Formação de redes: o que é e por que está a transformar os sistemas elétricos modernos
O Grid Forming é uma tecnologia de controlo aplicada a inversores de potência que permite que uma fonte de geração ou um sistema de armazenamento estabeleça e mantenha, de forma autónoma, a tensão e a frequência de uma rede elétrica. Ao contrário dos inversores convencionais, que precisam de se sincronizar com uma rede existente para poderem funcionar, um sistema de Grid Forming é capaz de criar a sua própria referência elétrica, atuando como se fosse um gerador síncrono tradicional.
O desenvolvimento da tecnologia Grid Forming responde a um dos maiores desafios da transição energética: a substituição progressiva de centrais térmicas e grandes grupos síncronos por instalações baseadas em eletrónica de potência, tais como centrais fotovoltaicas, parques eólicos e sistemas BESS. À medida que aumenta a penetração destas tecnologias, diminui a inércia natural do sistema elétrico, tornando-se necessário incorporar novos mecanismos capazes de garantir a estabilidade da rede.
Neste contexto, a formação de rede (Grid Forming) representa uma evolução fundamental na conceção dos sistemas elétricos modernos. Os inversores com esta capacidade não só convertem energia em corrente alternada, como também podem regular a tensão, estabilizar a frequência, partilhar potência com outros equipamentos e manter o funcionamento de uma rede mesmo quando a referência elétrica externa desaparece.
A importância do Grid Forming tem vindo a crescer de forma notável nos últimos anos, devido ao aumento dos projetos de armazenamento de energia, microrredes, sistemas isolados e centrais de energias renováveis de grande escala. Organismos internacionais, operadores de redes elétricas e fabricantes de equipamentos consideram esta tecnologia como um dos pilares que permitirá operar redes com uma elevada penetração de energias renováveis sem comprometer a segurança do abastecimento.
O que significa «Grid Forming»?
O termo «Grid Forming» pode ser traduzido como «formação de rede» ou «criação de rede», embora no setor energético seja habitual utilizar a expressão inglesa devido à sua ampla aceitação internacional. O seu significado refere-se à capacidade de determinados inversores de gerarem uma referência estável de tensão e frequência, com base na qual outros equipamentos ligados à mesma rede se podem sincronizar. Por outras palavras, um inversor «Grid Forming» não necessita da existência prévia de uma rede elétrica estável para começar a funcionar, podendo criá-la por si próprio.
Esta diferença reveste-se de especial importância em sistemas elétricos onde predominam as fontes renováveis baseadas em eletrónica de potência. Enquanto as centrais convencionais geram naturalmente uma referência de frequência graças à massa rotativa dos seus alternadores, um sistema de formação de rede (Grid Forming) reproduz este comportamento através de algoritmos avançados de controlo implementados no inversor. Consequentemente, a tecnologia Grid Forming permite que as instalações renováveis e os sistemas de armazenamento desempenhem funções que, até há poucos anos, só podiam ser realizadas pelos geradores síncronos convencionais.
Como funciona um sistema de formação de rede?
O funcionamento de um sistema Grid Forming baseia-se em algoritmos de controlo que permitem ao inversor regular diretamente a tensão e a frequência de saída. Em vez de aguardar uma referência proveniente da rede elétrica, o equipamento define os seus próprios parâmetros de funcionamento e adapta continuamente a sua resposta em função das condições do sistema.
Para o conseguir, o inversor mede continuamente variáveis como a potência ativa, a potência reativa, a tensão, a frequência e o estado do sistema elétrico. Com base nesta informação, ajusta automaticamente o seu comportamento para manter o equilíbrio entre a produção e a procura, proporcionando estabilidade mesmo durante perturbações significativas. Um dos aspetos mais relevantes do Grid Forming é a sua capacidade de responder de forma praticamente instantânea a alterações bruscas na carga ou na produção renovável. Esta velocidade de resposta permite reduzir os desvios de frequência e melhorar consideravelmente a estabilidade dinâmica da rede.
Em aplicações com BESS, o sistema de armazenamento fornece ou absorve energia de acordo com as ordens do controlador Grid Forming, compensando as variações de potência que possam ocorrer na rede. Esta combinação torna os sistemas de armazenamento um dos principais motores do desenvolvimento desta tecnologia.
Os algoritmos utilizados pelos investidores em redes de formação de rede estão em constante evolução. Muitos fabricantes incorporam modelos inspirados no comportamento dos geradores síncronos, conhecidos como Virtual Synchronous Machine (VSM), Virtual Synchronous Generator (VSG) ou controlos baseados na equação de oscilação (Swing Equation), cujo objetivo é reproduzir virtualmente a inércia eletromecânica que, tradicionalmente, era proporcionada pelas grandes centrais elétricas.
Por que razão a formação de redes é importante para a transição energética?
A transição para um sistema elétrico baseado principalmente em energias renováveis está a alterar profundamente a forma como as redes elétricas funcionam.
Durante décadas, a estabilidade do sistema dependia de grandes centrais térmicas, hidroelétricas e nucleares equipadas com geradores síncronos. Estas máquinas proporcionavam naturalmente inércia, regulação de frequência, potência de curto-circuito e estabilidade de tensão, graças à sua elevada massa rotativa. No entanto, as centrais solares fotovoltaicas, os parques eólicos modernos e os sistemas BESS utilizam inversores eletrónicos para se ligarem à rede. Estes equipamentos, tradicionalmente conhecidos como «Grid Following», necessitam de uma referência externa para se sincronizarem e, por si sós, não proporcionam as mesmas características dinâmicas que um gerador convencional. A tecnologia «Grid Forming» surge precisamente para dar resposta a esta necessidade. Graças a ela, as instalações renováveis podem assumir funções essenciais para o funcionamento do sistema elétrico, reduzindo a dependência das centrais convencionais e facilitando uma penetração muito maior da produção livre de emissões.
Esta mudança reveste-se de especial importância em países onde a participação da energia solar e da energia eólica continua a crescer a um ritmo acelerado. Nestes sistemas, a tecnologia Grid Forming permitirá manter a estabilidade da rede, mesmo quando uma parte muito significativa da produção provier de fontes renováveis ligadas através de eletrónica de potência.
Principais aplicações da formação de rede
A tecnologia Grid Forming está a assumir um papel de destaque na modernização dos sistemas elétricos. A sua capacidade de formar uma rede elétrica estável e de prestar serviços tradicionalmente associados aos geradores síncronos faz com que a sua aplicação se estenda a inúmeros domínios do setor energético.
As principais aplicações da formação de rede são as seguintes:
- BESS (Battery Energy Storage System) Os sistemas de armazenamento com baterias são atualmente uma das aplicações mais importantes da tecnologia Grid Forming. Graças a esta capacidade, um BESS pode regular a frequência, controlar a tensão, fornecer inércia sintética e responder de forma quase instantânea a perturbações na rede, melhorando a estabilidade do sistema elétrico.
- Centrais solares fotovoltaicas: Cada vez mais centrais fotovoltaicas incorporam inversores Grid Forming para cumprir os novos códigos de rede e oferecer serviços avançados de apoio à rede elétrica. Estes sistemas permitem que as instalações fotovoltaicas contribuam ativamente para a estabilidade da rede, especialmente em sistemas com uma elevada penetração de energias renováveis.
- Parques eólicos: Os aerogeradores equipados com conversores de potência compatíveis com a função «Grid Forming» podem participar no controlo da frequência e da tensão, melhorando o comportamento dinâmico do parque eólico e facilitando a sua integração em redes elétricas com baixa inércia.
- Microrredes (Microgrids): Em redes isoladas ou capazes de funcionar de forma independente, um inversor Grid Forming estabelece a referência de tensão e frequência necessária para alimentar as cargas sem depender de uma rede principal. Esta aplicação revela-se especialmente útil em ilhas, explorações mineiras, instalações industriais, hospitais e comunidades remotas.
- Sistemas elétricos isolados (Modo Ilha): A tecnologia Grid Forming permite manter o fornecimento de eletricidade quando uma instalação funciona de forma isolada devido a uma desconexão da rede principal. Durante este modo de funcionamento, o inversor cria e estabiliza a rede local, garantindo a continuidade do serviço.
- Black Start: Uma das aplicações com maior potencial consiste na capacidade de realizar um «Black Start», ou seja, restabelecer progressivamente o fornecimento de eletricidade após um apagão total. Os sistemas de «Grid Forming» podem criar uma referência elétrica estável a partir do zero, permitindo alimentar linhas, subestações e outros equipamentos antes de sincronizar novamente a rede.
- Redes elétricas com elevada penetração de energias renováveis: À medida que aumenta a produção de energia solar e eólica, diminui a presença de geradores síncronos convencionais. A tecnologia Grid Forming permite compensar esta perda de inércia natural e manter a estabilidade do sistema elétrico, tornando-se um elemento fundamental para a transição energética.
