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 usinas solares aguardam conexão – a transição energética está à beira de um apagão? ### O truque genial para a rede elétrica: Como a "superdimensionamento" economiza bilhões e conecta parques solares à rede imediatamente ### Sua conta de luz em 2025: Quem se beneficia das novas regulamentações da rede e quem em breve pagará mais? ### 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 as usinas virtuais podem evitar o colapso
A transição energética da Alemanha está progredindo em um ritmo impressionante com a expansão de usinas de energia solar e eólica, mas seu sucesso está por um fio: 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 da transformação. O problema fundamental reside na mudança do sistema: de algumas poucas grandes usinas centralizadas para milhares de geradores descentralizados e dependentes das condições climáticas. As redes, projetadas para um fluxo unidirecional da usina para o consumidor, não estão preparadas para esse tráfego bidirecional volátil.
As consequências já são dramáticas: operadoras de rede como a Bayernwerk relatam pedidos de conexão para projetos de energia renovável totalizando mais de 60 gigawatts, mas não conseguem atendê-los. Em muitos lugares, as redes estão operando em sua capacidade máxima, resultando em 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 o excedente de eletricidade gerado no norte, região com ventos fortes, não chega aos centros industriais do sul. Ruas inteiras já estão sendo declaradas "inadequadas para conexão", paralisando o crescimento da energia solar em algumas regiões.
Este enorme desafio, contudo, exige mais do que apenas a construção dispendiosa e demorada de novas linhas de transmissão. São necessárias abordagens inovadoras e inteligentes para utilizar a infraestrutura existente de forma mais eficiente e moldar o sistema energético do futuro. Estas abordagens variam desde redes inteligentes que coordenam a geração e o consumo em tempo real, até centrais elétricas virtuais que combinam milhares de pequenas instalações num grande enxame, passando por conceitos engenhosos como a "sobreposição" de ligações à rede e a "conexão de alimentação" proativa. Estas soluções prometem não só acelerar a transição energética, como também controlar os custos crescentes da expansão da rede e, consequentemente, os preços da eletricidade para os consumidores. O texto seguinte destaca os principais obstáculos e apresenta as soluções mais promissoras que determinarão o sucesso ou o fracasso da transição energética da Alemanha.
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Por que a infraestrutura da rede elétrica 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, simultaneamente, representa o seu maior obstáculo. O problema reside na mudança fundamental do sistema energético: enquanto anteriormente grandes centrais elétricas centralizadas produziam eletricidade de forma previsível, que era então transportada para os consumidores através da rede, hoje as fontes de energia renováveis, descentralizadas e voláteis, dominam o mercado.
Projetos de parques solares de grande escala exigem redes elétricas robustas, capazes de suportar a sua capacidade de injeção na rede. No entanto, muitas redes já operam no limite da sua capacidade e não conseguem acomodar qualquer aumento de energia. A Bayernwerk, por exemplo, regista pedidos de ligação para mais de 60 gigawatts, com muitos operadores de rede a relatarem tempos de espera de 5 a 15 anos para novas ligações.
O desafio é agravado pela divisão norte-sul na Alemanha: no norte, a geração de energia eólica supera o consumo de eletricidade, enquanto o sul, com seus centros industriais, demanda mais energia do que produz localmente. Esse problema se tornará ainda mais evidente após a desativação da energia nuclear e a planejada eliminação gradual do carvão.
Quais são os principais obstáculos que impedem a conexão de parques solares à rede elétrica?
Os problemas práticos associados à conexão de parques solares à rede elétrica são multifacetados e afetam todos os níveis de tensão. No nível de média tensão, onde a maioria dos sistemas fotovoltaicos instalados no solo, entre 10 e 60 MW, estão conectados, as redes já estão bastante sobrecarregadas em muitos locais. As redes de alta tensão oferecem ainda mais capacidade, mas exigem a construção dispendiosa de subestações dedicadas.
Um exemplo concreto é a situação em Klettgau, Baden-Württemberg, onde a operadora da rede elétrica local, EVKR, publicou uma lista de ruas onde "é altamente improvável que novos sistemas fotovoltaicos" possam ser conectados. Esses gargalos na rede impedem a conexão de sistemas solares já instalados.
Os planos de expansão da rede de distribuição mostram que muitas áreas das redes de média e alta tensão são designadas como "regiões de gargalo". Isso leva a períodos de conexão cada vez mais longos, com alguns projetos não podendo ser conectados à rede antes de 2030, pois a infraestrutura local da rede precisa ser expandida primeiro.
Como estão evoluindo as tarifas de rede e quais são os seus efeitos?
As tarifas de rede, que representam cerca de um quarto do preço da eletricidade, apresentam uma evolução diferenciada. Os quatro principais operadores de sistemas de transmissão anunciaram um aumento médio de 3,4%, para 6,65 centavos de dólar por quilowatt-hora em 2025. Esse aumento resulta principalmente dos 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 alto nível de expansão de energia renovável se beneficiarão: as tarifas de rede diminuirão 29% em Schleswig-Holstein, 29% em Mecklemburgo-Pomerânia Ocidental, 21% em Brandemburgo e 16% na Baviera.
Essa redistribuição leva em consideração o fato de que regiões com muitas usinas de energia renovável tiveram que arcar anteriormente com custos de expansão da rede desproporcionalmente altos. Ao mesmo tempo, as tarifas de rede estão aumentando em regiões com menor participação de energias renováveis, particularmente em Baden-Württemberg, Renânia-Palatinado e Renânia do Norte-Vestfália.
O que são redes inteligentes e como podem contribuir para a solução?
As redes inteligentes, ou redes elétricas inteligentes, utilizam tecnologias digitais para coordenar a geração, a operação, o armazenamento e o consumo de eletricidade. Ao contrário das redes elétricas tradicionais, que funcionavam como uma via de mão única da usina para o consumidor, as redes modernas precisam gerenciar de forma confiável fluxos de energia bidirecionais, bem como injeções imprevisíveis de energia na rede.
Uma rede inteligente interliga todos os componentes do sistema elétrico – desde os painéis solares no telhado até o armazenamento de baterias no subsolo e as estações de carregamento para veículos elétricos. Utilizando medidores de eletricidade digitais e tecnologias de comunicação modernas, esses sistemas conseguem reagir a mudanças em tempo real e equilibrar de forma otimizada a oferta e a demanda.
Os sistemas de armazenamento de energia em baterias desempenham um papel central como componentes integrais da infraestrutura de redes elétricas modernas. Eles estabilizam a rede compensando flutuações de curto prazo, permitem o gerenciamento de congestionamentos e aumentam a flexibilidade do sistema como um todo. O armazenamento de energia direcionado pode prevenir sobrecargas na rede e reduzir a necessidade de expansões dispendiosas da infraestrutura.
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Que papel desempenharão as centrais elétricas virtuais no futuro sistema energético?
As usinas virtuais representam uma solução inovadora para uma melhor integração das energias renováveis. Elas conectam centenas ou milhares de usinas de geração descentralizadas, instalações de armazenamento e consumidores controláveis em uma rede coordenada. Essas usinas interligadas podem, coletivamente, fornecer tanta eletricidade quanto as grandes usinas convencionais.
O sistema de controle central de uma usina virtual monitora todas as instalações conectadas em tempo real e reage instantaneamente às mudanças na rede elétrica. Se a geração for muito baixa, ele ativa geradores adicionais de energia renovável que podem ser controlados independentemente das condições climáticas – como usinas de biogás ou hidrelétricas. Por outro lado, em caso de superprodução, ele reduz a injeção de energia na rede de acordo.
As modernas centrais elétricas virtuais utilizam gateways de medidores inteligentes para o controle econômico de instalações de pequena escala. Elas não apenas permitem uma melhor integração de energias renováveis ao sistema, como também criam valor econômico adicional para os operadores das centrais por meio da otimização da comercialização em diversos mercados.
O que é o sobredesenvolvimento e como ele pode reduzir os gargalos de rede?
Construir sobre pontos de conexão da rede elétrica representa uma abordagem promissora para uma utilização mais eficiente da mesma. Isso envolve conectar usinas de energia à rede que, juntas, podem produzir mais eletricidade do que as linhas são teoricamente capazes de transmitir. O fator crucial é a combinação de usinas que raramente operam em plena capacidade simultaneamente.
As centrais eólicas e solares complementam-se perfeitamente: as turbinas eólicas geralmente fornecem a sua maior produção à noite e no outono ou inverno, enquanto as centrais solares geram a sua maior energia ao meio-dia e no verão. Um estudo da Federação Alemã de Energias Renováveis (BEE) mostra que, quando ambos os sistemas operam numa única ligação, apenas cerca de 3,5% da energia solar e 1,5% da energia eólica precisam de ser desperdiçadas.
A Bayernwerk já demonstrou como esse tipo de expansão da rede funciona: um novo sistema fotovoltaico (FV) foi instalado ao lado de uma turbina eólica existente, conectado à mesma rede. Ambos os sistemas operam em conjunto, economizando para todas as partes envolvidas e para os consumidores os custos de uma expansão adicional da rede. O potencial é considerável: somente a rede da Bayernwerk poderia acomodar as 1.000 novas turbinas eólicas planejadas até 2030, utilizando as conexões FV existentes.
Como funciona o conceito de tomada de alimentação elétrica?
A conexão de injeção na rede representa uma mudança paradigmática no planejamento de conexão à rede elétrica. Em vez da infraestrutura ficar para trás em relação às usinas de energia renovável, a capacidade adicional é fornecida proativamente, e os desenvolvedores de projetos podem então solicitá-la.
A Bayernwerk estabeleceu uma conexão à rede elétrica na Baixa Baviera utilizando essa abordagem, para a qual desenvolvedores de usinas de energia renovável puderam se candidatar. Quase toda a capacidade foi alocada em 24 horas, apesar da exigência de redução de pico de 30%. Isso melhora significativamente a utilização das linhas e acelera drasticamente os projetos: do início das obras em março à entrada em operação 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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Que potencial oferece a flexibilização do sistema energético?
A flexibilidade do sistema energético descreve a capacidade de equilibrar as flutuações entre a geração e o consumo e de garantir a estabilidade do fornecimento de eletricidade. Com a meta de 80% de geração de eletricidade a partir de fontes renováveis até 2030, o sistema energético deve tornar-se suficientemente flexível para garantir o fornecimento mesmo durante períodos de baixa produção noturna de eletricidade.
Essa flexibilidade pode ser proporcionada por diversos componentes: armazenamento de energia, cargas controláveis e usinas de energia flexíveis. O potencial de sistemas de pequena escala, como instalações solares descentralizadas, armazenamento em baterias, veículos elétricos e bombas de calor, é particularmente promissor. Se a Alemanha tiver milhões de veículos elétricos nos próximos anos, 8.000 megawatts de flexibilidade estarão rapidamente disponíveis.
A flexibilidade espacial permite compensar flutuações geográficas, como o conhecido gargalo norte-sul na Alemanha. A flexibilidade temporal equilibra as flutuações sazonais e diárias. Dessa forma, as soluções inteligentes de gestão de energia tornam-se a infraestrutura digital para o setor energético do futuro e podem tomar decisões em tempo real.
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O que significa acoplamento setorial para a carga da rede?
O acoplamento setorial descreve a integração dos setores anteriormente separados de eletricidade, aquecimento, transporte e indústria, por meio do aumento do uso de energia renovável. Esse desenvolvimento leva a um aumento significativo no consumo de eletricidade e, simultaneamente, altera os perfis de carga na rede.
A Federação Alemã de Energias Renováveis (BEE) prevê uma demanda adicional de eletricidade entre 69 e 150 TWh para 2030 devido à interligação setorial. A maior demanda será observada na eletromobilidade, com 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 apresenta novos desafios para a rede elétrica: quando muitas famílias carregam seus carros elétricos simultaneamente após o trabalho, surgem novos picos de demanda. As bombas de calor podem substituir os sistemas de aquecimento a óleo e as caldeiras a gás, mas exigem um fornecimento de eletricidade confiável. O controle inteligente desses novos consumidores será crucial para a estabilidade da rede.
Como a expansão proativa da rede pode resolver os problemas?
A expansão preditiva da rede elétrica representa uma mudança de paradigma fundamental no planejamento da rede. Em vez de apenas reagir quando instalações específicas são planejadas, a infraestrutura da rede deve ser expandida proativamente para atender às necessidades futuras.
O problema do sistema atual reside nos diferentes tempos de implementação: usinas de energia renovável podem ser construídas em 5 meses, enquanto a expansão da rede elétrica leva de 7 a 10 anos. Essa discrepância de tempo acarreta problemas significativos na conexão e no transporte de energias renováveis.
A Associação de Empresas Municipais defende um quadro regulatório que permita a expansão da rede elétrica com visão de futuro. Isso requer mudanças em seis áreas principais: superar a natureza retrógrada das práticas regulatórias, introduzir um planejamento orçamentário orientado para o futuro e reduzir os obstáculos regulatórios para investimentos proativos.
A primeira publicação dos planos de expansão da rede elétrica por cerca de 80 das principais operadoras de distribuição de energia elétrica da Alemanha, em maio de 2024, foi um passo importante. Esses planos descrevem medidas específicas de expansão planejadas para os anos de 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 de energias renováveis. Os modernos sistemas de automação permitem monitorar e otimizar o fluxo de energia em tempo real. A automação orientada à demanda é particularmente necessária em redes de baixa e média tensão, onde estão conectadas mais de 90% das fontes de energia renovável.
Os gêmeos digitais das redes de distribuição criam uma fonte única e confiável de informações para os operadores de rede, combinando diversas fontes de dados, como medidores inteligentes, GIS, ERP e sistemas SCADA. Esses modelos computacionais de rede podem reagir dinamicamente a eventos como mudanças nas condições climáticas ou nas cargas.
As soluções de software para previsão de condições de rede usando inteligência artificial operarão no futuro com base em modelos de rede orientados por dados em tempo real, com perfis de carga individualizados. Programas de apoio à decisão poderão recomendar medidas com base nos gargalos identificados e seus respectivos horizontes temporais.
O estudo da VDE sobre alta automação demonstra que a operação ativa da rede permite uma integração mais rápida de mais sistemas fotovoltaicos e veículos elétricos à rede, uma vez que o fluxo de energia pode ser controlado conforme a necessidade. A automação também possibilita o restabelecimento automático do fornecimento em caso de interrupções e uma melhor utilização da capacidade existente da rede.
Quais são as implicações econômicas dessas soluções?
Os impactos econômicos das diversas soluções são significativos e afetam tanto os custos quanto a eficiência do sistema como um todo. De acordo com um estudo do Instituto de Economia da Energia, a instalação de sistemas fotovoltaicos e eólicos em conexões de rede existentes pode reduzir os custos de expansão da rede em até € 1,8 bilhão por ano.
Embora o projeto de construção exija a redução da produção de mais usinas, a economia nos custos de expansão da rede elétrica superará os custos da eletricidade desativada em € 800 milhões. Esse ganho líquido de eficiência resulta da redução significativa dos investimentos 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 1,994 e 2,294 bilhões de euros. Somente para a Alemanha, diversos estudos indicam que serão necessários, em média, 350 bilhões de euros para a expansão da rede de distribuição até 2045. Essas somas enormes ressaltam a necessidade de soluções eficientes.
Ao mesmo tempo, uma melhor utilização da rede elétrica leva a custos específicos mais baixos: quanto mais eletricidade é transportada pela rede, melhor distribuídos ficam os custos da rede por quilowatt-hora. A combinação do desenvolvimento de infraestrutura, redes inteligentes e armazenamento de energia para suporte à rede pode tornar o sistema mais eficiente e reduzir os custos gerais da transição energética.
De que forma a política e a regulamentação podem apoiar a transformação?
O quadro político e regulatório é crucial para a expansão bem-sucedida da infraestrutura da rede elétrica. A "Lei de Alteração da Lei do Setor de Energia", aprovada em janeiro de 2025, já estabeleceu um rumo importante ao criar a base legal para a expansão da rede.
Com a alteração do Artigo 8 da Lei de Fontes de Energia Renovável (EEG), as usinas de energia renovável agora podem ser conectadas a um ponto de conexão à rede já utilizado por outra usina de energia renovável. O novo Artigo 8a da EEG também permite acordos flexíveis de conexão à rede, que são necessários para a implementação prática do compartilhamento de cabos.
A aceleração dos processos de planejamento e aprovação é outro fator crítico. Os operadores de rede exigem mais decisões administrativas em menos tempo, visto que 12 turbinas eólicas precisam ser construídas e integradas à rede diariamente para atingir as metas climáticas. Isso requer mais pessoal e recursos para as autoridades de planejamento e aprovação, bem como para os tribunais.
A prioridade legal concedida às energias renováveis na Lei de Fontes de Energia Renovável de 2023 (EEG) também significa prioridade para a expansão da rede de distribuição. É necessário aproveitar as sinergias nas avaliações de impacto ambiental, viabilizar processos de aprovação paralelos e congelar o status das leis existentes no início dos procedimentos.
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Quais inovações tecnológicas moldarão o futuro?
Diversas inovações tecnológicas moldarão significativamente o futuro da infraestrutura de redes elétricas. As linhas de transmissão de corrente contínua de alta tensão permitem o transporte de grandes quantidades de eletricidade com baixas perdas por longas distâncias e são particularmente relevantes para o gradiente energético norte-sul na Alemanha.
As tecnologias Power-to-X abrem novas possibilidades para a integração setorial: Power-to-Heat utiliza eletricidade para gerar calor, enquanto Power-to-Gas possibilita a conversão de eletricidade em hidrogênio. Essas tecnologias podem servir tanto como uma opção de flexibilidade quanto como uma solução de armazenamento de longo prazo.
A tecnologia de medição e controle inteligentes formará a base para todas as outras inovações. Os gateways de medidores inteligentes permitem o controle econômico de sistemas de pequena escala e a integração de residências particulares em usinas virtuais de energia. A implementação generalizada dessa tecnologia é um pré-requisito para a digitalização completa do sistema energético.
A inteligência artificial e o aprendizado de máquina estão sendo cada vez mais utilizados para a previsão das condições da rede elétrica, a previsão de carga e a tomada de decisões automatizada. Essas tecnologias possibilitam o gerenciamento e o controle otimizado da complexidade do futuro sistema energético.
Quais são os desafios que ainda persistem?
Apesar das soluções promissoras, desafios significativos persistem. A velocidade vertiginosa da expansão necessária da rede elétrica impõe tarefas enormes a todos os envolvidos: os investimentos planejados na rede precisam aumentar de aproximadamente € 36 bilhões anuais para mais de € 70 bilhões.
A escassez de mão de obra qualificada no setor energético está agravando ainda mais a situação. Ao mesmo tempo, os gargalos no fornecimento de transformadores, cabos e outros componentes da rede elétrica estão causando novos atrasos. Essas interrupções na cadeia de suprimentos podem desacelerar toda a expansão da rede, independentemente do financiamento disponível.
A coordenação entre os diversos intervenientes – operadores de sistemas de transmissão, operadores de sistemas de distribuição, produtores e consumidores – continua a ser complexa. Qualquer atraso num componente do sistema pode ter repercussões em todo o sistema.
Os marcos regulatórios devem ser continuamente adaptados à medida que as tecnologias e as condições de mercado evoluem rapidamente. O que é considerado ideal 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 de rede deve continuar a ser assegurada. A participação cidadã e a comunicação transparente são cruciais para o sucesso dos projetos de expansão da rede.
A infraestrutura da rede elétrica é fundamental para a transição energética e determina significativamente o seu sucesso. Abordagens inovadoras, como a expansão da rede, redes inteligentes, usinas virtuais e planejamento proativo, podem superar os gargalos existentes. Uma combinação de inovações tecnológicas, ajustes regulatórios e investimentos substanciais será necessária para garantir a sustentabilidade da rede no futuro. Somente assim será possível desbloquear todo o potencial das energias renováveis e alcançar as metas climáticas.
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