Revolução digital em subestações de transformadores
O gêmeo digital acelerará muito o planejamento e o desenvolvimento de subestações de transformadores
O setor de energia está sob muita pressão. Os operadores da rede de distribuição alemã precisam preparar sua infraestrutura para a transição energética - e rapidamente. Até 2030, cerca de 80% da eletricidade deverá ser gerada a partir de fontes renováveis. Um projeto piloto da naturenergie netze GmbH está demonstrando como as subestações de transformadores podem ser modernizadas mais rapidamente. Em colaboração com os fornecedores de software Eplan e entegra, essa operadora de rede de distribuição do sul da Alemanha está trabalhando pela primeira vez em um gêmeo digital que acelerará muito o planejamento e o desenvolvimento de subestações de transformadores.
Engenharia com EPLAN: Ao modernizar a tecnologia secundária, a naturenergie netze conta com o software 3D da EPLAN.
No passado, havia a distribuição. Durante décadas, a energia era simplesmente distribuída em uma única direção: das usinas de carvão e nucleares em operação contínua para as subestações transformadoras e de lá (depois que a tensão era reduzida várias vezes) para os consumidores finais. Para usar uma analogia com o tráfego rodoviário, essa tranquila “rua de mão única” agora se tornou uma rede rodoviária movimentada no centro da cidade. Atualmente, o mix de energia muda de hora em hora com o vento e o clima, portanto, basicamente não há mais uma carga de base confiável. Além disso, os operadores de parques eólicos e sistemas solares alimentam a energia de forma descentralizada em níveis de média e baixa tensão, de modo que as redes de energia agora funcionam em duas direções. As bombas de calor e as estações de recarga de veículos elétricos significam maior consumo, enquanto os perfis de carga há muito conhecidos, 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 adequar suas redes a esses requisitos complexos. Para a naturenergie netze, isso envolve novos trabalhos 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 mais alto de flexibilidade em termos de fontes e fluxos de energia e o controle preciso da eletricidade.
O Gêmeo Digital
A naturenergie netze (veja a caixa de texto) foi rápida em enfrentar esses desafios e atualmente está trabalhando em um projeto piloto ao modernizar um de seus sistemas. A operadora de rede está usando um conceito digital para planejar e configurar a conversão da subestação transformadora de Rheinfelden. A nova abordagem se aplica até mesmo ao trabalho preliminar. Rainer Beck, coordenador de desenvolvimento da rede, explica: “Antes de iniciarmos o planejamento, criamos um gêmeo digital da subestação transformadora, ou seja, uma representação virtual com todos os dados dos componentes ativos (a tecnologia primária) e do nível de controle (a tecnologia secundária) e, é claro, dos edifícios e de todos os periféricos. Em seguida, planejamos a conversão com base nesse gêmeo digital.”
Outro motivo pelo qual essa é uma tarefa desafiadora é que a tecnologia primária e a secundária são planejadas usando diferentes ferramentas de software CAD. Nesse projeto piloto, esse problema foi resolvido por meio de uma colaboração muito especial. Como membros da força-tarefa VDE ETG “Digital twins for electrical energy systems” (Gêmeos digitais para sistemas de energia elétrica), dois fornecedores importantes - a entegra, com sua solução de software primtech para a tecnologia primária, e a Eplan, para a tecnologia secundária - prepararam exatamente o que a naturenergie netze precisava para o primeiro estágio de planejamento (preliminar), ou seja, combinar as tecnologias primária e secundária em um único modelo.
Grandes ganhos de eficiência
Para esse 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 a terceira parte nessa colaboração. O contato com a naturenergie netze veio exatamente no momento certo, especialmente porque o projeto em questão era complexo. Como explica Rainer Beck: “O objetivo do projeto é renovar toda a tecnologia secundária em uma subestação de transformadores existente e altamente complexa, e durante as operações em andamento.” É fácil entender por que o envolvimento nesse projeto era 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 se ele poderia nos dar um pouco mais de detalhes. Rainer Beck: “É claro. Em última análise, precisamos provar que o investimento único será compensado rapidamente. Após a primeira fase do projeto, o planejamento preliminar, observamos uma economia de tempo considerável durante a conversão real das subestações de transformadores. Além disso, isso se aplica a todos os projetos.”
Um modelo para todos os usuários
Durante a primeira etapa do projeto, a subestação do transformador foi escaneada, foram tiradas fotos 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 do transformador. 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. Por fim, os dados da tecnologia secundária foram integrados ao gêmeo digital. Esse trabalho está quase concluído. Ao documentar o cenário atual, foi fornecida a base para substituir a tecnologia secundária da subestação transformadora de forma eficiente. “Essa é uma etapa 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 vinculados ao gêmeo digital. Isso evita redundâncias que poderiam se tornar problemáticas no futuro”, explica Jan Oliver Kammesheidt, Gerente de Mercado Vertical Global de Energia da Eplan.
Em termos de arquitetura do modelo de dados combinados, as partes envolvidas - de acordo com a abordagem do gêmeo - criaram uma infraestrutura especial. “Não há um sistema líder - em vez disso, há apenas perspectivas diferentes de um mesmo modelo. O gêmeo digital abre uma janela para os sistemas - por exemplo, da primtech para o Eplan ou SAP. O gêmeo digital
“ Após o estágio de planejamento preliminar, observamos uma economia de tempo considerável durante a conversão real das subestações de transformadores. E mais, isso se aplica a todos os projetos.”
Rainer Beck, naturenergie netze
“A combinação digital da tecnologia primária e secundária é única e promete grandes benefícios."
Matthias Schuy, entegra
Padronização da tecnologia secundária
Essa 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, líder do projeto de desenvolvimento da rede, foi o responsável por isso e continua no cargo até hoje. “Com o 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 de engenharia mecânica
O projeto está demonstrando que os usuários do setor de eletricidade estão se beneficiando da experiência e das soluções da engenharia mecânica. Nesse setor, no qual a Eplan atua há décadas, a padronização e a “industrialização” dos equipamentos de construção de painéis e de fabricação de painéis de distribuição estão firmemente estabelecidas. Com relação a essa etapa para as subestações de transformadores, ainda há muito a ser feito, mas isso tem que acontecer. “Até agora, as subestações de transformadores eram planejadas caso a caso e construídas individualmente. No entanto, isso torna muito difícil avaliar a necessidade de modernização e de novas construções que está surgindo como resultado da transição energética. O setor precisa padronizar muito mais do que no passado. Estamos oferecendo suporte e estamos muito satisfeitos por termos encontrado um parceiro inovador na naturenergie netze. Com o gêmeo digital conjunto para tecnologia primária e secundária, estamos acelerando consideravelmente o processo e tornando-o também mais confiável”, explica Kammesheidt.
“Com o EPLAN, podemos impulsionar a padronização e a engenharia mais eficiente da tecnologia secundária."
Simon Rümmele, naturenergie netze
“O setor precisa se padronizar. Estamos muito satisfeitos por termos encontrado um parceiro inovador na naturenergie netze."
Jan Oliver Kammesheidt, EPLAN
entegra and EPLAN are working closely together to develop a “project blueprint”. This helps to ensure that grids can be expanded in a future-proof way - with high efficiency.
Parceiros fortes para a conversão
Como explica Rümmele, é exatamente isso que a naturenergie netze está se preparando para alcançar. “Queremos e precisamos digitalizar mais, pois acreditamos que isso abrirá oportunidades e facilitará as coisas no futuro. É por isso que estamos experimentando as tecnologias mais recentes e planejando outros projetos-piloto em nossa subestação de transformadores 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 gabinetes”, 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 o tempo e o planejamento necessários. E isso é fundamental, pois seremos obrigados a adaptar a maioria de nossas subestações transformadoras para atender aos novos requisitos. O gêmeo digital e o trabalho preliminar que está sendo realizado pela entegra e pela Eplan nos ajudarão com isso. Por meio de parceria e colaboração, estamos criando uma inovação genuína que nos ajudará a desenvolver nossas redes e torná-las adequadas para o futuro de forma eficiente.”
Entretanto, não é apenas a naturenergie netze que se beneficiará do projeto. Kammesheidt: “Em contraste com o setor de engenharia mecânica, as operadoras de rede compartilham informações abertamente, porque não estão competindo entre si. Já existe um grande interesse. Estou convencido de que muitos operadores de rede serão capazes de pegar o que estamos fazendo aqui e na força-tarefa da VDE e usá-lo para planejar e implementar rapidamente seus próprios projetos de conversão e de novas construções.
©Imagens (Rittal e Eplan)
