Potencial de produção de hidrogênio de baixo carbono a partir do excedente energético em subestações com fluxo reverso

Abstract

Este trabalho investiga a viabilidade técnica e potencial desenvolvimento regional de utilizar o excedente energético em subestações com fluxo reverso para a produção de hidrogênio de baixo carbono por meio da eletrólise da água. O estudo de caso concentra-se na Subestação Lajeado Grande, localizada na Serra Gaúcha, que apresenta níveis críticos de sobrecarga devido à crescente penetração da micro e minigeração distribuída (MMGD). A metodologia adotada incluiu análise de relatórios técnicos do Operador Nacional do Sistema Elétrico (ONS), estimativas de energia excedente baseadas em curvas de geração do Sistema Interligado Nacional (SIN) e avaliação de diferentes tecnologias de eletrolisadores comerciais. Como resultado, estimou-se a produção diária de até 5.000 kg de hidrogênio verde, utilizando eletrolisadores do tipo PEM, considerados os mais adequados devido à sua modularidade, eficiência e flexibilidade operacional. O estudo também identificou que a produção local de hidrogênio pode suprir demandas da agroindústria regional, sobretudo na fabricação de fertilizantes nitrogenados, agregando valor logístico e ambiental ao projeto. A substituição de hidrogênio cinza por hidrogênio verde tem potencial de reduzir até 21 mil toneladas de CO₂ por ano, alinhando-se às diretrizes do Plano Nacional do Hidrogênio e ao programa H2V-RS. Conclui-se que a proposta é tecnicamente viável e ambientalmente estratégica, podendo contribuir significativamente para a descarbonização da matriz energética e para o fortalecimento da economia local.

This study investigates the technical feasibility and regional development potential of utilizing energy surplus in substations with reverse power flow for the production of low-carbon hydrogen through water electrolysis. The case study focuses on the Lajeado Grande Substation, located in the Serra Gaúcha region, which exhibits critical overload levels due to the increasing penetration of micro and mini distributed generation (MMGD). The adopted methodology included analysis of technical reports from the Operador Nacional do Sistema (ONS), estimation of surplus energy based on generation curves of the Sistema Interligado Nacional (SIN), and evaluation of various commercial electrolyzer technologies. As a result, a daily production of up to 5,000 kg of green hydrogen was estimated using PEM-type electrolyzers, deemed the most suitable due to their modularity, efficiency, and operational flexibility. The study also identified that local hydrogen production could meet the regional agro-industrial demand, especially in nitrogen fertilizer manufacturing, adding logistical and environmental value to the project. Replacing gray hydrogen with green hydrogen could reduce up to 21,000 tons of CO₂ per year, aligning with the guidelines of the Programa Nacional de Hidrogênio (PNH2) and the H2V-RS program. It is concluded that the proposal is technically feasible and environmentally strategic, with significant potential to contribute to the decarbonization of the energy matrix and to the strengthening of the local economy.