por meio de marketing otimizado em diversos mercados.
O que é construção excessiva e como ela pode reduzir o congestionamento da rede?
A construção de pontos de conexão à rede representa uma abordagem promissora para um uso mais eficiente da rede. Isso envolve conectar usinas de energia à rede que, coletivamente, podem produzir mais eletricidade do que as linhas são teoricamente capazes de transportar. O ponto-chave é a combinação de usinas de energia, que raramente operam em plena capacidade ao mesmo tempo.
Os sistemas eólico e solar complementam-se perfeitamente: as turbinas eólicas frequentemente geram sua principal produção à noite e no outono ou inverno, enquanto os sistemas solares geram sua principal produção ao meio-dia e no verão. Um estudo da Associação Alemã de Energias Renováveis mostra que, quando operados em conjunto em uma única rede, apenas cerca de 3,5% da energia solar e 1,5% da energia eólica precisam ser cortados.
A Bayernwerk já demonstrou como esse desenvolvimento funciona: um novo sistema fotovoltaico foi instalado próximo a uma turbina eólica existente na mesma conexão à rede. Ambos os sistemas são operados em conjunto, economizando para todas as partes envolvidas e para os consumidores os custos de expansão adicional da rede. O potencial é significativo: somente na rede da Bayernwerk, as 1.000 novas turbinas eólicas planejadas seriam possíveis até 2030, com a construção sobre as conexões fotovoltaicas existentes.
Como funciona o conceito de tomada de alimentação?
A tomada de alimentação representa uma mudança paradigmática no planejamento de conexão à rede. Em vez de a infraestrutura ficar para trás em relação às usinas de energia renovável, capacidade adicional é proativamente fornecida, à qual os desenvolvedores de projetos podem se candidatar.
Utilizando essa abordagem, a Bayernwerk instalou uma conexão à rede na Baixa Baviera, à qual desenvolvedores de usinas de energia renovável poderiam se candidatar. Em 24 horas, quase toda a capacidade foi alocada, apesar da exigência de limitação de 30% nos horários de pico. Isso melhora significativamente a utilização da linha e acelera drasticamente os projetos: desde o início da construção em março até o comissionamento em novembro do mesmo ano.
A LEW Verteilnetz e a Bayernwerk Netz desenvolveram ainda mais seu projeto piloto conjunto "Feed-in Socket", no qual ambas as empresas criam, de forma independente, capacidades de conexão adicionais em suas subestações. A Bayernwerk está planejando uma nova subestação em Niederviehbach, enquanto a LVN está equipando a subestação existente em Balzhausen com um transformador adicional.
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No cerne deste avanço tecnológico está o afastamento deliberado da fixação convencional por grampos, que tem sido o padrão por décadas. O novo sistema de montagem, mais rápido e econômico, aborda essa questão com um conceito fundamentalmente diferente e mais inteligente. Em vez de fixar os módulos em pontos específicos, eles são inseridos em um trilho de suporte contínuo com formato especial e fixados com segurança. Este design garante que todas as forças incidentes — sejam cargas estáticas da neve ou cargas dinâmicas do vento — sejam distribuídas uniformemente por todo o comprimento da estrutura do módulo.
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Qual é o potencial de tornar o sistema energético mais flexível?
A flexibilidade no sistema energético descreve a capacidade de equilibrar as flutuações entre geração e consumo e garantir a estabilidade do fornecimento de energia. Com a meta de 80% de geração de eletricidade renovável até 2030, o sistema energético deve se tornar flexível o suficiente para garantir o fornecimento mesmo com baixa produção noturna de eletricidade.
Essa flexibilidade pode ser proporcionada por vários componentes: armazenamento de eletricidade, cargas controláveis e usinas flexíveis. O potencial de sistemas de pequena escala, como sistemas solares descentralizados, armazenamento em baterias, carros elétricos e bombas de calor, é particularmente promissor. Se a Alemanha tiver milhões de carros elétricos nos próximos anos, 8.000 megawatts de flexibilidade estarão rapidamente disponíveis.
A flexibilidade espacial permite o equilíbrio de flutuações geográficas, por exemplo, no conhecido gargalo norte-sul da Alemanha. A flexibilidade temporal compensa as flutuações sazonais e diárias. Soluções inteligentes de gestão de energia estão se tornando a infraestrutura digital para o setor energético do futuro e permitem a tomada de decisões em tempo real.
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O que o acoplamento setorial significa para a carga da rede?
O acoplamento setorial descreve a interligação dos setores anteriormente separados de eletricidade, aquecimento, transporte e indústria por meio do aumento do uso de eletricidade renovável. Esse desenvolvimento leva a um aumento significativo no consumo de eletricidade e, simultaneamente, altera os perfis de carga na rede.
A Associação Alemã de Energia Renovável (BER) prevê uma demanda adicional de eletricidade proveniente do acoplamento setorial entre 69 e 150 TWh para 2030. Ela vê a maior demanda por eletromobilidade, de até 48 TWh, seguida por bombas de calor, com 41 TWh, produção de hidrogênio, com 37 TWh, e caldeiras elétricas industriais, com 21 TWh.
Este desenvolvimento impõe novos desafios à rede elétrica: quando muitas famílias carregam seus carros elétricos simultaneamente após o trabalho, surgem novos picos de carga. Bombas de calor podem substituir caldeiras a óleo e gás, mas exigem um fornecimento de energia confiável. O controle inteligente desses novos consumidores será crucial para a estabilidade da rede.
Como a expansão da rede com visão de futuro pode resolver os problemas?
A expansão proativa da rede representa uma mudança fundamental de paradigma no planejamento da rede. Em vez de reagir apenas quando instalações concretas são planejadas, a infraestrutura da rede deve ser expandida proativamente para atender às necessidades futuras.
O problema com o sistema atual reside nos diferentes prazos de implementação: usinas de energia renovável podem ser implementadas em cinco meses, enquanto a expansão da rede leva de sete a dez anos. Essa discrepância de prazos leva a problemas significativos na conexão e transmissão de energia renovável.
A Associação de Serviços Públicos Municipais (APM) defende um marco regulatório que permita a expansão da rede elétrica com visão de futuro. Seis condições essenciais devem ser alteradas: a natureza retrospectiva da prática regulatória deve ser superada, o planejamento orçamentário com visão de futuro deve ser introduzido e os obstáculos regulatórios para investimentos proativos devem ser reduzidos.
Um passo importante foi a primeira publicação dos planos de expansão da rede por aproximadamente 80 grandes operadoras de sistemas de distribuição de energia elétrica da Alemanha, em maio de 2024. Esses planos descrevem medidas concretas de expansão planejadas para 2028 e 2033, bem como estimativas das necessidades de expansão até 2045.
Qual o papel da digitalização e da automação?
A digitalização e a automação da rede elétrica são essenciais para a integração bem-sucedida das energias renováveis. Sistemas de automação modernos permitem o monitoramento e a otimização dos fluxos de energia em tempo real. A automação baseada na demanda é particularmente necessária em redes de baixa e média tensão, onde mais de 90% das energias renováveis estão conectadas.
Gêmeos digitais de redes de distribuição criam uma fonte única e confiável de informações para operadores de rede, combinando diversas fontes de dados, como medidores inteligentes, SIG, ERP e sistemas SCADA. Esses modelos computacionais de rede podem responder dinamicamente a eventos como mudanças nas condições climáticas ou nas cargas.
No futuro, soluções de software para previsões de condições da rede elétrica utilizando inteligência artificial operarão com base em modelos de rede alimentados por dados em tempo real, com perfis de carga personalizados. Programas de apoio à decisão podem recomendar medidas com base nos gargalos identificados e seus horizontes temporais.
O estudo da VDE sobre alta automação mostra que a operação ativa da rede permite que mais sistemas fotovoltaicos e veículos elétricos sejam integrados à rede com mais rapidez, pois o fluxo de energia pode ser influenciado conforme necessário. A automação também permite a restauração automática de energia em caso de interrupções e uma melhor utilização da capacidade da rede existente.
Qual é o impacto econômico dessas soluções?
O impacto econômico das diversas soluções é significativo, afetando tanto os custos quanto a eficiência do sistema como um todo. De acordo com um estudo do Instituto de Economia de Energia, a sobreposição de conexões de rede com energia fotovoltaica e eólica pode reduzir os custos de expansão da rede em até € 1,8 bilhão anualmente.
Embora mais usinas tenham que ser desativadas durante o desenvolvimento, a economia nos custos de expansão da rede excederia os custos da eletricidade desativada em € 800 milhões. Esse ganho líquido de eficiência é gerado por investimentos significativamente menores em nova infraestrutura de rede, com custos de desativação apenas ligeiramente maiores.
O investimento necessário para a expansão da rede elétrica europeia até 2050 é estimado entre 1994 e 2294 bilhões de euros. Segundo diversos estudos, serão necessários, em média, 350 bilhões de euros para a expansão da rede de distribuição somente na Alemanha até 2045. Essas quantias enormes reforçam a necessidade de soluções eficientes.
Ao mesmo tempo, a melhoria na utilização da rede elétrica leva a custos específicos mais baixos: quanto mais eletricidade é transportada pelas redes, mais uniformemente são distribuídos os custos da rede por quilowatt-hora. A combinação de desenvolvimento urbano, redes inteligentes e armazenamento favorável à rede elétrica pode tornar o sistema mais eficiente e reduzir os custos gerais da transição energética.
Como as políticas e regulamentações podem apoiar a transformação?
O arcabouço político e regulatório é crucial para o sucesso da expansão da infraestrutura da rede. A "Lei de Emenda à Lei do Setor Energético", aprovada em janeiro de 2025, já estabeleceu bases importantes ao criar a base legal para a expansão da rede.
Com a alteração da Seção 8 da Lei de Fontes de Energia Renovável, as usinas de EEG agora podem ser conectadas a um ponto de conexão à rede já utilizado por outra usina de EEG. A nova Seção 8a da EEG também permite contratos flexíveis de conexão à rede, necessários para a implementação prática do agrupamento de cabos.
Acelerar os procedimentos de planejamento e aprovação é outro fator crucial. Os operadores da rede elétrica estão exigindo mais decisões administrativas em um prazo mais curto, visto que 12 turbinas eólicas teriam que ser construídas e integradas à rede todos os dias para atingir as metas climáticas. Para isso, as autoridades de planejamento e aprovação, bem como os tribunais, precisam ter mais pessoal e recursos.
A prioridade legal dada às energias renováveis na Lei de Fontes de Energia Renovável de 2023 também significa prioridade para a expansão da rede de distribuição. É preciso aproveitar as sinergias nas avaliações de conservação da natureza, permitir o paralelismo no processo de aprovação e congelar o status das leis existentes desde o início dos procedimentos.
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Quais inovações tecnológicas moldarão o futuro?
Diversas inovações técnicas moldarão significativamente o futuro da infraestrutura de rede. Linhas de transmissão de corrente contínua de alta tensão permitem o transporte de grandes quantidades de eletricidade por longas distâncias com baixas perdas e são particularmente relevantes para a divisão norte-sul da Alemanha.
As tecnologias Power-to-X abrem novas possibilidades para o acoplamento setorial: a tecnologia Power-to-Heat pode usar eletricidade para gerar calor, enquanto a tecnologia Power-to-Gas permite a conversão de eletricidade em hidrogênio. Essas tecnologias podem servir tanto como opções de flexibilidade quanto como soluções de armazenamento de longo prazo.
A tecnologia inteligente de medição e controle se tornará a base para todas as outras inovações. Gateways de medidores inteligentes permitem o controle econômico de pequenos sistemas e a integração de residências em usinas elétricas virtuais. A ampla introdução dessa tecnologia é um pré-requisito para a digitalização completa do sistema energético.
Inteligência artificial e aprendizado de máquina estão sendo cada vez mais utilizados para previsão de condições da rede, previsão de carga e tomada de decisões automatizada. Essas tecnologias permitem gerenciar a complexidade do futuro sistema energético e controlá-lo de forma otimizada.
Quais desafios ainda existem?
Apesar das soluções promissoras, ainda existem desafios significativos. A velocidade da expansão da rede elétrica necessária apresenta enormes desafios para todos os envolvidos: os investimentos planejados na rede elétrica devem ser aumentados do nível anual atual de aproximadamente € 36 bilhões para mais de € 70 bilhões.
A escassez de mão de obra qualificada no setor energético agrava ainda mais a situação. Ao mesmo tempo, gargalos no fornecimento de transformadores, cabos e outros componentes da rede elétrica estão levando a novos atrasos. Esses gargalos na cadeia de suprimentos podem atrasar toda a expansão da rede, independentemente dos recursos financeiros disponíveis.
A coordenação entre os diversos atores — operadores do sistema de transmissão, operadores do sistema de distribuição, geradores e consumidores — continua complexa. Qualquer atraso em um componente do sistema pode impactar todo o sistema.
O arcabouço regulatório precisa ser continuamente adaptado à medida que as tecnologias e as condições de mercado evoluem rapidamente. O que é considerado ótimo hoje pode se tornar obsoleto em poucos anos. Equilibrar a regulamentação necessária com a flexibilidade suficiente para a inovação continua sendo um desafio.
A aceitação pública da expansão massiva da infraestrutura da rede elétrica deve continuar a ser garantida. A participação dos cidadãos e a comunicação transparente são cruciais para a conclusão bem-sucedida dos projetos de expansão da rede.
A infraestrutura da rede elétrica está no centro da transição energética e determina significativamente o seu sucesso. Abordagens inovadoras, como superconstrução, redes inteligentes, usinas virtuais e planejamento prospectivo, podem superar os gargalos existentes. Uma combinação de inovações técnicas, ajustes regulatórios e investimentos significativos será necessária para tornar a rede elétrica adequada para o futuro. Somente dessa forma será possível explorar todo o potencial das energias renováveis e atingir as metas climáticas.
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