A Revolução da Descentralização

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A Revolução da Descentralização

Por Jesse Roman

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Enquanto a geração e transmissão se tornam menos centradas nas empresas serviços públicos (utilities), o NEC se atualiza com uma série de novas provisões focadas nas tecnologias emergentes.

Por mais de um século, a geração e a distribuição elétrica nos Estados Unidos foi ordenada e consolidada. Grandes unidades de propriedade dos serviços públicos perto dos grandes centros urbanos geravam energia e alimentavam uma rede de linhas de distribuição que atendiam a todos.

Neste século este modelo centralizado começou a mudar. Tecnologias melhoradas e custos despencando levaram ao surgimento de geradoras solares e eólicas de propriedade particular enquanto mais empresas e indivíduos viam a autossuficiência em energia como estratégica e economicamente corretas. Esta miscelânea de novas geradoras é sempre crescente e um pedaço cada vez mais importante da torta da energia, complementando a energia das empresas tradicionais.

“Há dez anos ninguém imaginaria a quantidade de infraestrutura que construímos neste espaço”, disse Bill Burke, gerente da divisão de engenharia elétrica na NFPA.

A mudança na paisagem fez os especialistas em eletricidade reimaginarem o futuro da rede elétrica, e este foi o impulso por trás de três das mais importantes adições ao Código Elétrico Nacional de 2017® (NEC). As mais e maiores usinas de geração de propriedade dos consumidores levaram os painéis do NEC a considerar sistemas e circunstâncias para as quais nunca tinham olhado.

Desde sua criação em 1896, o escopo do NEC foi limitado a considerações elétricas do lado do consumidor do medidor – ou seja, as regras do código não se aplicam ao equipamento de geração e distribuição operados e de propriedade das empresas. Antes, quando os grandes serviços públicos controlavam virtualmente toda a geração e distribuição, a linha de demarcação era relativamente simples: o NEC regulamentava a geração e a distribuição de energia, e as regras do NEC assumiam no ponto em que a eletricidade entrava na propriedade do consumidor, tipicamente um prédio.

“No NEC chamamos este ponto de ponto de serviço, onde a responsabilidade da empresa acaba e nós começamos”, diz Jeff Sargent, um especialista regional do NEC na NFPA.

“Mas esta linha de demarcação é dinâmica e está se movendo. Enquanto a descentralização da energia empurrou a responsabilidade das empresas para mais longe do sistema elétrico do proprietário, o NEC tem que tratar de sistemas diferentes e de voltagens mais altas.”

Três dos cinco novos artigos propostos no Nec 2017 são consequência direta desta tendência: Artigo 691, “Fotovoltaicos de Grande Escala”; Artigo 712, “Pequenas Redes de Corrente Contínua” e Artigo 706, “Sistemas de Armazenamento de Energia”.

NECenCifras Port

FV de (muito) grande escala

Painéis fotovoltaicos, ou FV, não são novos, aparecendo pela primeira vez no Nec em 1984. Aqueles sistemas geravam pouca energia e a adoção era pequena.

Os sistemas de grande escala cobertos sob o proposto Artigo 691 são completamente outro assunto, diz Mark Earley, engenheiro elétrico chefe da NFPA. Por definição, instalações de grande escala de FV são sistemas que produze ao menos 5 MW, mais ou menos o suficiente para energizar 800 casas médias americanas. Mas os sistemas podem ser muito maiores, de acordo com Earley. Durante o verão de 2014, Earley e membros do comitê técnico do NEC foram ao deserto de Sonora, na Califórnia, para visitar uma fazenda solar chamada Desert Sunlight. Quando estiver completa, o conjunto terá cerca de seis milhões de painéis e produzirá 550MW, ou o suficiente para alimentar cento e sessenta mil casas, de acordo com o site da empresa, www.firstolar.com.

“A escala foi realmente surpreendente”, disse Earley. “Dirigindo pelo centro, se espalha por algo como cinco milhas em cada direção, e tudo o que se pode ver nas duas direções é um mar de FV”.

Além dessa magnitude, a instalação da Desert Sunlight também é única porque é uma operação privada e não é propriedade de um serviço público. A energia gerada nela vai para a rede elétrica e é vendida para os serviços públicos. É essencialmente uma planta de energia privada e cai dentro do escopo do NEC. O problema, contudo, de acordo com Sargent, é que “as atuais exigências do NEC não cobrem adequadamente instalações desta magnitude”.

Isso acontecia principalmente porque não existiam conjuntos solares de mais de 5MW até 2007, e os realmente grandes de mais de 100 MW foram todos construídos desde 2012, de acordo com a Solar Energy Industry Association (SEIA). Agora existem nove conjuntos maiores que 100 MW, todos na Califórnia e no Arizona, segundo a SEIA.

Além de definir algumas exigências básicas para a instalação, o artigo proposto para o NEC sobre FV de grande escala na realidade facilita ou remove do código algumas das tradicionais exigências para FV. Apesar do tamanho dos sistemas, existem alguns aspectos que os fazem mais seguros que o típico conjunto doméstico, diz Earley. Quase todos esses grandes conjuntos, por exemplo, estão localizados em áreas isoladas longe das comunidades, tornando irrelevantes algumas das exigências do código. “A maioria deles está em áreas cercadas, de modo que as únicas pessoas com acesso são os profissionais da FV”, diz Earley. “Existem umas poucas exigências que você não precisa porque os conjuntos não estão instalados num prédio, como desligamento rápido. Mas, como estão em áreas cercadas, há algumas exigências de aterramento das cercas, e coisas do tipo.”

Microrredes de corrente contínua 

Estas redes são outro exemplo de infraestrutura elétrica que, tradicionalmente, era de propriedade de um serviço público, mas está migrando para o lado do consumidor. Essencialmente redes de distribuição independentes, as microrredes estão se tornando populares pelo mundo em certas grandes instalações e campi como uma maneira de aumentar a eficiência em energia, reduzir custos e manter a continuidade de negócios críticos.

Independência da rede atrai como uma proteção contra flutuações de preço e interrupções que ameaçam os negócios. Mas para certas grandes empresas, geração e distribuição de corrente contínua também podem economizar centenas de milhares de dólares por ano. 

Desde que George Westinghouse ganhou a guerra com Thomas Edison nas guerras sobre corrente elétrica no fim do século XIX, as empresas entregam eletricidade como corrente alternada (CA). Contudo, equipamento de computação, eletrônicos, iluminação com LEDs, equipamento de comunicação e outros sistemas críticos rodam em corrente contínua (CC), o que significa que a eletricidade da rede precisa ser convertida antes que os equipamentos em CC possam usá-la. Esta conversão, contudo, resulta em perdas de energia, o que, no caso de grandes empresas de tecnologia ou telecomunicações operando grandes centros de dados, pode chegar a somas significativas. 

Os claros benefícios fizeram que centenas de microrredes em CC fossem instaladas pelo mundo, em centros de dados, aeroportos, campi e outros. “Isso é como criar um pequeno serviço públicosno prédios, diz Sargent.

Toda essa atividade chamou a atenção do comitê técnico do NEC. O código atual cobre exigências básicas para fiação, proteção para sobrecorrente e aterramento, mas “não cobre todos os problemas quando múltiplas fontes e cargas em CC são interligadas, justificando a necessidade de um novo artigo no código”, escreveu a Força Tarefa de CC do comitê técnico de correlação do NEC na defesa da criação de um novo capítulo. A força tarefa escreveu que vê este novo capítulo como “um importante primeiro passo, e um ponto de referência para futuras exigências nesta área em rápido desenvolvimento”. 

Sistemas de armazenamento de energia

Como detalhado no artigo “Energia de Reserva”, sistemas de armazenamento de energia (ESS) estão rapidamente transformando a paisagem da energia. Por causa da enorme flexibilidade que os sistemas oferecem, espera-se que a adoção se expanda rapidamente por muitos setores, e mesmo no mercado de consumidores residenciais. Os ESS permitem o armazenamento de energia renovável para uso quando o vento não sopra e o sol não brilha. Também permitem que os consumidores comprem e estoquem eletricidade da rede quando os preços estão baixos (como à noite) e usem quando a demanda e os preços sobem. Hospitais, centros de dados, aeroportos e outras instalações com operações críticas podem usar energia de baterias para garantir que tudo funcione quando falta energia. Para os serviços públicos, armazenar grandes quantidades de energia em baterias significa que energia extra está disponível durante picos infrequentes de demanda, eliminando a necessidade de novas geradoras.

O NEC tem algumas exigências para baterias desde a edição de 1897, mas nada tão amplo como o proposto Artigo 706, diz Earley. O artigo proposto tem “um monte de detalhes” para uma nova faceta do código, diz ele, e incluí regras para equipamento, instalação de únicos e múltiplos ESS, desconexão e desligamento, marcação de segurança, etc. O artigo cobre baterias eletroquímicas, de fluxo, capacitores e dispositivos de energia cinética como volantes e ar comprimido.

Por mais completo que seja esta primeira tentativa, Sargent admite que é só um começo, e que os ESS são uma significativa nova categoria ainda na sua infância. “Esta é o nosso primeiro passo – à medida que estes sistemas se tornem mais comuns, as regras de segurança vão evoluir muito como as do fotovoltaico”, diz ele. “É difícil de prever ou criar um teste em laboratório o que vai acontecer no mundo real, mas a tecnologia não vai ficar esperando pelos códigos e normas, vai avançando”.

A segurança primeiro

Novas e mutáveis tecnologias não são a única coisa que forçam a mudança no NEC. Como em todas as edições, houve uma saudável quantidade de sugestões e revisões. No fim, os comitês receberam mais de quatro mil sugestões de público, o que é bastante, diz Earley. Entre as mudanças que chegaram ao documento estão as novas exigências que devem aumentar a segurança para trabalhadores da eletricidade e os primeiros a atenderem as emergências. Aqui está uma pequena lista de umas poucas das mudanças propostas:

Desligamento externo para primeiros atendentes: esta nova exigência, que entraria em vigor em 2020, exigiria que todas as novas estruturas residências uni e bi familiares tenham um interruptor externo para cortar a energia para a residência. Atualmente o NEC exige um meio de desligar o serviço elétrico, mas não especifica onde o interruptor deve estar. Os bombeiros, há muito tempo, apoiam a exigência de um interruptor externo para evitar ter que entrar no prédio queimando ou inundado para desligar a energia, se necessário, mas em algumas áreas rurais isso pode levar meia hora ou mais e, em muitas situações, o tempo é essencial.

Etiquetas melhores: algumas das novas propostas de revisão pretendem alinhar melhor o NEC com a NFPA 70E®, Segurança Elétrica no Local de Trabalho.

“As novas exigências nos ajudarão a implementar as práticas de trabalho seguro que a 70E pede – se nos temos uma instalação inicial segura, facilitará as praticas de trabalho seguro”, diz Sargent. “É assim que os dois documentos trabalham juntos”.

Uma revisão pede por etiquetagem mais detalhada no equipamento, como a voltagem nominal, energia incidente, e o nível de EPI necessário. Ao dar aos trabalhadores de manutenção informações específicas e únicas para aquele sistema elétrico eles terão um conhecimento melhor de quais as precauções que devem ser tomadas, diz Sargent. “Hoje em dia, tudo o que se exige é um aviso básico como ‘Perigo de Arco Elétrico’”, diz ele.

Outra revisão projetada para tratar da segurança do trabalhador estabeleceria mínimos de distâncias à frente e ao lado na instalação de certos equipamentos elétricos. A regra pretende garantir que os trabalhadores não fiquem em risco quando trabalhando em espaços apertados cheios de equipamento, como acima de um teto ou duto.

“Queremos evitar uma situação onde um trabalhador tem que se enfiar naquele espaço e resolver o problema, ou testar os fios e fazer medições, e não pode abrir completamente as portas do gabinete, ou tem que trabalhar encostado a uma superfície aterrada”, diz Sargent.

Em outras mudanças, um novo Artigo 425 trata das regras para equipamento de aquecimento de processos, como boilers de eletrodo, aquecedores de dutos, fitas de aquecimento, aquecedores de imersão e outros equipamentos fixos aprovados para aquecimento de processos comerciais e industriais.

Um novo Artigo 710 dá regras específicas para sistemas independentes de energia que não estão ligados às redes. Muitos destes sistemas incluem sistemas de FV, eólicos, células combustíveis, motores de geradores e outros. Finalmente, novas regras foram acrescentadas quanto a elevadores de piscinas para pessoas com deficiências.

A data final para apresentar notícias de intenção de fazer uma moção para o NEC foi 29 de abril, enquanto esta edição do Journal estava indo para a impressão. Para maiores informações sobre edição de 2017 do NEC, visite nfpa.org/70.

Jesse Roman es editor asociado en NFPA Journal.

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