Subestações consumidoras em tempos de mercado livre e armazenamento de energia

A transição energética e a abertura do ambiente de contratação livre estão transformando o papel das subestações consumidoras no Brasil. A possível abertura do mercado livre de energia para todos os consumidores (possível porque eu estou cético quanto a essa abertura para os próximos anos), a viabilização de outras fontes de energia (como o H2V e o BESS), colocarão as subestações no centro das decisões estratégicas de consumo e geração, ao contrário de antes, que eram encaradas como elementos meramente técnicos para adequação do fornecimento de energia. Isso impõe novas exigências aos projetistas, instaladores, mantenedores e, principalmente, aos gestores de energia.

O novo consumidor do Grupo A

Com a abertura do ACL (Ambiente de Contratação Livre) que ocorreu a partir de janeiro/2024 para todos os consumidores do Grupo A, independentemente da demanda contratada, surgiram novas possibilidades. Junto com essas possibilidades vieram complexidades para o consumidor, que tem mais opções, mas precisa tomar decisões que podem trazer mais custos.

Esses novos consumidores que estão migrando ou migrarão para o ACL possuem expectativas de redução de custo, previsibilidade tarifária e, cada vez mais, sustentabilidade e independência energética.

Porém, para que essa transformação seja real, ela começa em um ponto físico e técnico: a subestação do consumidor.

A subestação como ativo estratégico

Sempre tratamos a subestação como uma obrigação técnica. Aliás, muitas vezes se buscava evitar sua construção, tanto por custos de implantação quanto pelos de operação e manutenção. Hoje, ela pode ser um diferencial competitivo. Um projeto de subestação mal dimensionado, inflexível ou com baixa capacidade de expansão pode impedir, ou ao menos dificultar, a inserção de fontes renováveis, a adoção de armazenamento de energia ou a implementação de soluções de resposta à demanda.

Subestações preparadas para o futuro precisam:

1. Suportar fluxos bidirecionais de energia (mesmo que o consumidor opte por não injetar no momento);

A principio, o uso de medidores bidirecionais não ocupam mais espaço físico que o medidor unidirecional. Muitas vezes é o mesmo medidor, que apenas é reprogramado. Mas, se no futuro, o cliente estiver no mercado livre de energia e for exportador, pode ser necessário um medidor de qualidade, por exemplo. Isso demanda que pelo menos o espaço físico já esteja previsto.

1. Ter espaço e estrutura para incorporar BESS (Batery Energy System Solution)

Não haverá transição energética sem armazenamento. No futuro (breve, eu imagino), todo o cliente que quiser ter garantia da continuidade do fornecimento de energia e/ou ter geração própria de fonte intermitente precisará de soluções de BESS.

A previsão de espaço físico, o atendimento de requisitos de segurança de prevenção e combate a incêndio, entre outros itens precisará ser previsto por ocasião do desenvolvimento do projeto, sobre risco de ser inviável sua implementação futura.

1. Incluir proteção adaptada para o novo contexto (relés com função 32 e monitoramento remoto são essenciais);

Subestações consumidoras em média tensão de instalações que não possuem geração própria de energia pode ser energizadas com relés mais simples, apenas com as funções ANSI 50/51 e 50/51N. Mas, a economia entre instalar esse relé ou instalar um relé com mais funções ANSI não será representativa frente a necessidade de adequação quando se optar por gerar sua própria energia.

É o momento de parar de pensar na subestação apenas como CAPEX e passar a tratá-la como OPEX estratégico.

Geração local e armazenamento: novos desafios

A inserção de geração local – geralmente solar fotovoltaica – em consumidores de médio porte traz desafios típicos da geração distribuída, mas com as particularidades do ambiente livre.

O primeiro ponto a ser enfrentado é a decisão entre injetar ou não energia. Para consumidores que estão no mercado livre através de comercializadoras varejistas, a injeção não faz sentido econômico. E mesmo para consumidores que estão em comercializadoras varejistas, dependendo da curva de carga e do modelo econômico, a injeção pode se mostrar inviável da ótica financeira.

Nesses casos o conceito de grid zero se torna uma obrigatoriedade uma obrigatoriedade. E, com isso, a subestação passa a precisar de um sistema de controle ativo (medição de fluxo, inversores compatíveis, lógica de bloqueio) e de proteção direcional de potência (função ANSI 32).

Quando utilizamos o grid zero é necessário medir a potência fornecida pela concessionária e com isso precisaremos de transformadores de instrumentos na média tensão (TC e TP). Isso significa custo e espaço.

Além disso, a instalação de sistemas de armazenamento requer previsibilidade de carga, controle de carga e descarga, e compatibilidade com os sistemas existentes. Muitos consumidores percebem, tarde demais, que sua subestação existente não suporta tecnicamente a instalação de um BESS (Battery Energy Storage System) – seja por limitações físicas, seja por ausência de proteção adequada.

O que dizem as normas?

Ao tratarmos de subestações consumidoras, temos que atender a NBR 14.039 e as normas de conexão da concessionária.

Será nas normas das concessionárias que teremos os requisitos de proteção necessários para o sistema de armazenamento e para a autoprodução de energia.

Porém, essas normas fornecem condições mínimas de atendimento e os projetistas precisarão se aprofundar nas necessidades atuais e futuras dos clientes e dos requisitos técnicos necessários para as tecnologias que serão futuramente implantadas.

Estudos de caso: quando a subestação impede o crescimento

Tenho acompanhado, com frequência cada vez maior, casos de consumidores que investem na geração fotovoltaica ou se preparam para o ACL e percebem, tardiamente, que sua subestação não atende às novas demandas.

Alguns Exemplos:

1) Uma rede de mercados com 350 kW de demanda, que pretendia migrar para o mercado livre e instalar 400 kWp de FV. A subestação existente, com transformador único e proteção com relé 50/51, na área de concessão da Light, antiga e sem manutenção.

Nesse caso, o cliente teve que trocar o sistema de proteção, que envolvia um novo relé, instalação de 3 TP´s, um novo sistema de alimentação auxiliar (carregador flutuador, baterias, relé de supervisão) e uma manutenção preventiva do seu disjuntor PVO (pequeno volume de óleo existente).

Porém, para o perfeito funcionamento do sistema grid zero foram necessários a instalação de mais 3 TP´s e 3TC´s, visto que a Light não permite que se use os TI´s de proteção para outras funções.

2) Um hospital que desejava instalar um sistema de baterias para backup e pico de demanda. O espaço físico da subestação, e principalmente o acesso e ventilação, inviabilizavam o projeto – e a reforma sairia mais cara que o próprio sistema de baterias.

Nesse caso, o projeto não pode ser implementado.

3) Consumidor que está no ACL, modelo atacadista, decidiu implantar uma usina de energia solar, junto a carga, para redução do seu consumo de energia, sem exportação de energia.

A empresa que definiu a potência do sistema solar não analisou a curva de carga. Com isso, a usina ficou superdimensionada, com o sistema grid zero limitando a geração em mais de 40%, com isso o retorno do investimento piora.

Além disso, erraram no local de onde saem as informações de tensão e corrente para o sistema grid zero, o que prejudicou ainda mais a geração de energia.

O papel da engenharia consultiva

O momento atual exige muito mais que um projeto de subestação com cálculo de demanda, um layout conforme padrão concessionária e um esquema unifilar.

Os escritórios de projetos e os projetistas precisarão saber avaliar:

• o perfil de consumo e prever cenários futuros (expansão, FV, BESS, mercado livre),
• projetar soluções modulares e escaláveis
• estudar, comparar e considerar as exigências normativas e das distribuidoras;

O projetista precisará conversar com os fornecedores de armazenamento para entender as tecnologias e as soluções existentes.

Subestação não é mais “o que o cliente pediu”. É o que o cliente vai precisar.

Novos modelos de negócios

Soluções de Energy As Service, modelos de BOT (build-operate-transfer) são mercados que podem ser explorados para empresas inovadoras e que querem crescer seus negócios.

Conclusão

Vivemos um momento em que a infraestrutura elétrica de empresas está deixando de ser um custo invisível e passando a ser um ativo de gestão. As empresas e profissionais que entenderem isso rapidamente e incorporarem em seu portfólio de serviços e soluções conseguirão melhores negócios e melhores margens.

A engenharia brasileira precisa sair do modo reativo e abraçar o modo estratégico. Projetar subestações já preparadas para o ACL e para fontes renováveis com armazenamento não é luxo – é necessidade.

E, se me permitem um toque pessoal: o momento é agora. Em poucos anos, quem não estiver preparado, ficará para trás.