Revolução digital em subestações transformadoras
O setor de energia está sob muita pressão. Os operadores de redes de distribuição alemães precisam preparar sua infraestrutura para a transição energética e rápido.
Até 2030, cerca de 80 por cento da eletricidade será gerada a partir de fontes renováveis. Um projeto piloto na naturenergie netze GmbH está demonstrando como subestações transformadoras podem ser modernizadas mais rapidamente. Em colaboração com os fornecedores de software Eplan e entegra, esta operadora de rede de distribuição do sul da Alemanha está agora trabalhando pela primeira vez em um gêmeo digital que irá acelerar muito o planejamento e o desenvolvimento posterior de subestações transformadoras.
No passado, havia distribuição. Durante décadas, a energia era simplesmente distribuída em uma direção - de usinas de carvão e nucleares em operação contínua para subestações transformadoras e de lá (uma vez que a voltagem foi reduzida várias vezes) para os consumidores finais. Para usar uma analogia de tráfego rodoviário, essa tranquila "rua de mão única" agora se tornou uma movimentada rede rodoviária no centro da cidade. Hoje em dia, a mistura de energia muda de hora em hora com o vento e o clima, então essencialmente não há mais uma carga base confiável. Além disso, os operadores de parques eólicos e sistemas solares alimentam a energia descentralizadamente em níveis de média e baixa voltagem, então as redes elétricas agora funcionam em duas direções. Bombas de calor e estações de carregamento de veículos elétricos significam maior consumo, enquanto os perfis de carga há muito familiares que atingem o pico no início da noite agora são coisa do passado. No entanto, tanto a qualidade do fornecimento quanto a frequência de 50 Hz devem ser garantidas o tempo todo.
Os operadores de rede estão enfrentando uma tarefa gigantesca - eles precisam fazer suas redes se adequarem a esses requisitos complexos. Para a naturenergie netze, isso envolve novas obras de construção, bem como a modernização de várias subestações transformadoras existentes. As usinas precisam ser adaptadas para atender à crescente demanda por eletricidade, mas esse não é o único desafio. Um desafio maior é que elas precisam ser adaptadas para lidar com um nível muito maior de flexibilidade em termos de fontes e fluxos de energia e o controle preciso da eletricidade.
Um gêmeo digital
A naturenergie netze (veja a caixa de texto) foi rápida em abordar esses desafios e está atualmente trabalhando em um projeto piloto enquanto moderniza um de seus sistemas. A operadora da rede está usando um conceito digital para planejar e configurar sua conversão da subestação transformadora de Rheinfelden. A nova abordagem se aplica até mesmo ao trabalho preliminar. Rainer Beck, um coordenador de desenvolvimento de rede, explica: “Antes de começarmos a planejar, criamos um gêmeo digital da subestação transformadora, ou seja, uma representação virtual com todos os dados para os componentes ativos (a tecnologia primária) e o nível de controle (a tecnologia secundária) e, claro, para os edifícios e todos os periféricos. Então planejamos a conversão com base neste gêmeo digital”.
Outra razão pela qual esta é uma tarefa desafiadora é que a tecnologia primária e a secundária são planejadas usando diferentes ferramentas de software CAD. Neste projeto piloto, esta questão foi resolvida por uma colaboração muito especial. Como membros da força-tarefa VDE ETG “Digital twins for electrical energy systems”, dois fornecedores líderes - entegra com sua solução de software primtech para a tecnologia primária, e Eplan para a tecnologia secundária - se prepararam precisamente para o que a naturenergie netze precisava para o primeiro (preliminar) estágio de planejamento, ou seja, combinar tecnologia primária e secundária em um único modelo.
Grandes ganhos de eficiência
Para este projeto único, a entegra e a Eplan estavam procurando uma operadora de rede de distribuição inovadora com um projeto piloto adequado para se envolver como terceira parte nesta colaboração. O contato com a naturenergie netze veio exatamente na hora certa - especialmente porque o projeto em questão era complexo. Como Rainer Beck explica: “O objetivo do projeto é renovar toda a tecnologia secundária em uma subestação transformadora existente e altamente complexa - e durante as operações em andamento”. É fácil entender por que o envolvimento neste projeto foi atraente. “Normalmente levaria de dois a três anos para planejar e implementar a modernização, mas a nova metodologia de planejamento realmente acelerará as coisas”. Todos os envolvidos no projeto concordam. Matthias Schuy, gerente de desenvolvimento de negócios da entegra, explica: “O que estamos fazendo aqui - integrando a tecnologia primária e secundária de uma subestação transformadora em um gêmeo digital - nunca foi feito antes, mas promete grandes benefícios”. Perguntamos a ele se ele poderia nos dar um pouco mais de detalhes. Rainer Beck: “Claro. Por fim, precisamos provar que o investimento único será compensado rapidamente. Após a primeira fase do projeto - o planejamento preliminar - vemos uma economia de tempo considerável durante a conversão real das subestações transformadoras. Além do mais, isso se aplica a todos os projetos”.
Matthias Schuy, entegra: "A combinação digital de tecnologia primária e secundária é única - e promete grandes benefícios."
Um modelo para todos os usuários
Durante o primeiro estágio do projeto, a subestação transformadora foi escaneada, fotos foram tiradas das placas de classificação e os dados de tecnologia primária gerados foram comparados com os dados do sistema de gerenciamento de ativos. O resultado foi um modelo 3D primtech válido e funcional da subestação transformadora. Durante um processo totalmente automatizado, os conjuntos de dados criados no primtech foram exportados para o Eplan por meio de uma interface e usados como base para o planejamento da tecnologia secundária no Eplan. Finalmente, os dados da tecnologia secundária foram integrados ao gêmeo digital. Este trabalho está quase completo. Ao documentar o cenário como ele está atualmente, a base foi fornecida para substituir a tecnologia secundária da subestação transformadora de forma eficiente. “Este é um passo muito importante. Todos os dados são verificados. Basicamente, seguimos o princípio da "única fonte da verdade". Os dados nos sistemas originais são deixados intocados e vinculados ao gêmeo digital. Isso evita redundâncias que podem ser problemáticas no futuro”, explica Jan Oliver Kammesheidt, gerente global de mercado vertical de energia da Eplan.
Jan Oliver Kammesheidt, Eplan: "A indústria precisa se padronizar. Estamos muito felizes por termos encontrado um parceiro inovador na naturenergie netze."
Em termos da arquitetura do modelo de dados combinado, as partes envolvidas - muito em consonância com a abordagem do gêmeo - criaram uma infraestrutura especial. “Não há um sistema líder - em vez disso, há apenas diferentes perspectivas de um e o mesmo modelo. O gêmeo digital abre uma janela para os sistemas - por exemplo, da primtech para a Eplan ou SAP. O gêmeo digital, portanto, cumpre uma de suas principais funções - ou seja, oferecer acesso centralizado a todas as informações relevantes para a subestação transformadora”, explica Schuy.
Padronização da tecnologia secundária
Esta colaboração entre as três partes - entegra, Eplan e a operadora da rede de distribuição - foi possível, ou pelo menos facilitada, por uma decisão tomada há dois anos. Foi quando a naturenergie netze começou a usar as soluções de software Eplan Electric P8 e Eplan Pro Panel para planejar sua tecnologia secundária, ou seja, sua tecnologia de controle. Simon Rümmele, que é um líder de projeto de desenvolvimento de rede, foi responsável por isso e ainda está no comando hoje. “Com a Eplan, podemos impulsionar a padronização e a engenharia mais eficiente da tecnologia secundária - bem como o planejamento de ponta a ponta que também podemos usar durante a fase de operação para manutenção preventiva e revisões”, diz ele.
Lições da engenharia mecânica
O projeto está demonstrando que os usuários da indústria elétrica estão se beneficiando da experiência e das soluções da engenharia mecânica. Nesse setor - um no qual a Eplan atua há décadas - a padronização e a “industrialização” de equipamentos de fabricação de painéis e aparelhagem de manobra estão firmemente estabelecidas. Quanto a essa etapa para subestações transformadoras, ainda há muito a ser feito - mas isso tem que acontecer. “Até agora, as subestações transformadoras foram planejadas caso a caso e construídas como uma única vez. No entanto, isso torna muito difícil julgar a necessidade de modernização e novas construções que estão surgindo como resultado da transição energética. O setor precisa padronizar muito mais do que no passado. Estamos fornecendo suporte e estamos felizes por termos encontrado um parceiro inovador na naturenergie netze. Com o gêmeo digital conjunto para tecnologia primária e secundária, estamos acelerando o processo consideravelmente e tornando-o mais confiável também”, explica Kammesheidt.
Parceiros fortes para a conversão
Como Rümmele explica, é exatamente isso que a naturenergie netze está se propondo a alcançar. “Queremos e precisamos digitalizar mais, porque acreditamos que isso abrirá oportunidades e tornará as coisas mais fáceis no futuro. É por isso que estamos testando as tecnologias mais recentes e planejando mais projetos piloto em nossa subestação transformadora em Rheinfelden. Além disso, com a Rittal, a empresa irmã da Eplan, também temos um parceiro forte a bordo para converter o ‘hardware’, em outras palavras, toda a tecnologia de gabinete”, diz ele.
A naturenergie netze também vem planejando a padronização há algum tempo - e o gêmeo digital conjunto criado pela entegra e pela Eplan também fornecerá a base para isso. Rainer Beck: “Podemos imaginar o uso de dois conceitos e edifícios padrão na faixa de 110 kV e a criação de variantes com base neles. Também estamos trabalhando nisso com os principais fornecedores primários. Isso também reduzirá a quantidade de tempo e planejamento necessários. E isso é vital, porque seremos forçados a adaptar a maioria de nossas subestações transformadoras para cumprir com os novos requisitos. O gêmeo digital e o trabalho preliminar realizado pela entegra e pela Eplan nos ajudarão com isso. Por meio de parceria e colaboração, estamos chegando a uma inovação genuína que nos ajudará a desenvolver nossas redes e torná-las adequadas para o futuro de forma eficiente”.
No entanto, não é apenas a naturenergie netze que se beneficiará do projeto. Kammesheidt: “Ao contrário do setor de engenharia mecânica, os operadores de rede compartilham informações abertamente, porque não estão competindo entre si. Já há muito interesse. Estou convencido de que muitos operadores de rede poderão pegar o que estamos fazendo aqui e na força-tarefa do VDE, e usá-lo para planejar e implementar seus próprios projetos de conversão e novas construções rapidamente.
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