P&D nos Estados Unidos

Os Estados Unidos tiveram uma expansão modesta, mas lentamente tem expandido o programa de pesquisa em microrredes para vários anos, apoiada tanto pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE), sob o Escritório de distribuição de eletricidade e confiabilidade da energia (OE), e pela Comissão de Energia da Califórnia (CEC) através do seu Programa de Pesquisa Energética de Interesse Público. O aumento da demanda por altos níveis de PQR nos EUA, principalmente, para coincidir com o aumento dos requisitos do usuário final, conduziu naturalmente a maior atenção à melhoria PQR localmente utilizando-se microrredes (HATZIARGYRIOU et al., 2007).

3.2.1 CERTS Introdução Microrrede

O mais conhecido esforço de P&D sobre microrredes nos EUA foi desenvolvido no âmbito do “Consortium for Electric Reliability Technology Solutions” (CONSORTIUM FOR ELECTRIC RELIABILITY TECHNOLOGY SOLUTIONS, 2010). Desde sua criação em 1999, a provável emergência da GD foi reconhecida como um fator importante, e tem sido um foco do P&D da CERTS. O conceito específico de CERTS Microrrede (CM) foi totalmente desenvolvido até 2002, quando foi descrito e apresentado em um Workshop. Em seguida, a construção física de exemplos foi realizada.

O CM, tal como acontece com a maioria dos paradigmas de microrrede, pretende como perfeitamente possível, separar o serviço normal de utilidade durante uma ruptura e continuar a servir suas cargas críticas internas, até os serviços de utilidade serem restaurados. O CM prevê essa função para sites relativamente pequenos (≤ 2 MW de pico), sem necessidade de dispendiosos controles elétricos rápidos ou engenharia específica para o local, o que o torna caro (HATZIARGYRIOU et al., 2007).

Figura 6 - Esquemático de um exemplo de um CM

Fonte: Hatziargyriou et al. (2007)

A Figura 6 mostra um exemplo CM, cujas características mais salientes são:

a) falta de controles elétricos rápidos. A operação de geradores é controlada localmente através de dispositivo de eletrônica de potência que incorporam características droop respondendo a freqüência e tensão no local monitorado. b) um único ponto de acoplamento comum (PCC), e que não exporta.

c) um projeto explícito de fornecer PQR heterogêneos. Esta aparece no diagrama como confiabilidade variável nos três circuitos. O circuito C é exposto a rede de potência normal, no entanto, em caso de insuficiência de qualidade de energia da rede, por exemplo, queda de tensão, abre a chave estática e os circuitos A e B são atendidos isolados até o nível aceitável de qualidade de energia seja restaurada. d) forma dispersa de sistema plug-and-play. Nenhuma engenharia personalizada é

necessária para a interligação de um único dispositivo, desde que a CM tenha capacidade, tornando a configuração do sistema flexível e variável.

e) controles genéricos lentos. Outras funções de controle, por exemplo, manutenção de envio econômico, são alcançados por uma lenta rede de controle representado na Figura 6 como o Gerenciador de Energia.

3.2.1.1Campo de testes de Microrrede da CERTS

A viabilidade do CM tem sido bem demonstrada em simulação e através de testes de um sistema de banco de ensaio à escala laboratorial, no Universidade de Wisconsin, Madison. Por algum tempo, tem sido objetivo do CERTS realizar testes em larga escala do conceito de CM antes de implantá-lo em um local real. Para conseguir isso, um campo de teste em escala real foi recentemente instalado no Centro de Tecnologia Dolan, em Columbus Ohio, que é operado pela American Electric Power, uma das maiores concessionárias de energia dos EUA (HATZIARGYRIOU et al., 2007).

A Figura 7 (acima a esquerda) mostra o layout do banco de ensaio e a Figura 8 seu diagrama unifilar. O grande edifício branco à esquerda contém as forças primárias, três grupos geradores Tecogen como mostrado Figura 7 (abaixo a esquerda).

Embora essas unidades tenham sido normalmente instaladas como máquinas síncronas, os modelos utilizados têm a capacidade de alimentação eletrônica originalmente destinada a permitir a operação com velocidade variável de acordo com a capacidade da CM. O dispositivo ilustrado na Figura 7 abaixo-esquerdo contem a chave estática, enquanto os outros vistos na imagem contem equipamentos de manobra e monitoramento necessários para o completo funcionamento da CM e gravação do desempenho durante procedimentos agendados.

Figura 7 - Centro de Tecnologia de Dolan – campo de testes de CM

Figura 8 - O diagrama unifilar do campo de teste Microrrede CERTS

3.2.2 Projeto na Florida – Estados Unidos

Há estudos na Flórida, por exemplo, onde o desenvolvimento de comunidades é planejado para resolver problemas de expansão urbana e melhorar a qualidade de vida de seus moradores, o aspecto de distribuição de energia também foi considerado. O funcionamento do sistema de potencia consiste na produção, transmissão e distribuição de energia buscando minimizar os efeitos negativos das falhas e outros eventos inesperados.

Para isso, pretendem aumentar a robustez e eficiência da infra-estrutura da nação em energia elétrica adicionando à rede existente usinas de pequeno porte, ou recursos de microrredes. O impacto das falhas individuais seria reduzido e as fontes de energia seriam mais próximas dos pontos de uso. Isso reduziria as perdas de transmissão e diminuiria a pressão sobre a rede de transmissão, que não consegue acompanhar o ritmo crescimento da geração e do consumo. O sistema de microrrede residencial é composto de instalações comuns de geração, relés de proteção, controle e monitoramento tudo para satisfazer as necessidades de interconexão de utilidade (COX, 2007).

Atualmente as principais alternativas de fornecimento de energia para a concessionária de energia elétrica em períodos de interrupções prolongadas, tais como furacões, é o gerador individual presente em algumas casas. Esses geradores residenciais, especialmente providos de motor a gasolina, são caros e potencialmente perigosos para o imóvel, bem como para a concessionária de energia elétrica. Desta forma, grupos de residências criaram sua própria microrrede para suprir essa necessidade emergencial com segurança.