Conversores de média tensão:uma alternativa econômica aos transformadores de rede

Eletrônica de Potência INSIDER
Os conversores de média tensão poderiam oferecer uma forma mais acessível e eficiente de transportar eletricidade das centrais elétricas para residências e empresas. O novo banco de testes do NREL poderia ajudar a promover essas tecnologias promissoras. (Imagem:Josh Bauer, NREL).
Para eletrificar tudo, desde veículos a sistemas de aquecimento e fogões de mesa, a rede dos EUA deve expandir-se em cerca de 57% e tornar-se também mais flexível. As energias solar e eólica são as energias renováveis ​​com maior probabilidade de dominar uma futura rede de energia limpa. Mas são encontrados principalmente em áreas remotas, longe dos centros que necessitam de energia, o que representa um fardo para o sistema de transmissão.

Nos últimos quatro anos, a equipe do NREL construiu um banco de testes para estudar conversores back-to-back de média tensão (1 kV a 35 kV), que poderiam substituir transformadores de média tensão por uma fração do peso e do custo.

“Este é um novo tipo de equipamento que abre uma forma totalmente nova para uma concessionária gerenciar seus sistemas de distribuição”, disse Barry Mather, pesquisador do NREL. “Níveis muito mais elevados de recursos energéticos distribuídos poderiam ser colocados em um circuito se você tivesse esse dispositivo extra dentro do sistema.”

“A rede dos EUA é pouco singular”, disse Mather. “Temos distribuição de média tensão que fica bem perto de nossos clientes.” Os alimentadores de média tensão levam energia a um transformador local que a reduz aos níveis domésticos padrão de 208/120 volts.

Digamos que um galho de árvore caia em uma linha de energia, cortando a eletricidade de uma vizinhança. Hoje, um trabalhador da concessionária pode abrir e fechar interruptores em um transformador para transferir energia de uma linha próxima para a linha interrompida e restaurar pelo menos parte da energia enquanto os trabalhadores removem a árvore. Mas se pudermos substituir um transformador por um conversor back-to-back, a energia poderá ser redirecionada automaticamente, reduzindo os tempos de interrupção.

A partilha de poder não é benéfica apenas em emergências. Muitos dos painéis solares de telhado atuais devem primeiro converter sua energia em baixas tensões e depois em média tensão. Com conversores de média tensão, essa energia pode evitar obstáculos desnecessários.

“É como uma arbitragem de poder em todo o sistema de distribuição”, disse Mather. “Isso permite mitigar muitos impactos dos recursos distribuídos, especificamente solares.”

Em suma, os conversores de média tensão poderiam ajudar as empresas de serviços públicos a controlar com segurança como e onde a electricidade se move através das redes locais. E isso poderia ajudar a tornar uma futura rede de energia limpa resiliente e fiável.

Os conversores de média tensão ainda são uma tecnologia relativamente nova. Isso significa que eles devem passar por testes extensivos para garantir que sejam eficientes, acessíveis e seguros o suficiente para serem introduzidos na rede elétrica dos EUA.

Mas não é fácil construí-los ou estudá-los. “A lista de verificação para procedimentos de inicialização, operação e desligamento teve que ser escrita e reescrita”, disse Ramanathan Thiagarajan, engenheiro de pesquisa do NREL.

Para o teste do NREL, a equipe construiu uma réplica do tipo de sistema de energia que poderia se beneficiar de seus conversores de média tensão. A segurança – da tripulação, mas também do protótipo – era a principal prioridade da equipe. Todo o banco de testes, que ocupa um espaço do tamanho de um ônibus urbano, é cercado por uma cerca preta.

Os parceiros acadêmicos da equipe construíram um protótipo:um conversor de energia baseado em carboneto de silício de 10 quilovolts projetado para funcionar lado a lado com seu gêmeo. Quando os pesquisadores estavam prontos para conectar o protótipo em sua réplica da rede, eles aumentaram a tensão pouco a pouco até atingirem a faixa de média tensão. O protótipo era precioso demais (e caro) para correr o risco de ser danificado por um pico de tensão.

“Chegamos à faixa de 5 quilovolts”, disse Mather. “Não é um número enorme, mas é maior do que qualquer outra pessoa já operou.”

Em seguida, planeiam abrir o seu banco de testes a mais pesquisas sobre como os dispositivos de média tensão poderiam ajudar a rede a adaptar-se ou a depender do hidrogénio como outra fonte de energia limpa. A equipe do NREL também espera alcançar tensões ainda mais altas em uma instalação totalmente nova. “A conversão de energia de média tensão em geral parece que seu dia está se aproximando rapidamente”, disse Mather. “Veremos cada vez mais inscrições e cada vez mais pessoas interessadas nisso.

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