Um transformador sem núcleo magnético, ou uma rede feita para a energia verde + test

Índice

• Instalar turbinas eólicas não basta
• O que é um transformador de estado sólido
• Três linhas de um mesmo esforço
• Isolamento vindo diretamente das plantas
• Módulos sem chefe
• Números do laboratório
• Verde não só no nome
• Mais do que uma experiência
• O que reter
• Cinco perguntas: tens o que é preciso para seres engenheiro de energia? (teste)

⇑Instalar turbinas eólicas não basta

A transição energética costuma ser discutida em termos de vento, sol e água, isto é, das próprias fontes de energia. Mas mudar as fontes é só metade do trabalho. A energia das instalações renováveis ainda tem de ser transportada e distribuída, e isso exige uma nova infraestrutura de rede, com urgência.

«A transição energética precisa de redes elétricas mais flexíveis, digitais, resilientes e capazes de integrar uma elevada quota de renováveis», afirma Jonatan Peris Rivas, da fundação espanhola CIRCE, que coordena o projeto SSTAR, financiado pela UE.

⇑O que é um transformador de estado sólido

O protagonista do projeto é o transformador de estado sólido, abreviadamente SST. É um dispositivo avançado de eletrónica de potência em que o transformador clássico com núcleo magnético é substituído por interruptores semicondutores que funcionam a alta frequência. Parece uma mudança de conceção para especialistas, mas, na prática, transfere um elemento essencial da rede para o mundo da eletrónica.

A equipa do SSTAR definiu um objetivo concreto: levar esta tecnologia para além da fase de baixa tensão e prepará-la para funcionar em redes de alta tensão. A ideia era mostrar que os SST de alta tensão podem passar do conceito a protótipos validados em experiências, apoiados em dados credíveis sobre desempenho, segurança e sustentabilidade.

⇑Três linhas de um mesmo esforço

O trabalho decorreu em paralelo em três direções. Cada uma respondia a um desafio diferente, desde os materiais, passando pela própria eletrónica, até à forma de controlar todo o sistema:

• um fluido dielétrico sustentável de base biológica, destinado a melhorar o desempenho de isolamento do dispositivo;
• um módulo SST de alta tensão baseado em transferência de potência indutiva bidirecional, abreviadamente IPT;
• uma arquitetura de controlo descentralizada em cascata com pontes H, que permite acrescentar mais módulos sem um controlador central.

⇑Isolamento vindo diretamente das plantas

A primeira linha mostra que a engenharia de energia moderna não se resume aos semicondutores. Para isolar os elementos do protótipo, a equipa preparou um fluido de origem vegetal. Foi produzida uma amostra de 200 litros, destinada ao protótipo do transformador. Nesta abordagem, ser verde diz respeito não só à fonte de energia, mas também aos materiais de que o próprio equipamento é feito.

⇑Módulos sem chefe

A segunda e a terceira linhas estão estreitamente ligadas. O módulo de alta tensão transfere energia nos dois sentidos graças à potência indutiva. A arquitetura descentralizada, por sua vez, significa que os módulos individuais podem ser ligados em série e o seu número aumentado sem que um único controlador central supervisione o conjunto. Um desenho deste tipo destina-se a tornar a solução mais fácil de escalar.

⇑Números do laboratório

Todos os elementos foram integrados e validados em dois bancos de ensaio certificados. O protótipo baseado na tecnologia IPT alcançou uma transferência de potência de 76,7 kW a 1 500 V, e o seu rendimento em operação ressonante foi de cerca de 95%.

O ensaio da versão em cascata revelou-se igualmente interessante. Os investigadores ligaram 28 módulos em série e simularam condições de rede de 66 kV a 100 A RMS. Isto corresponde a 660 kW por ramo, e tudo sem um controlador central. Os resultados confirmam tanto a escalabilidade do sistema como a sua eficácia técnica.

⇑Verde não só no nome

A equipa não se limitou às medições elétricas. Foi também realizada uma avaliação da sustentabilidade. «A nossa avaliação de sustentabilidade posterior mostrou que o conceito SSTAR pode melhorar significativamente o desempenho ambiental, especialmente quando alimentado por eletricidade renovável», afirma Peris Rivas.

Os investigadores indicaram ainda os locais onde a nova tecnologia tem melhores hipóteses. Apontaram as microrredes industriais, os centros de dados e as instalações de energia renovável offshore como as mais promissoras.

⇑Mais do que uma experiência

Segundo a equipa, o projeto traçou um caminho claro para transformadores de estado sólido de alta tensão que são tecnicamente promissores, mais sustentáveis e adequados às necessidades reais da rede. Os próprios SST tornaram-se uma tecnologia séria de apoio a sistemas construídos sobre fontes de energia renováveis.

«O projeto não ficou pelas ideias de laboratório: produziu protótipos validados, uma avaliação de sustentabilidade e social e um roteiro claro para alcançar a maturidade técnica», sublinha Peris Rivas. Ele vê na combinação das soluções técnicas com uma visão ao nível de todo o sistema o maior sucesso do projeto. Com base nos resultados, os investigadores continuam a desenvolver os protótipos, à procura de parceiros industriais, investimentos e novas oportunidades de financiamento.

⇑O que reter

A transição energética não é só sobre novas fontes de energia, mas também sobre novos dispositivos na própria rede. O projeto SSTAR mostrou que os transformadores de estado sólido podem sair do laboratório e funcionar na gama da alta tensão, com elevado rendimento, arquitetura escalável e isolamento de origem vegetal. Para estudantes de engenharia da energia, engenharia eletrotécnica ou eletrónica, é um bom exemplo de quantas áreas se encontram num único dispositivo: dos materiais isolantes, passando pela eletrónica de potência, até aos sistemas de controlo.

⇑Cinco perguntas: tens o que é preciso para seres engenheiro de energia? (teste)