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Solução de microrrede desempenha grande papel no campus

Aerial view of Montclair State University

Quando o Furacão Sandy entrou em Nova Jersei em 2012 e derrubou a energia de mais de 2 milhões de moradores, a Montclair State University (MSU) se dedicou em implementar uma microrrede no campus. Dessa forma, na próxima vez que uma grande tempestade derrubasse a rede elétrica principal, a segunda maior universidade do estado poderia continuar a gerar sua própria energia.

Quando os fortes ventos do Sandy derrubaram árvores e linhas de energia, levou uma semana para trazer a energia de volta completamente para a MSU e para as aulas voltarem. Mas não foi outra tempestade monstruosa que reforçou a necessidade de uma microrrede para a instituição - uma rede de energia independente que operasse em sincronia com a rede principal ou por conta própria.

Era uma vez um carro e um urubu.

Em maio de 2016, a turbina na usina de energia da universidade estava desligada para a manutenção anual quando um carro atingiu um poste, derrubando um dos dois alimentadores de 26 kV do campus. Não muito tempo depois, o alimentador restante também desligou.

“Um grande urubu sentou-se em uma linha de energia, abriu suas asas e juntou duas linhas, fazendo com que os fusíveis das linhas queimassem, deixando o campus sem energia elétrica”, disse o Vice Presidente das Instalações da Universidade Shawn Connolly. “Com a exceção da geração de emergência para cargas críticas, perdemos todo o campus por uma tarde inteira”.

Sem eletricidade para ligar luzes ou computadores, a universidade foi forçada a adiar provas finais e a estender o semestre acadêmico por um dia inteiro, explicou ele.

Saiba como o urubu que pousou em uma linha de energia impediu as provas finais por um dia.

“Ficar sem energia é muito ruim para nós a qualquer momento”, disse ele. “Mas foi particularmente ruim durante as provas finais. E porque tivemos que compensar um dia, também foi oneroso.”

Os administradores da MSU sabiam que uma boa microrrede poderia manter a energia fluindo sempre que a rede principal caísse e portanto economizaria os recursos da universidade. Mas eles também sabiam que conseguir a tecnologia certa ia além da própria microrrede. Era sobre adicionar um controle mais inteligente ao campus.

A inteligência por trás da microrrede é seu controlador - o software e os componentes de controle que o gerenciam sua performance e coordenam tarefas, seja isolando a energia sem emendas durante as faltas ou respondendo automaticamente a condições de alteração de cargas. Foi para esse “cérebro” que a Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) foi selecionada para implementar a microrrede customizada da MSU.

Ascensão nas Parcerias de Financiamento

Localizada há apenas 19 km da cidade de Nova Iorque, a MSU é uma universidade pública de pesquisa que atende a mais de 21.000 estudantes, quase o dobro do número há duas décadas atrás. Na entrada principal da MSU está uma estátua de bronze de 3,6m de altura de um falcão vermelho, o mascote da faculdade. Ruas arborizadas e calçadas passam pelo campus de mais de 1km², lembrada por seus edifícios estilo Neocolonial Hispano-Americana com paredes de estuque brancas e beirais de terra cota sobressalente.

Dois desses edifícios que ficam lado a lado da Yogi Berra Drive não demonstram toda a tecnológica dentro deles. A maior das duas estruturas contém a planta combinada de aquecimento, resfriamento e energia (CHCP) que entrou em funcionamento em 2013. Conectado por uma curta passarela está o segundo e menor edifício que abriga a tecnologia da microrrede da MSU, em operação desde 2018.

Ambas as instalações foram fundadas através de parceiras público-privadas entre a MSU e a empresa de energia de Nova Jersei, a DCO Energy. Isso tornou possível implementar a planta CHCP e mais tarde a microrrede, disse Connolly.

“É uma excelente ferramenta de financiamento para projetos chave com energia, particularmente com instituições de ensino superior enfrentando orçamentos cada vez mais apertados”, disse ele.

Apesar de seu rápido crescimento, a MSU se orgulha de seu tamanho de turma médio de 23 alunos e que os cursos são ministrados por professores titulares ao invés de assistentes.

Fazendo uma “Verdadeira Microrrede”

A usina CHCP de 5,4 MW da universidade entrega com eficiência o vapor para aquecimento e água fria para condicionadores de ar, ao mesmo tempo que fornece energia elétrica proveniente de turbinas a gás. Ela supri 85% da demanda por de energia elétrica da universidade, enquanto a concessionária local fornece o restante.

A partir da esquerda: Vice Presidente de Instalações da Universidade MSU, Shwan Conolly se encontra com o Gerente de Serviços de Engenharia da SEL, Bharat Tummala e o Gerente de Engenharia Elétrica Kyle Gandy, da DCO Energy do lado de fora da usina CHCP do campus.

Esse tipo de configuração é normal em campus maiores e funciona bem - até algo dar errado e fugir do controle da concessionária. Interrupções causadas por furacões, fortes nevadas, acidentes de carro e até mesmo alguma espécie animal podem ocasionar cortes na energia para a rede central, afetando o fornecimento de energia para o campus.

“Com 6.000 estudantes morando no campus, uma grande rede de edifícios e programas de pesquisa a nível de doutorado que exigem espécimes e equipamentos sensíveis à temperatura, nos demanda um fornecimento constante de energia”, disse Connolly.

É aí que a microrrede movida a gás natural entra em ação. Essa adição funciona em conjunto com a usina CHCP para fornecer geração de energia adicional e tecnologia de rede inteligente.

“Nós desenvolvemos uma verdadeira microrrede, em quase todos os sentidos da palavra”, disse Kyle Gandy, gerente de engenharia elétrica na DCO Energy.

No centro dessa verdadeira microrrede está o controlador da SEL. Antes de ser instalada, os engenheiros da SEL conduziram testes rigorosos de hardware no circuito para garantir que ele possuiria uma interface bem sucedida com o modelo de microrrede sob uma variedade de cenários simulados.

Passou com mérito.

O controlador não responde apenas a distúrbios fora do campus em milissegundos, ele também pode determinar o quanto, quando e onde a microrrede deve fornecer energia ou segurá-la, disse Gandy.

“A resiliência tem sido um grande atrativo para as microrredes, é justamente para isso que esta foi desenvolvida”, explicou ele. ‘Se uma falta acontecer na rede principal, a microrrede da MSU irá fazer uma transição sem emendas para o modo isolado e fornecer restauração de carga automática. Não vai falhar. Não vai ficar escuro. Ninguém vai nem se quer perceber que houve um distúrbio.”

O sofisticado sistema de controle da microrrede gerencia essa transição de forma suave. Ainda assim seus benefícios não são apenas operacionais - eles também são financeiros, disse ele.

“A microrrede da Montclair produz economias significativas diminuindo custos com energia e gerenciando o uso de energia no local para evitar picos nos preços de energia enquanto suporta a estabilidade da rede”, disse Gandy.

Por exemplo, em uma relação de troca com a concessionária local, o controlador da microrrede pode automaticamente regular a energia comprada da rede quando a demanda do campus for alta. Ainda pode tirar o estresse da rede vendendo energia para a fornecedora durante picos de demanda trazidos por ondas de calor na região.

Tudo isso quer dizer que, não somente a microrrede gerida por software da universidade impulsiona resiliência, aumenta a eficiência energética e, portanto, reduz emissões, mas também economiza dinheiro, disse Conolly da MSU.

“Estamos economizando mais de US$4 milhões por ano para a universidade”, disse ele. “É cerca de 20% das contas de energia. Nossas contas de energia seriam quase 20% mais caras se não tivéssemos trilhado esse caminho.”

As microrredes controladas pela SEL fornecem isolamento sem emendas, auto sincronização, envido de carga de subciclo e mais. Saiba mais sobre o controle de microrrede e soluções de proteção da SEL.

Saiba mais sobre soluções de microrredes

Saiba mais sobre as diversas formas da MSU gerar economias com uma “verdadeira micorrede” no campus, graças ao sistema de controle customizado da SEL.

Um QI Maior

Connolly espera que os benefícios colhidos do projeto da microrrede da MSU servirão como um roteiro para outras universidades.

“Elas são candidatas naturais para microrredes,” disse ele. “Seja para garantir a segurança dos estudantes ou proteger caros laboratórios de pesquisa, os campus precisam de eletricidade 24 horas por dia.”

Também, porque diversas universidades possuem usinas de cogeração locais, adicionar uma microrrede normalmente faz com que elas funcionem de forma mais eficiente e economizem dinheiro em seu processo. Além disso, as microrredes podem fornecer um fluxo de receitas ao venderem energia para a concessionária local conforme as condições exijam.

Ainda se faz necessário um controlador experiente para criar esse tipo de ecossistema de energia. Sem um, uma microrrede seria uma mistura inerte de tecnologias de energia, disse Bharat Tummala, gerente da Engenharia de Serviços da sucursal King of Prussia na Pennsylvania, que supervisionou o projeto do controlador na MSU.

Ao invés de produtos prontos para uso feitos por uma única empresa, a maior parte das microrredes é desenvolvida por uma matriz de fornecedores cujos equipamentos variam de geradores, inversores, interruptores e fiações, explicou ele.

“Um bom controlador é capaz de fazer a interface entre essas tecnologias e conseguir que elas se interajam de forma suave”, disse ele.

Bharat Tummala da SEL explica como diferentes cenários e funções são testados no controle da geração e envio de carga.

A SEL é a escolha certa para conseguir essa coesão, tendo construído controladores customizados para atender às necessidades dos clientes antes do termo microrrede ter se tornado uma palavra da moda na indústria.

“A SEL entendeu o valor das microrredes e de seus controladores muito antes do Furacão Sandy”, disse Tummala, adicionando que a empresa desenvolveu sistemas de controle para outras universidades, comunidades, sítios militares e instalações industriais.

Além disso, um componente principal de um sistema de controle da SEL é o relé de proteção digital - a tecnologia que o Dr. Edmund O. Schweitzer, III, fundador da SEL, é famoso por inventar em 1982.

Anos de experiência e de resolução de problemas, combinado com o uso de produtos da SEL fabricados internamente, “nos permite fornecer um produto feito sob medida que é tanto inteligente quanto poderoso para alcançar os objetivos dos nossos clientes”, disse Tummala.

A prova está dentro de um edifício estilo Neocolonial Hispano-Americana na MSU.

Os relés digitais de proteção da SEL permitem que a MSU detecte e responda rapidamente às anomalias elétricas.

Galeria de Fotos

Se outro desastre natural ocorrer ou outro urubu causar uma falta na rede da concessionária, o resultado deve ser muito diferente, assegurou Tummala.

“Nosso relé de desacoplamento imediatamente perceberá o distúrbio e abrirá os disjuntores que isolam o campus”, explicou ele. “Então, muito rapidamente, o controlador analisará a condição do sistema e emitirá comandos para tornar o sistema estável.”

Tudo isso ocorreria em microssegundos.

“As luzes nem piscariam”, disse ele.

O que quer dizer que, ao contrário da falta em maio de 2016, os estudantes terminariam suas provas finais, voltariam para suas casas e terminariam outro semestre na MSU.

—Fim—


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