Revolução digital em subestações de transformação
O gémeo digital irá acelerar consideravelmente o planeamento e o desenvolvimento de subestações transformadoras
O setor da energia está sob imensa pressão. Os operadores de redes de distribuição alemães têm que preparar as suas infraestruturas para a transição energética, e têm que o fazer rapidamente.
Até 2030, cerca de 80% da eletricidade será gerada a partir de fontes renováveis. Um projeto-piloto na naturenergie netze GmbH está a demonstrar como as subestações de transformação podem ser modernizadas mais rapidamente. Em colaboração com os fornecedores de software Eplan e entegra, este operador de redes de distribuição do sul da Alemanha está atualmente a trabalhar pela primeira vez numa réplica digital que irá agilizar significativamente o planeamento e posterior desenvolvimento de subestações de transformação.
No passado, existia a distribuição. Durante décadas, a energia era simplesmente distribuída numa direção – de centrais elétricas nucleares e a carvão em funcionamento contínuo para subestações de transformação, e daí (depois de a tensão ter sido reduzida várias vezes) para os consumidores finais. Usando uma analogia com o trânsito rodoviário, esta tranquila "rua de sentido único" transformou-se agora numa movimentada rede rodoviária no centro da cidade. Atualmente, a matriz energética sofre alterações de hora a hora com o vento e as condições meteorológicas, pelo que, essencialmente, já não existe uma carga de base fiável. Adicionalmente, os operadores de parques eólicos e sistemas solares fornecem energia de forma descentralizada a níveis de média e baixa tensão, pelo que as redes elétricas funcionam agora em duas direções. As bombas de calor e as estações de carregamento de veículos elétricos implicam um consumo mais elevado, enquanto os perfis de carga há muito conhecidos que atingem picos ao início da noite são agora uma coisa do passado. No entanto, tanto a qualidade do fornecimento como a frequência de 50 Hz têm que estar sempre garantidas.
Os operadores de redes estão a enfrentar uma tarefa hercúlea – têm que adaptar as suas redes a estes requisitos complexos. Para a naturenergie netze, isto implica novos trabalhos de construção e a modernização de diversas subestações de transformação existentes. As centrais têm que ser adaptadas para satisfazer a procura cada vez maior de eletricidade, mas esse não é o único desafio. Um desfaio maior é o facto de terem que ser adaptadas de forma a lidar com um nível muito maior de flexibilidade em termos de fluxos e fontes de energia e do controlo exato da eletricidade.
O gémeo digital
A naturenergie netze (ver caixa de texto) apressou-se a responder a estes desafios e está atualmente a trabalhar num projeto-piloto à medida que moderniza um dos seus sistemas. O operador de redes está a usar um conceito digital para planear e configurar a sua conversão da subestação de transformação de Rheinfelden. Até nos trabalhos preliminares é aplicada a nova abordagem. Rainer Beck, coordenador do desenvolvimento de redes, explica: "Antes de iniciarmos o planeamento, criamos uma réplica digital da subestação de transformação, ou seja, uma representação virtual com todos os dados para os componentes sob tensão (a tecnologia principal) e o nível de controlo (a tecnologia secundária) e, evidentemente, para os edifícios e todos os periféricos. Depois, planeamos a conversão com base nesta réplica digital."
Outro motivo pelo qual esta é uma tarefa exigente é o facto de as tecnologias principal e secundária serem planeadas com recurso a diferentes ferramentas de software CAD. Neste projeto-piloto, o problema foi resolvido através de uma colaboração muito especial. Enquanto membros da task force "Réplicas digitais para sistemas de energia elétrica" da VDE ETG, dois fornecedores líderes – a entegra com a sua solução de software primtech para a tecnologia principal e a EPLAN para a tecnologia secundária – prepararam-se precisamente para aquilo de que a naturenergie netze precisava para a primeira fase de planeamento (preliminar), nomeadamente, combinar as tecnologias principal e secundária num único modelo.
Enormes ganhos de eficiência
Para este projeto único, a entegra e a EPLAN procuravam um operador de redes de distribuição inovador com um projeto-piloto adequado para participar como terceiro nesta colaboração. O contacto com a naturenergie netze aconteceu exatamente no momento certo – especialmente devido ao facto de o projeto em questão ser complexo. Como Rainer Beck explica: "O objetivo do projeto é renovar toda a tecnologia secundária numa subestação de transformação altamente complexa existente – e durante as operações em curso." É fácil compreender os motivos pelos quais o envolvimento neste projeto era apelativo. "Normalmente, seriam necessários dois a três anos para planear e implementar a modernização, mas a nova metodologia de planeamento irá realmente acelerar o processo." Todos os envolvidos no projeto concordam. Matthias Schuy, Diretor de Desenvolvimento Comercial na entegra, explica: "O que estamos a fazer aqui – a integrar as tecnologias principal e secundária de uma subestação de transformação numa réplica digital – nunca foi feito antes, mas promete enormes benefícios." Perguntámos-lhe se nos podia dar mais detalhes. Rainer Beck: "Com certeza. Em última análise, temos que provar que o investimento único será compensado rapidamente. Na primeira fase do projeto – o planeamento preliminar – constatamos poupanças de tempo consideráveis durante a conversão efetiva das subestações de transformação. E isto aplica-se a todos os projetos."
Um modelo para todos os utilizadores
Durante a primeira fase do projeto, a subestação de transformação foi digitalizada, foram tiradas fotos às placas de classificação, e os dados da tecnologia principal gerados foram comparados com os dados do sistema de gestão de ativos. O resultado foi um modelo 3D primtech válido e funcional da subestação de transformação. Durante um processo totalmente automatizado, os conjuntos de dados criados no primtech foram depois exportados para o EPLAN através de uma interface e usados como a base para o planeamento da tecnologia secundária no EPLAN. Por fim, os dados da tecnologia secundária foram integrados na réplica digital. Este trabalho está quase concluído. Ao documentar o cenário atual, foi criada a base para a substituição eficiente da tecnologia secundária da subestação de transformação. "Este é um passo realmente importante. Todos os dados são verificados. Basicamente, seguimos o princípio da "fonte única da verdade". Os dados dos sistemas originais são mantidos intactos e associados à réplica digital. Isto evita redundâncias que se poderiam revelar problemáticas no futuro", explica Jan Oliver Kammesheidt, Diretor Global do Mercado Vertical de Energia na EPLAN.
No que se refere à arquitetura do modelo de dados combinado, as partes envolvidas – respeitando sempre a abordagem da réplica – criaram uma infraestrutura especial. "Não existe um sistema principal – em vez disso, existem apenas diferentes perspetivas de um mesmo modelo. A réplica digital abre uma janela para os sistemas – por exemplo, do primtech para o EPLAN ou SAP. A réplica digital cumpre assim uma das suas principais funções – nomeadamente oferecer acesso centralizado a toda a informação relevante para a subestação de transformação", explica Schuy.
Normalização da tecnologia secundária
Esta colaboração entre as três partes – entegra, EPLAN e o operador de redes de distribuição – foi possível, ou pelo menos facilitada, por uma decisão tomada há dois anos. Foi nessa altura que a naturenergie netze começou a utilizar as soluções de software EPLAN Electric P8 e EPLAN Pro Panel para planear a sua tecnologia secundária, ou seja, a sua tecnologia de controlo. Simon Rümmele, líder do projeto de desenvolvimento da rede, foi responsável por isto e continua a sê-lo. "Com o EPLAN, podemos impulsionar a normalização e uma engenharia mais eficiente da tecnologia secundária – bem como o planeamento de ponto a ponto que também podemos utilizar durante a fase de operação para manutenção preventiva e revisões", diz Simon.
Lições da engenharia mecânica
O projeto demonstra que os utilizadores da indústria da eletricidade beneficiam da experiência e das soluções da engenharia mecânica. Neste sector, onde a EPLAN está presente há décadas, a normalização e a "industrialização" dos equipamentos de construção de painéis e de fabrico de equipamentos de comutação estão bem implantadas. No que diz respeito a este passo para as subestações de transformação, ainda há muito a fazer – mas tem que acontecer. "Até agora, as subestações de transformação têm sido planeadas caso a caso e construídas como elementos únicos. No entanto, isto dificulta muito a avaliação da necessidade de modernização e de novas construções que está a surgir como resultado da transição energética. O setor precisa de normalizar muito mais do que no passado. Estamos a prestar apoio e estamos muito satisfeitos por termos encontrado um parceiro inovador na naturenergie netze. Com a réplica digital conjunta para as tecnologias principal e secundária, estamos a agilizar consideravelmente o processo e a torná-lo também mais fiável", explica Kammesheidt.
Parceiros fortes para a conversão
Como explica Rümmele, é precisamente isto que a naturenergie netze está a tentar alcançar. "Pretendemos e precisamos de digitalizar mais, porque acreditamos que isso irá abrir oportunidades e facilitar as coisas no futuro. É por isso que estamos a experimentar as mais recentes tecnologias e a planear outros projetos-piloto na nossa subestação de transformação em Rheinfelden. Além disso, com a Rittal, a empresa irmã da EPLAN, também contamos com um parceiro forte para a conversão do hardware, ou seja, toda a tecnologia de armários", diz Rümmele.
A naturenergie netze também já está a planear a normalização há algum tempo – e a réplica digital conjunta criada pela entegra e pela EPLAN também servirá de base para isso. Rainer Beck: “Podemos considerar utilizar dois conceitos e edifícios normalizados na gama de 110 kV e criar variantes com base nestes. Estamos também a trabalhar neste sentido com os principais fornecedores primários. Isto também reduzirá o tempo e o planeamento necessários. E isso é fundamental, porque vamos ser obrigados a adaptar a maior parte das nossas subestações de transformação aos novos requisitos. A réplica digital e os trabalhos preliminares que estão a ser realizados pela entegra e pela EPLAN vão ajudar-nos nesse sentido. Através da parceria e da colaboração, estamos a criar uma verdadeira inovação que nos ajudará a desenvolver as nossas redes e a prepará-las para o futuro de forma eficiente.”
No entanto, a naturenergie netze não será a única a beneficiar do projeto. Kammesheidt: "Ao contrário do setor da engenharia mecânica, os operadores de redes partilham abertamente informações, porque não estão a competir entre si. Já existe muito interesse. Estou convencido de que muitos operadores de redes conseguirão basear-se no que estamos a fazer aqui e na task force VDE para planear e implementar rapidamente os seus próprios projetos de conversão e de nova construção."
©Imagens (Rittal e Eplan)
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A naturenergie netze GmbH é o operador da rede elétrica do Sul de Baden. A empresa prepara as redes elétricas e as infra-estruturas energéticas municipais para o futuro e garante um fornecimento de energia fiável. A empresa está a impulsionar a transição energética através da modernização e do desenvolvimento das infra-estruturas relevantes.
A sua área de rede abrange a região a sul de Friburgo até ao Alto Reno, a oeste, e estende-se desde o Lago Constança até ao norte de Villingen-Schwenningen, a leste. A naturenergie netze GmbH faz parte da empresa alemã/suíça naturenergie holding AG.