Solar e eólica competem com usinas a carvão quando se trata de sistemas de armazenamento de energia. AP Photo / Mel Evans

Energia livre de carbono: a resposta está soprando no vento? Talvez, mas o vento nem sempre sopra, nem o sol sempre brilha. A energia gerada pelo vento e pela energia solar é intermitente, o que significa que a eletricidade gerada sobe e desce de acordo com o clima.

Mas a saída da rede elétrica deve ser controlável para corresponder à demanda variável dos consumidores segundo a segundo. Portanto, a intermitência da energia eólica e solar é um desafio operacional para o sistema elétrico.

O armazenamento de energia é uma solução amplamente reconhecida para o problema das energias renováveis ​​intermitentes. A idéia é que o armazenamento é carregado quando o vento está soprando ou o sol está brilhando, e depois descarrega mais tarde quando a energia é necessária. Armazenamento para a grade pode ser um bateria química como aqueles que usamos em dispositivos eletrônicos, mas também pode assumir a forma de bombeamento de água até uma colina para um reservatório e gerar eletricidade quando deixar fluir de volta para baixo, ou armazenar e descarregar ar comprimido em uma caverna subterrânea.

A forma de armazenamento de energia mais amplamente utilizada na rede elétrica é bombear água para cima e, em seguida, liberá-la nos horários de pico para operar uma turbina elétrica. Vattenfall, CC BY-NC-ND

Motivados por uma visão de que o armazenamento é uma tecnologia “verde”, os governos estão promovendo cada vez mais o armazenamento de energia distribuída e em escala de serviços públicos. Por exemplo, em novembro 2017, New York Gov. Andrew Cuomo assinou um projeto de lei que obriga alvos para adoção de armazenamento por 2030. Outros estados com políticas semelhantes são Oregon, Massachusetts, Califórnia e Maryland. Empresas como a Tesla também têm marcado sistemas de armazenamento como tecnologias limpas.

Mas os grandes sistemas de armazenamento reduzem as emissões em nossas redes atuais? Em um estudo recente, descobrimos que isso não é necessariamente o caso - um reflexo de quão complexo o sistema elétrico pode ser.

O papel do carvão

Como o armazenamento pode permitir que as energias renováveis ​​atendam à demanda em constante mudança, muitas vezes presumimos que a tecnologia é inerentemente verde - ou seja, ao adicionar armazenamento e renováveis ​​à rede, reduzimos as emissões de gases de efeito estufa. É semelhante a perceber que os computadores podem fornecer benefícios de educação e produtividade e, em seguida, assumir que tudo que uma pessoa faz em um computador é educacional ou produtivo. Para armazenamento de energia e computadores, depende de como você o usa.

Em nossa análise, descobrimos que adicionar armazenamento pode, para algumas redes, aumentar as emissões de carbono. Embora contra-intuitivo à primeira vista, esse resultado faz sentido quando se considera como as redes elétricas são operadas. De um modo geral, toda a rede dos EUA é operada como um conjunto de sub-redes regionais que cobrem os EUA como uma colcha de retalhos.

O CEO da Tesla, Elon Musk, apresenta a bateria da empresa para a rede elétrica da 2015. Fotografia AP / Ringo HW Chiu

O armazenamento de energia não tem emissões de fumaça, como usinas a carvão ou a gás natural. Mas o novo armazenamento afeta a operação de outras usinas na rede, resultando em um aumento ou uma redução nas emissões de carbono, dependendo do tipo de usinas que fornecem eletricidade para aquela região.

Na maioria dos casos, os sistemas de armazenamento nos EUA operam para maximizar o lucro. Para fazer isso, o armazenamento “baixa e vende alto”. A eletricidade é tipicamente barata à noite quando a demanda é baixa e mais cara durante o dia, especialmente quando as pessoas estão chegando do trabalho e ligando um monte de eletrodomésticos. Assim, os operadores de sistemas de armazenamento tendem a comprar à noite e vender durante o dia. O efeito líquido do armazenamento nas emissões depende, portanto, de que tipo de geradores são usados ​​para atender à nova demanda durante a noite em comparação com o dia.

Em redes com muito poder de carvão - estados do centro-oeste, oeste e sul dependem fortemente do carvão - as usinas de carvão são normalmente usadas para atender pequenas mudanças na demanda durante a noite. Plantas de gás natural tendem a trabalhar durante o dia para atender a demanda de pico. Nessas redes de eletricidade, o armazenamento tende a carregar a energia do carvão à noite, deslocando a energia do gás natural durante o dia.

A energia do carvão é uma fonte de eletricidade mais poluente do que o gás natural, com cerca de duas vezes as emissões de carbono para cada unidade de eletricidade produzida. Portanto, em locais onde o novo armazenamento significa mais carvão e menos geração de gás natural, o armazenamento aumentará as emissões totais de carbono da rede.

No Meio-Oeste, descobrimos que a adição de uma capacidade de armazenamento de 3 gigawatts, energia suficiente para abastecer casas 500,000 nos EUA, eleva as emissões de carbono o equivalente a adicionar carros 6,700 por ano à estrada. E à medida que mais armazenamento é adicionado, as emissões de carbono aumentam.

Por outro lado, descobrimos que em Nova York, um estado com muito pouca energia a carvão, a adição de armazenamento reduz as emissões de carbono. O Centro-Oeste é atualmente a rede de eletricidade mais suja dos EUA, e Nova York é uma das mais limpas, então outras regiões cairiam em algum lugar entre elas.

Nem sempre é fácil ser verde

Então, como podem os planejadores da rede alcançar a promessa de um casamento feliz entre armazenamento e renováveis, supondo que eles tenham que morar na mesma casa com o rabugento tio Coal?

Uma possibilidade é que, mesmo com o armazenamento operando para maximizar o lucro, adicionar vento e energia solar suficientes à rede possa neutralizar o efeito do carvão. Com excesso suficiente de energia renovável, o armazenamento sob qualquer forma - baterias ou reservatórios de água, por exemplo - usaria preferencialmente a energia solar e eólica, porque são as fontes mais baratas quando o suprimento de energia excede a demanda. O armazenamento ainda estaria mudando a energia do carvão da noite para o dia, mas permitir mais renováveis ​​seria suficiente para compensar as emissões extras.

As regulamentações podem ser projetadas de modo que os sistemas de armazenamento de energia sejam carregados com excesso de eletricidade do vento e da energia solar, o que é um passo para tornar o armazenamento mais limpo. petrmalinak / Shutterstock.com

Nós estudamos isso e descobrimos que para a rede Centro-Oeste há um ponto de virada quando a energia eólica e solar atingem cerca de 18 por cento da capacidade total de geração: Nesse ponto, a adição de armazenamento começa a diminuir em vez de aumentar as emissões. O atual nível de adoção é de 10 por cento, portanto levaria algum tempo até que o armazenamento no Meio-Oeste reduzisse as emissões.

Outra opção é mudar a forma como o armazenamento é operado. Com um preço modesto no carbono, por exemplo, o custo de diferentes geradores mudaria de forma que o armazenamento cobrava menos das usinas de carvão, reduzindo as emissões mesmo na malha do meio-oeste do carvão.

Embora um imposto nacional sobre carbono não pareça provável em um futuro próximo, existem outros caminhos para garantir os resultados ecológicos do armazenamento. Por exemplo, os estados podem implementar políticas que incentivem o uso de recursos de carbono zero em vez de carvão.

Independentemente disso, o armazenamento sempre nos ajudará a usar mais nossas fontes de eletricidade de baixo custo. A questão é se isso é carvão, nuclear ou renováveis.

Sobre o autor

Naga Srujana Goteti, estudante de doutoramento em Energia e Sustentabilidade, Rochester Institute of Technology; Eric Hittinger, professor assistente de políticas públicas, Rochester Institute of Technologye Eric Williams, Professor Associado de Sustentabilidade, Rochester Institute of Technology

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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