Fusão por indução solar fora da rede: operando uma fundição sem energia elétrica.
A fusão por indução fora da rede elétrica parece impossível até você vê-la em operação. Uma fundição na Austrália Ocidental opera um forno de indução de 2 MW com energia solar e armazenamento em baterias desde 2022, sem qualquer conexão com a rede elétrica. Uma fundição de cobre no Deserto do Atacama, no Chile, opera um forno de indução de 5 MW com um sistema híbrido de energia solar e diesel desde 2021. Uma operação de reciclagem de sucata no Mali opera um forno de indução de 1 MW com energia solar e baterias desde 2023. A tecnologia é real, as operações estão em andamento e a viabilidade econômica é cada vez mais atraente para locais remotos.
Quando viver fora da rede elétrica faz sentido
A fusão por indução fora da rede elétrica faz sentido em três situações: locais remotos sem acesso à rede, locais com fornecimento de energia instável e locais onde o custo de extensão da rede é proibitivo. O primeiro caso é o mais comum: operações de mineração, instalações de petróleo e gás, bases militares e comunidades remotas precisam de fusão de metais para manutenção e fabricação, e o custo de instalação de uma linha de transmissão de 50 a 100 km até um local remoto pode exceder o custo de todo o sistema de energia solar com indução.
O segundo caso é comum em mercados em desenvolvimento com redes elétricas instáveis. Muitas fundições africanas, do sul e do sudeste asiático perdem de 5 a 20% do seu tempo de produção devido a interrupções na rede elétrica. O custo da produção perdida muitas vezes excede o custo de um sistema de backup solar com baterias, e esse sistema de backup também pode fornecer a maior parte da energia durante a operação normal.
O terceiro caso é comum em mercados desenvolvidos, onde o custo de extensão da rede elétrica é elevado. No oeste dos Estados Unidos, o custo de extensão de uma linha trifásica por 10 km até um novo local industrial pode ultrapassar 1 milhão de dólares. Um sistema solar com baterias, no mesmo local, pode custar entre 1,5 e 2 milhões de dólares, mas o sistema é independente da rede elétrica e o custo é mais previsível.
Dimensionamento de sistemas para operação fora da rede elétrica
A fusão por indução solar fora da rede elétrica exige um dimensionamento cuidadoso do sistema. O conjunto de painéis fotovoltaicos deve produzir energia suficiente ao longo do ano para suprir o consumo do forno, e o armazenamento de baterias deve ser grande o suficiente para suportar períodos nublados de vários dias e operação noturna.
Para um forno de indução de 2 MW funcionando 5000 horas por ano (cerca de 14 horas por dia, 365 dias por ano), o consumo anual de energia é de 10 GWh. Um sistema fotovoltaico em um local com alta insolação (5 a 6 kWh por metro quadrado por dia) pode produzir de 1500 a 1800 kWh por kW por ano, portanto, a capacidade fotovoltaica necessária é de 5,5 a 6,7 MW. O armazenamento em baterias deve suprir de 12 a 16 horas de operação com consumo médio de energia (60 a 75% da potência nominal), o que corresponde a 15 a 25 MWh.
O custo total de um sistema de 2 MW para uma instalação de fusão por indução solar fora da rede, em um local de alta insolação, varia de 12 a 18 milhões de dólares, dependendo da preparação do local, do tamanho do sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) e da complexidade do sistema de controle. O custo é amortizado ao longo de 20 a 25 anos, sendo que o custo operacional é predominantemente referente à substituição do BESS entre o 12º e o 15º ano.
Sistemas híbridos de energia solar e diesel
Para locais que necessitam de operação 24 horas por dia, 7 dias por semana, e não podem tolerar o risco de esgotamento do sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS), um sistema híbrido solar-diesel é a solução ideal. O gerador a diesel fornece a energia de reserva, e o sistema solar com BESS supre de 60% a 80% da energia anual. O gerador a diesel opera com carga entre 80% e 100%, que é seu ponto de operação mais eficiente, e a eficiência de combustível é muito superior à de uma carga continuamente variável.
Um sistema híbrido solar-diesel de 5 MW para uma fundição de cobre no Chile inclui 12 MW de energia fotovoltaica, 15 MWh de armazenamento de energia em baterias (BESS) e 5 MW de geração a diesel. O sistema está em operação há 3 anos com 75% de contribuição solar, e o consumo de diesel diminuiu 70% em comparação com o sistema anterior, que utilizava apenas diesel. O retorno do investimento no sistema solar-diesel é estimado entre 6 e 8 anos, considerando os preços locais de eletricidade e diesel.
Sistemas de controle de microrredes
O sistema de controle da microrrede é o coração da instalação isolada da rede elétrica. O sistema coordena a produção fotovoltaica, o estado de carga do sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS), o gerador a diesel (se houver) e a carga do forno. Os objetivos do controle são: maximizar a contribuição da energia solar, manter o estado de carga do BESS dentro de limites seguros e garantir que o forno sempre tenha a energia necessária.
A arquitetura de controle padrão consiste em um controlador mestre que interage com o inversor fotovoltaico, o sistema de gerenciamento do sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS), o controlador do gerador a diesel e o sistema de controle do forno. O controlador mestre executa um algoritmo de controle preditivo baseado em modelo (MPC) que prevê a produção fotovoltaica (utilizando previsões meteorológicas e dados históricos) e programa o consumo de energia do forno para maximizar a contribuição da energia solar.
A MONTE INTELLIGENCE fornece sistemas de controle de microredes para instalações de fusão por indução solar isoladas da rede elétrica e híbridas. O sistema de controle é integrado ao sistema de controle do forno e oferece uma interface HMI única para o operador.
Desafios operacionais
A fusão por indução solar fora da rede apresenta desafios operacionais que não existem em operações conectadas à rede. O primeiro desafio é o gerenciamento do estado de carga do sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS). Um BESS profundamente descarregado pode danificar as células, e o forno deve ter sua potência reduzida para evitar descargas abaixo do limite de segurança. O sistema de controle deve comunicar a potência disponível ao operador do forno, e o operador deve ser treinado para gerenciar a carga.
O segundo desafio é a poeira e as temperaturas extremas. Os painéis fotovoltaicos em locais remotos acumulam poeira que pode reduzir a produção em 10 a 30%. Os painéis fotovoltaicos precisam de limpeza regular e o sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) precisa de controle de temperatura para evitar danos térmicos em climas quentes.
O terceiro desafio é a habilidade em manutenção. Locais remotos raramente contam com técnicos treinados em sistemas fotovoltaicos ou de armazenamento de energia em baterias (BESS), e a manutenção precisa ser feita por especialistas que visitam o local. A MONTE INTELLIGENCE oferece um serviço de monitoramento remoto que acompanha o desempenho do sistema e envia técnicos quando o sistema precisa de manutenção.
O quarto desafio é o fornecimento de combustível (para sistemas híbridos). O diesel precisa ser transportado até o local remoto, e a cadeia de suprimentos pode ser interrompida. Um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) com capacidade de armazenamento de 8 a 12 horas pode suportar um atraso no fornecimento de combustível, e um sistema de energia solar de reserva pode manter o BESS carregado mesmo quando o diesel não estiver disponível.
Estudo de caso: Fundição autossuficiente em energia no Mali
Uma operação de reciclagem de sucata em Bamako, Mali, opera um forno de indução de 1 MW com um sistema solar e de armazenamento de energia em baterias (BESS) desde 2023. O sistema inclui 2,5 MW de painéis fotovoltaicos, 4 MWh de baterias LFP e um inversor conectado à rede de 1 MW (a rede é usada como reserva). O sistema fornece 75% da energia anual a partir da energia solar, e a rede elétrica fornece os 25% restantes. O custo anual de energia é de US$ 0,06 por kWh, contra US$ 0,15 por kWh somente com a rede elétrica. O sistema foi financiado por um banco internacional de desenvolvimento e o retorno do investimento é de 7 anos.
Fale com a MONTE INTELLIGENCE sobre indução solar fora da rede
Para compradores que consideram uma instalação de fusão por indução solar isolada da rede ou híbrida, a MONTE INTELLIGENCE Engineering pode modelar o tamanho do sistema, o custo operacional e a redução de carbono para um local específico. O modelo inclui a avaliação do recurso solar, o dimensionamento do sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS), o projeto do sistema de controle e os requisitos de backup da rede. Visite [link para o site].www.cnlymonte.com/products-solar-induction-furnace.html Para especificações de produtos e estudos de caso, entre em contato conosco. Para discutir um projeto, envie um e-mail para helenxu@cnlymonte.com com o assunto "Indução solar fora da rede" e detalhes sobre sua instalação, tamanho do forno e horas de operação.
