A usina de energia do futuro será híbrida de solar e bateria

O sistema de energia elétrica dos Estados Unidos está passando por mudanças radicais na medida em que transita dos combustíveis fósseis para a energia renovável. Enquanto a primeira década dos anos 2000 viu um grande crescimento na geração de gás natural, e a segunda década o início da energia eólica e solar, os primeiros sinais da década de 2020 sugerem que a inovação pode ser a chave para o crescimento explosivo de usinas elétricas “híbridas”. Assim, espera-se que a usina de energia do futuro será híbrida de solar e bateria.

Uma usina híbrida típica combina geração de eletricidade com armazenamento de bateria no mesmo local. Isso geralmente significa um parque solar ou eólico emparelhado com baterias de grande escala. Trabalhando juntos, os painéis solares e o armazenamento de baterias podem gerar e armazenar energia renovável quando o sol estiver no auge durante o dia e liberá-la conforme necessário quando o sol for embora.

Uma olhada nos projetos de energia e armazenamento em desenvolvimento oferece um vislumbre do futuro da energia híbrida.

Nossa equipe no Lawrence Berkeley National Laboratory descobriu que impressionantes 1.400 gigawatts (GW) de projetos propostos para a geração e armazenamento foram direcionados para conexão de rede – mais do que a combinação de todas as usinas de energia existentes nos EUA. O maior grupo agora é de projetos solares, e mais de trinta e três por cento desses projetos envolvem armazenamento híbrido de energia solar e bateria.

Embora essas usinas do futuro ofereçam muitos benefícios, elas também levantam questões sobre como a rede elétrica deve ser melhor operada.

Por que os modelos híbridos são cobiçados

Na medida em que as energias eólica e solar crescem, elas começam a causar grandes impactos na rede.

A energia solar já ultrapassa 25% da geração anual de energia na Califórnia e está se espalhando rapidamente em outros estados como Flórida, Geórgia e Texas. Os estados do “cinturão eólico” (das Dakotas ao Texas) viram a implantação maciça de turbinas eólicas, com [o estado de] Iowa agora recebendo a maior parte de sua energia do vento.

Essa alta porcentagem de energia renovável levanta uma questão: como integramos fontes renováveis ​​que produzem grandes, porém variadas, quantidades de energia ao longo do dia?

É aí que entra o armazenamento. Os preços das baterias de íons de lítio caíram rapidamente na medida em que sua produção nos últimos anos aumentou para atender o mercado de veículos elétricos. Embora existam preocupações sobre os futuros desafios da cadeia de suprimentos [do setor], o design da bateria também provavelmente evoluirá.

A combinação de energia solar e baterias permite que os operadores de usinas híbridas forneçam energia durante as horas mais valiosas, quando a demanda é mais forte, como as tardes de verão e as noites quando os condicionadores de ar estão funcionando em alta. As baterias ajudam não somente a suavizar a produção de energias eólica e solar, mas também a armazenar o excesso de energia – que de outra forma seria cortada – e reduzir o congestionamento na rede.

Híbridos dominam o fluxo de projetos

No final de 2020 havia 73 projetos híbridos solares e 16 eólicos operando nos EUA, totalizando 2,5 GW de geração e 0,45 GW de armazenamento.

Hoje, a energia solar e os híbridos dominam o fluxo de desenvolvimento. Até o final de 2021, mais de 675 GW de usinas solares propostas solicitaram aprovação de conexão à rede, com mais de trinta por cento delas emparelhadas com armazenamento. Outros 247 GW de parques eólicos estavam em espera, com 19 GW, ou cerca de 8% deles, como híbridos.

Obviamente, solicitar uma conexão é apenas um passo no desenvolvimento de uma usina de energia. Um empreendimento também precisa de acordos que envolvem a terra e a comunidade, um contrato de venda, financiamento e licenças. Das novas usinas que foram propostas entre 2010 e 2016, somente uma em cada quatro entrou em operação comercial. Todavia, o profundo interesse por usinas híbridas representa um sinal de forte crescimento.

Em mercados de energia solar como o da Califórnia, as baterias são essencialmente obrigatórias para novos empreendimentos. Como a energia solar geralmente é responsável pela maior parte da energia diurna, construir mais agrega pouco valor. Atualmente, na Califórnia, 95% das propostas que esperam na fila para energia solar de larga escala incluem baterias.

Cinco lições sobre híbridos e questões para o futuro

A oportunidade de crescimento de usinas híbridas renováveis ​​é claramente grande, mas levanta algumas questões que nosso grupo do Berkeley Lab vem investigando.

Aqui estão algumas das nossas principais descobertas:

• O investimento compensa em muitas regiões. Descobrimos que, embora adicionar baterias a uma usina de energia solar aumente seu preço, o valor da energia também aumenta. Colocar geração e armazenamento no mesmo local pode capturar benefícios de créditos fiscais, economia de custos de construção e flexibilidade operacional. Olhando para o potencial de receita nos últimos anos, e com a ajuda de créditos fiscais federais, o valor agregado parece justificar o preço mais alto.

• A colocação também significa compensações. As energias eólica e solar têm melhor desempenho onde os recursos eólicos e solares são mais fortes, mas as baterias fornecem mais valor onde podem oferecer os maiores benefícios de rede, como aliviar seu congestionamento. Isso significa que há compensações quando se combina a melhor localização com o valor mais alto. Créditos fiscais federais que podem ser obtidos apenas quando as baterias são colocadas juntas com a energia solar podem encorajar decisões abaixo do ideal em alguns casos.

• Não existe uma combinação melhor. O valor de uma usina híbrida é determinado em parte pela configuração do equipamento. Por exemplo, o tamanho da bateria em relação a um gerador solar pode determinar a que horas da noite a usina pode fornecer energia. Mas o valor da energia noturna depende das condições do mercado local, que mudam ao longo do ano.

• As regras do mercado de energia precisam evoluir. Usinas híbridas podem participar do mercado de energia como uma única unidade ou como entidades separadas, com a oferta de energia solar e de armazenamento de forma independentes. As híbridas também podem ser fornecedoras ou compradoras de energia, ou ambas. Isso pode ficar complicado. As regras de participação de mercado para híbridas ainda estão evoluindo, deixando os operadores de usinas experimentarem como eles vendem seus serviços.

• Pequenas híbridas criam novas oportunidades: usinas híbridas também podem ser pequenas, como energia solar e baterias em uma casa ou empresa. Essas híbridas se tornaram padrão no Havaí na medida em que a energia solar saturou a rede. Na Califórnia, os clientes que estão sujeitos a cortes de energia para evitar incêndios florestais estão cada vez mais adicionando armazenamento a seus sistemas solares. Esses híbridos “atrás do medidor” levantam questões sobre como devem ser avaliados e como podem contribuir para as operações da rede.

Os sistemas híbridos estão apenas começando, embora muito mais estejam a caminho. Mais pesquisas são necessárias sobre as tecnologias, projetos de mercado e regulamentos para garantir que a rede e seus preços evoluam também.

Enquanto as perguntas permanecem, está claro que os sistemas híbridos estão redefinindo as usinas elétricas e podem refazer o sistema de energia dos EUA no processo.

Artigo original (em inglês) publicado por Joachim Seel, Bentham Paulos and Will Gorman na The Conversation.

Sobre os autores

Joachim Seel
Associado Sênior de Engenharia Científica
Lawrence Berkeley National Laboratory

Bentham Paulos
Integrante de Mercados de Eletricidade & Grupo de Políticas
Lawrence Berkeley National Laboratory

Will Gorman
Pesquisador de Pós-Graduação em Mercados e Políticas de Eletricidade
Lawrence Berkeley National Laboratory

Agradecimento: Freepik por permitir o uso da imagem vetorizada no início deste post para representar uma usina elétrica do futuro. Vetor criado por redgreystock – www.freepik.com.

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