Startup pretende transformar rede elétrica com linhas de transmissão supercondutoras

A VEIR, fundada pelo ex-aluno Tim Heidel, desenvolveu tecnologia que pode transportar mais energia por longas distâncias, com a mesma área ocupada pelas linhas tradicionais.

No ano passado, em Woburn, Massachusetts, uma linha de energia foi instalada em um trecho de terreno de 30 metros. Os transeuntes não achariam muito interessante a instalação: a linha era sustentada por postes padrão, como os que a maioria de nós já dirigiu milhões de vezes. Na verdade, a familiaridade da visão é uma parte fundamental da promessa da tecnologia.

As linhas são projetadas para transportar de cinco a 10 vezes a quantidade de energia das linhas de transmissão convencionais, usando essencialmente a mesma área e nível de tensão. Isso será fundamental para ajudá-los a superar os obstáculos regulamentares e a oposição da comunidade que tornaram quase impossível aumentar a capacidade de transmissão em grandes áreas do globo, especialmente na América e na Europa, onde os novos sistemas de distribuição de energia desempenham um papel vital na mudança para as energias renováveis. e a resiliência da rede.

As linhas são produto de anos de trabalho da startup VEIR, cofundada por Tim Heidel ’05, SM ’06, SM ’09, PhD ’10. Eles utilizam cabos supercondutores e um sistema de resfriamento proprietário que permitirá capacidade de transmissão inicial de até 400 megawatts e, em versões futuras, de até vários gigawatts.

“Podemos implementar níveis de potência muito mais elevados com tensões muito mais baixas e, assim, podemos implementar a mesma potência elevada, mas com uma pegada e impacto visual que são muito menos intrusivos e, portanto, podemos superar grande parte da oposição pública, bem como a localização e permitindo barreiras”, diz Heidel.

A solução da VEIR surge num momento em que mais de 10.000 projetos de energia renovável em vários estágios de desenvolvimento procuram permissão para se conectarem às redes dos EUA. A Casa Branca disse que os EUA devem mais do que duplicar a capacidade de transmissão regional existente para atingir as metas de descarbonização para 2035.

Tudo isto ocorre num momento em que a procura de eletricidade dispara, face à crescente utilização de centros de dados e IA, e à eletrificação de tudo, desde veículos de passageiros a sistemas de aquecimento doméstico.

Apesar dessas tendências, a construção de linhas de transmissão de alta potência continua teimosamente difícil.

“Construir infraestrutura de transmissão de alta potência pode levar uma década ou mais, e há alguns exemplos de projetos que as pessoas tiveram que abandonar porque perceberam que há muita oposição ou que há muita complexidade para realizá-los de maneira econômica. “, diz Heidel. “Podemos diminuir a tensão, mas transportar a mesma quantidade de energia, porque podemos construir sistemas que operam em níveis de corrente muito mais elevados, e é assim que as nossas linhas conseguem fundir-se no fundo e evitar a mesma oposição.”

Heidel diz que a VEIR construiu um pipeline de clientes interessados, incluindo empresas de serviços públicos, operadoras de data centers, empresas industriais e desenvolvedores de energia renovável. A VEIR pretende concluir seu primeiro piloto em escala comercial com alta potência em 2026.

Uma carreira em energia

Ao longo de mais de uma década no MIT, Heidel passou de aprender sobre os fundamentos da engenharia elétrica para estudar a rede elétrica e o setor de energia de forma mais ampla. Essa jornada incluiu obter um bacharelado, mestrado e doutorado no Departamento de Engenharia Elétrica e Ciência da Computação do MIT, bem como um mestrado no Programa de Tecnologia e Política do MIT, que ele obteve enquanto trabalhava para seu doutorado.

“Peguei o vírus da energia e comecei a me concentrar exclusivamente em energia e clima na pós-graduação”, diz Heidel.

Após concluir seu doutorado, Heidel foi nomeado diretor de pesquisa do estudo Future of the Electric Grid do MIT, concluído em 2011.

“Essa foi uma oportunidade fantástica no início da minha carreira para pesquisar todo o cenário e compreender os desafios enfrentados pela rede elétrica e pelo setor de energia de forma mais ampla”, diz Heidel. “Isso me deu uma boa base para entender a rede, como ela funciona, quem está envolvido, como as decisões são tomadas, como funciona a expansão, e isso foi pensado para os próximos 30 anos.”

Depois de deixar o MIT, Heidel trabalhou na Agência de Projetos de Pesquisa Avançada-Energia (ARPA-E) do Departamento de Energia e depois na empresa de investimentos Breakthrough Energy Ventures (BEV) de Bill Gates, onde continuou estudando transmissão.

“Quase todos os cenários e estudos de descarbonização publicados nas últimas duas décadas concluem que, para alcançar reduções agressivas das emissões de gases com efeito de estufa, teremos de duplicar ou triplicar a escala das redes eléctricas em todo o mundo”, diz Heidel. “Mas quando analisamos os dados sobre a rapidez com que as redes estavam sendo expandidas, a facilidade com que as linhas de transmissão poderiam ser construídas, o custo de construção de novas transmissões, quase todos os indicadores estavam indo na direção errada. tempo e demorando mais para construir. Precisamos desesperadamente encontrar uma nova solução.”

Ao contrário das linhas de transmissão tradicionais feitas de aço e alumínio, as linhas de transmissão da VEIR aproveitam décadas de progresso no desenvolvimento de fitas supercondutoras de alta temperatura e outros materiais. Parte desse progresso foi impulsionado pela indústria de fusão nuclear, que incorpora materiais supercondutores em alguns dos seus projetos de reatores nucleares.

Mas a principal inovação da VEIR é o sistema de refrigeração. O cofundador e consultor da VEIR, Steve Ashworth, desenvolveu a ideia aproximada do sistema de resfriamento há mais de 15 anos no Laboratório Nacional de Los Alamos como parte de um projeto de pesquisa maior financiado pelo Departamento de Energia. Quando o projeto foi encerrado, a ideia foi amplamente esquecida.

Heidel e outros da Breakthrough Energy Ventures tomaram conhecimento da inovação em 2019 enquanto pesquisavam a transmissão. Hoje, o sistema VEIR é resfriado passivamente com nitrogênio, que passa por um tubo isolado a vácuo que envolve um cabo supercondutor. Unidades de troca de calor também são usadas em algumas torres de transmissão.

Heidel diz que as linhas de transmissão projetadas para transportar tanta energia são normalmente muito maiores do que o projeto da VEIR, e outras tentativas de reduzir a pegada de linhas de alta potência foram limitadas a curtas distâncias subterrâneas.

“A alta potência requer alta tensão, e a alta tensão requer torres altas e ampla faixa de servidão, e essas torres altas e ampla faixa de servidão são profundamente impopulares”, diz Heidel. “Essa é uma verdade universal em quase todo o mundo.”

Movendo o poder ao redor do mundo

A primeira linha de produtos aéreos de corrente alternada (CA) da VEIR é capaz de capacidades de transmissão de até 400 megawatts e tensões de até 69 quilovolts, e a empresa planeja escalar para produtos de tensão mais alta e de maior potência no futuro, incluindo corrente contínua (CC ) linhas.

A VEIR venderá seus equipamentos para empresas instaladoras de linhas de transmissão, com foco principal no mercado norte-americano.

No longo prazo, Heidel acredita que a tecnologia VEIR é necessária o mais rápido possível para atender à crescente demanda por eletricidade e aos novos projetos de energia renovável em todo o mundo.