Garantindo a estabilidade da rede: transformadores para aplicações de energia renovável

Jul 10, 2023

Os transformadores são componentes críticos que agrupam a energia gerada e aumentam seu nível de tensão na estação de pooling antes de sincronizá-la e alimentá-la no sistema de transmissão interestadual ou intra-estadual. A sua disponibilidade e longevidade podem impactar significativamente a confiabilidade da rede e melhorar o controle de tensão, mesmo com fornecimento intermitente. Após o Acordo de Paris e a Cimeira COP26, países de todo o mundo estabeleceram metas ambiciosas em matéria de energias renováveis. Com a crescente penetração das energias renováveis, grandes oscilações de carga em prazos relativamente curtos tornaram-se inevitáveis, impactando as redes de transmissão e distribuição (T&D). A complexidade da rede elétrica é ainda agravada pelas cargas não lineares dos centros de dados e das estações de carregamento de veículos elétricos, entre outros fatores. Para superar isso, a implantação de transformadores especializados está ganhando força para geração distribuída fotovoltaica (PV) e eólica.

Opções de tecnologia

O tipo mais comum de transformador utilizado em aplicações de energia renovável é o transformador inversor. A corrente contínua (CC) gerada pelas células fotovoltaicas é convertida em corrente alternada (CA) por inversores, e a energia CA é conectada à rede elétrica por meio de um transformador elevador. Eles sincronizam a energia CA de saída com a frequência de fase e a tensão da rede existente para alimentar a rede com energia fotovoltaica. Os inversores fotovoltaicos são altamente eficientes e injetam o mínimo de CC, harmônicos ou energia reativa na rede. No entanto, os sistemas de energia solar enfrentam desafios de design devido ao tamanho limitado do inversor solar, sendo o maior de aproximadamente 500 kVA. As restrições ao tamanho do inversor também impõem limitações ao tamanho dos sistemas fotovoltaicos. Como resultado, o avanço da tecnologia do inversor tem sido lento.

Os transformadores de isolamento são normalmente usados ​​para proteger os inversores contra surtos no lado da rede e evitar qualquer injeção de CC do inversor na rede. Muitos modelos de inversores vêm com transformadores de isolamento integrados. Porém, devido ao aumento do custo e diminuição da eficiência, muitos optam por adquirir inversores sem eles. Os transformadores de isolamento não são necessários se o sistema fotovoltaico utilizar outro transformador, como um transformador elevador.

Para manusear e transmitir volumes substanciais de eletricidade provenientes de instalações de energia renovável variável, tanto os transformadores do tipo seco como os transformadores cheios de líquido estão ganhando força. Em um transformador do tipo seco, os enrolamentos e o núcleo são encerrados em um tanque selado cheio de ar ou gás sob pressão. Esses transformadores são utilizados para conectar fontes de energia renováveis ​​à rede ou à carga, como turbinas eólicas, painéis solares e usinas hidrelétricas. Enquanto isso, os transformadores cheios de líquido utilizam óleo mineral, éster sintético e fluidos de éster natural. Isso os torna adequados para uma ampla gama de aplicações, desde instalações solares residenciais a comerciais e industriais em telhados, e projetos eólicos de montagem em plataforma ou no solo em terra até projetos eólicos em torres offshore ou montagem em nacelas.

Além disso, nos próximos anos, o aumento das instalações nos telhados levará a que mais prossumidores estejam dispostos a vender electricidade à rede durante o dia e a retirar electricidade fora das horas de ponta. A atualização para transformadores inteligentes garantirá um fluxo bidirecional de energia da rede para os edifícios, bem como dos consumidores para a rede. Isto garantirá que a eletricidade seja estendida aos consumidores que dela necessitam durante os horários de pico a preços competitivos, eliminando a necessidade. Os transformadores inteligentes também permitirão que as redes se tornem mais resilientes à volatilidade e à instabilidade da rede de vários tipos.

Os transformadores de estado sólido (SSTs) são compostos de circuitos de controle, semicondutores de alta potência e transformadores de alta frequência. Esses transformadores facilitam conversões CA-CC e CC-CA contínuas e oferecem maior controle sobre as redes de distribuição de energia. Quando integrados à rede elétrica, os SSTs gerenciam de forma independente as variações de tensão. Esses transformadores são mais robustos, confiáveis, eficientes e relativamente mais baratos em comparação aos transformadores convencionais. Os SSTs são mais comumente usados ​​em fontes de energia renováveis, como energia solar e eólica, bem como em locomotivas de tração. Além disso, prevê-se que a infraestrutura envelhecida de T&D apoiará o crescimento do mercado de SST.