Apagão na Espanha: “Nosso sistema energético foi construído para atender às exigências de 1880”

A queda de energia que paralisou a Espanha e Portugal há duas semanas rapidamente provocou um debate sobre até que ponto a transição energética, e em particular a energia eólica e solar, era a culpada.

Os engenheiros podem fornecer respostas a essas perguntas. Até agora, os geradores de usinas convencionais – sejam hidrelétricas, a carvão ou nucleares – mantiveram a rede estável, explica Florian Dörfler, professor do Departamento de Tecnologia da Informação e Engenharia Elétrica da ETH Zurique.

Mas isso mudará quando mais energia eólica e solar for injetada na rede. Essas usinas de energia verde produzem corrente contínua, que primeiro deve ser convertida em corrente alternada por meio de um inversor.

Após a queda de energia, vários observadores rapidamente concluíram que as fontes de energia renováveis ​​eram as culpadas. O que há de certo e errado nesse argumento?

O que é verdade: O maior gargalo na integração de muitas energias renováveis ​​não é a variabilidade das energias renováveis, como o público em geral acredita. Mas: como manter a rede estável? Mas isso não está necessariamente relacionado às fontes de energia renováveis, mas sim à eletrônica de potência que alimenta as energias renováveis.

Você pode dar um exemplo de como a energia renovável é injetada na rede?

Por exemplo, as modernas usinas hidrelétricas agora são construídas de tal forma que os geradores não giram mais a 50 hertz, mas sim na velocidade em que a água flui. A eletrônica de potência, com a ajuda dos chamados inversores, regula então essa frequência para cima ou para baixo até 50 Hertz. [Nota do editor: esta é a frequência em que a rede europeia é estável.]

Por outro lado, usinas de carvão, gás e nucleares fornecem corrente alternada diretamente à rede. Como funciona?

A maneira como a corrente alternada é gerada remonta a uma tecnologia de 120 anos e ao Sr. Nikola Tesla: um grande núcleo de ferro gira em um campo magnético, induzindo correntes e tensões.

O que isso tem a ver com a estabilidade da rede?

Este grande núcleo de ferro é uma massa inerte. Mesmo que haja flutuações ou interrupções na rede, ela continuará girando de forma robusta, na mesma velocidade. Basicamente como uma bicicleta ergométrica na academia, onde os pedais ficam girando sem parar. Essa inércia não existe com inversores.

Mas qual o papel desses inversores na transição energética?

Mais cedo ou mais tarde, a rede será cada vez mais dominada por esses inversores. Todas as energias renováveis, novas energias hidrelétricas, mas também linhas de alta tensão e tensão contínua são interconectadas com inversores. E esse é o gargalo agora: como tornar esses inversores robustos? Como você mantém a rede estável, especialmente em caso de erro?

Estamos em uma fase de transição. O que isso significa para a maneira como gerenciamos a rede elétrica?

Isso leva a acontecimentos absurdos: há mais de dez anos, a usina nuclear de Biblis foi desativada na Alemanha. Mas o gerador, essa massa inerte, pôde continuar funcionando por vários anos usando eletricidade da rede para estabilizar tensões e frequências na rede. Em vez de fornecer eletricidade, o gerador apenas consumia eletricidade.

Esse é um modelo que pode ser levado para o futuro?

Você poderia. Mas é claro que esta é uma tecnologia muito arcaica e causa perdas mecânicas e elétricas. Não creio que essa seja a solução a longo prazo.

Qual solução você prefere?

A melhor e mais barata solução é sempre uma solução de software, e é nisso que tudo vai se resumir, mais cedo ou mais tarde. Do ponto de vista tecnológico, temos todas as soluções na gaveta. Você só precisa implementá-las. Existem também inversores “formadores de rede” – inversores que sincronizam automaticamente e podem, assim, estabilizar a rede. Esta é uma tecnologia que foi desenvolvida há dez ou onze anos e está se tornando cada vez mais robusta. Eles simplesmente teriam que ser introduzidos de forma generalizada.

Por que isso não acontece?

Atualmente, apenas uma pequena proporção de todas as energias renováveis ​​está equipada com esses inversores e o software necessário. Pessoas em toda a Europa, mas também nos EUA, estão escrevendo os regulamentos. A tecnologia existe, mas o que ainda não existe são os padrões.

Na Espanha também houve críticos após o apagão que reclamaram da falta de regulamentação. Por que isso é complicado?

Existem centenas de fabricantes de inversores, turbinas eólicas, painéis solares e baterias. Cada um cozinha sua própria sopa. Agora precisamos garantir que esses sistemas sejam compatíveis. Essas normas ainda não existem; elas estão apenas sendo escritas. Claro, deveria ter sido escrito uns bons cinco ou seis anos antes.

Dizem que existem soluções técnicas. Mas, ao mesmo tempo, também tem acontecido até agora que os inversores formadores de rede desligam em caso de falha. Há alguma saída?

Durante muito tempo, houve um gargalo com o inversor: como garantir que eles possam continuar sincronizados mesmo em caso de falha, ou seja, quando há grandes quedas de tensão? Agora acredito que encontramos uma boa solução para isso.

Eles desenvolveram um novo algoritmo para o inversor que pode permitir que turbinas eólicas ou sistemas fotovoltaicos continuem fornecendo eletricidade e contribuindo para a estabilidade. Por que foi tão difícil encontrar uma solução?

É um daqueles problemas que não podem ser resolvidos com dinheiro ou trabalho. Basta uma ideia brilhante. No nosso caso, foi um aluno de mestrado que teve seis meses para realmente se aprofundar no assunto.

Entretanto, como resultado da queda de energia na Espanha, dúvidas fundamentais surgiram sobre a estabilidade de uma rede elétrica verde. O que você diz sobre isso?

Esta é a questão crucial: uma rede convencional, com muitos geradores síncronos, teria sobrevivido ou não? Até agora não sabemos a resposta. Pode ser que os inversores tenham contribuído para o fato de que simplesmente tínhamos pouca inércia ou não fomos capazes de sincronizar com robustez suficiente em caso de falha. Mas isso é especulação no momento.

No entanto, uma coisa é certa: a transição energética nos apresenta desafios técnicos. Nosso sistema energético não foi construído para atender às exigências de energia renovável.

Em princípio, foi construído de acordo com as exigências de 1880.

Mas não podemos simplesmente derrubar o sistema e reconstruí-lo. Onde estão os pontos de atrito?

As pessoas foram muito agressivas na integração de energias renováveis ​​e muito agressivas em impulsionar essa liberalização energética e de mercado antes que a tecnologia estivesse pronta. Por exemplo, toda usina elétrica acima de uma certa capacidade deve ser capaz de formar uma rede e fornecer um tipo de inércia virtual, ou seja, emular a inércia mecânica das usinas elétricas convencionais. Há muitas soluções para isso. O que falta são os padrões, a coerção e o caso comercial.

Como transformar isso em um negócio?

Existem mercados de energia para inércia virtual. Por exemplo, eu poderia colocar uma bateria próxima ao meu parque solar que, em caso de falha, assumiria o papel de uma massa inercial virtual durante os primeiros segundos e rapidamente absorveria energia ou a liberaria de volta para a rede. Isso poderia atuar tanto como um sistema formador de rede quanto como uma massa inerte. Mas no momento não há pressão nem mercado para isso.

Por que os produtores de eletricidade não têm incentivo para assumir esse papel de manutenção da estabilidade da rede?

Ganho mais dinheiro se simplesmente fornecer energia e vendê-la.

Muitos críticos das energias renováveis ​​dizem que um apagão como o ocorrido na Península Ibérica não teria acontecido com usinas convencionais de carvão ou nucleares. Isso está correto?

A cronologia da falha mostra que houve grandes oscilações no sistema europeu por razões desconhecidas. No entanto, há geradores síncronos suficientes na rede europeia, então isso não tem nada a ver com energias renováveis. Na Espanha, duas usinas de energia falharam em poucos segundos. Não se sabe exatamente o porquê. Mas nenhuma rede elétrica no mundo conseguiria lidar com a falha de duas usinas de energia, nem mesmo uma convencional.

Por que o fato de duas usinas de energia terem ficado inoperantes é um choque tão grande para a rede elétrica?

Toda rede é projetada para suportar a pior das falhas. E esse pior erro geralmente é a perda de uma grande usina de energia.

Mas na Espanha não foi apenas a perda dessas duas usinas.

Poucos segundos depois, cerca de 15 gigawatts — uma grande parte da geração da Espanha — caíram da rede muito rapidamente. E isso pode estar relacionado às energias renováveis. As frequências caíram muito rapidamente depois que as duas usinas de energia falharam. E as energias renováveis ​​foram projetadas para que, quando veem esses tipos de sinais, elas simplesmente se desconectem da rede.

Este é um mecanismo de proteção para evitar que sejam danificados em caso de mau funcionamento?

Exatamente, para se proteger. Mas uma usina elétrica convencional, com esses grandes volantes, com essa massa inerte, poderia ter girado vigorosamente por ainda mais tempo e talvez durasse alguns segundos a mais. Talvez isso tivesse sido tempo suficiente para colocar rapidamente a geração de backup online. Quem sabe.

Esse tempo de buffer é necessário para poder reagir e evitar uma queda de energia.

A massa inerte lhe dá quatro a cinco segundos a mais de tempo para reagir. Se houvesse baterias suficientes na Espanha que pudessem iniciar rapidamente dentro desses quatro a cinco segundos e enviar alguns gigawatts de energia para o sistema, talvez tivesse sido possível estabilizá-lo. Basicamente, precisamos de armazenamento rápido, baterias por exemplo. Mas também volantes. Várias startups estão construindo volantes que servem tanto como armazenamento quanto fornecem massa inercial. Todas essas seriam soluções possíveis.

Os defensores da energia nuclear, em particular, dizem que isso certamente teria sido alcançado com usinas nucleares. Isso está correto?

Continuo lendo: “Geradores nucleares teriam salvado a situação.” Isso não é verdade. Os geradores nucleares têm muita massa inercial, mas só podem ser ajustados para cima e para baixo muito lentamente. Então eles nunca teriam conseguido fazer essa performance em três segundos, mas sim em meia hora. Nesse caso, você precisa de fontes de energia que possam ser reguladas para cima e para baixo muito rapidamente, por exemplo, baterias e outros dispositivos de armazenamento. Usinas elétricas a gás também seriam possíveis.

Os acontecimentos na Espanha são um alerta, isso está claro. Mas será também a primeira grande queda de energia da era das energias renováveis?

Não. Já tivemos um apagão semelhante na Austrália em 2016. Lá, também, a parcela de eletricidade gerada por energias renováveis ​​era muito alta, então houve uma grande interrupção, neste caso uma grande tempestade que derrubou algumas linhas de energia, e um apagão se seguiu. Então esse foi o primeiro evento realmente grande em que você pode se perguntar: uma rede convencional teria sobrevivido a essas interrupções? A conclusão na Austrália é: Sim, uma rede convencional teria sobrevivido.

Há muitas razões que falam a favor de uma transição energética. Mas obviamente a ordem estava errada. Isso também prejudica a confiança do público em alternativas de energia verde. O que foi feito errado?

As energias renováveis ​​foram integradas de forma muito rápida e agressiva, sem criar a estrutura tecnológica necessária. Para mim a conclusão é: crie os padrões primeiro antes de integrar a tecnologia.

Então a transição energética deveria ter sido adiada até que os padrões fossem formulados? Teria sido necessário ou necessário aceitar que a transição energética pudesse ocorrer mais lentamente?

Não, claro que não. Caso contrário, nada teria acontecido. Muitos dos principais problemas, como inércia e inversores formadores de grade, só se tornaram aparentes para especialistas há cerca de doze anos. Mas hoje, a tecnologia deve ser colocada antes dos mercados. No momento, ocorre o contrário: um problema na rede é identificado, um produto de mercado de energia correspondente é criado, a tecnologia segue e os padrões vêm no final.