Ao emparelhar energia solar e armazenamento de bateria, os híbridos podem continuar fornecendo eletricidade após o anoitecer. Petmal via Getty Images
O sistema de energia elétrica dos Estados Unidos está passando por mudanças radicais à medida que passa de combustíveis fósseis para energia renovável. Enquanto a primeira década dos anos 2000 viu um grande crescimento na geração de gás natural, e os anos 2010 foram a década da energia eólica e solar, os primeiros sinais sugerem que a inovação dos anos 2020 pode ser um boom em usinas de energia “híbridas”.
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 energia renovável quando a energia solar está no auge durante o dia e liberá-la conforme necessário após o pôr do sol.
Uma olhada nos projetos de energia e armazenamento em desenvolvimento oferece um vislumbre do futuro da energia híbrida.
A nossa Equipa no Lawrence Berkeley National Laboratory descobriu que um 1,400 gigawatts dos projetos de geração e armazenamento propostos foram aplicados para conectar à rede – mais do que todas as usinas de energia existentes nos EUA combinadas. A maioria agora são projetos solares, e mais de um terço desses projetos envolvem usinas híbridas de energia solar e armazenamento.
Embora essas usinas do futuro ofereçam muitos benefícios, elas também Levantar questões sobre como a rede elétrica deve ser melhor operada.
Por que os híbridos são quentes
À medida que a energia eólica e solar crescem, começam a ter grandes impactos na rede.
Energia solar já excede 25% de geração anual de energia na Califórnia e está se espalhando rapidamente em outros estados, como Texas, Flórida e Geórgia. Os estados do “cinturão de vento”, das Dakotas ao Texas, viram implantação maciça de turbinas eólicas, com 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, mas variadas quantidades de energia ao longo do dia?
Joshua Rhodes/Universidade do Texas em Austin.
É aí que entra o armazenamento. Os preços das baterias de íons de lítio caiu rapidamente à medida que a produção aumentou para o mercado de veículos elétricos nos últimos anos. Embora existam preocupações sobre o futuro desafios da cadeia de abastecimento, o design da bateria também deve evoluir.
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 também ajudam a suavizar a produção de energia eólica e solar, armazenar o excesso de energia que de outra forma seria reduzido e reduzir o congestionamento na rede.
Híbridos dominam o pipeline de projetos
No final de 2020, havia 73 projetos híbridos solares e 16 eólicos operando nos EUA, totalizando 2.5 gigawatts de geração e 0.45 gigawatts de armazenamento.
Hoje, a energia solar e os híbridos dominam o pipeline de desenvolvimento. Até o final de 2021, mais de 675 gigawatts de energia solar proposta plantas solicitaram aprovação de conexão à rede, com mais de um terço deles emparelhados com armazenamento. Outros 247 gigawatts de parques eólicos estavam em linha, com 19 gigawatts, ou cerca de 8% deles, como híbridos.
A quantidade de energia solar, de armazenamento e eólica proposta esperando para se conectar à rede cresceu dramaticamente nos últimos anos, enquanto o carvão, o gás e a energia nuclear diminuíram. Lawrence Berkeley National Laboratory
Obviamente, solicitar uma conexão é apenas um passo no desenvolvimento de uma usina de energia. Um desenvolvedor também precisa de acordos de terra e comunidade, um contrato de venda, financiamento e licenças. Apenas cerca de uma em cada quatro novas usinas propostas entre 2010 e 2016 entraram em operação comercial. Mas a profundidade do interesse em plantas híbridas pressagia um forte crescimento.
Em mercados como a Califórnia, as baterias são essencialmente obrigatórias para novos desenvolvedores de energia solar. Uma vez que a energia solar é muitas vezes responsável pela maioria do poder no mercado diurno, construir mais agrega pouco valor. Atualmente, 95% de toda a capacidade solar de grande escala proposta na fila da Califórnia vem com baterias.
5 lições sobre híbridos e questões para o futuro
A oportunidade de crescimento em híbridos renováveis é claramente grande, mas levanta algumas questões que o nosso grupo no Berkeley Lab vem investigando.
Aqui estão alguns dos nossos principais descobertas:
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O investimento compensa em muitas regiões. Descobrimos que, embora a adição de baterias a uma usina de energia solar aumente o preço, também aumenta o valor da energia. 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.
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A co-localização também significa compensações. A energia 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 da rede, como aliviar o congestionamento. Isso significa que há compensações ao determinar a melhor localização com o valor mais alto. Créditos fiscais federais que podem ser obtidos apenas quando as baterias são colocadas junto com a energia solar podem estar encorajando decisões abaixo do ideal em alguns casos
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Não existe uma combinação melhor. O valor de uma planta 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.
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As regras do mercado de energia precisam evoluir. Os híbridos 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 independente. Os híbridos também podem ser vendedores ou compradores de energia, ou ambos. Isso pode ficar complicado. As regras de participação de mercado para híbridos ainda estão evoluindo, deixando os operadores de usinas para experimentar como eles vendem seus serviços.
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Pequenos híbridos criam novas oportunidades: As usinas híbridas também podem ser pequenas, como energia solar e baterias em uma casa ou empresa. Tal híbridos se tornaram padrão no Havaí à medida que a energia solar satura 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 metro” levantam questões sobre como devem ser valorizadas e como podem contribuir para as operações da rede.
Os híbridos estão apenas começando, mas muito mais estão a caminho. Mais pesquisas são necessárias sobre as tecnologias, projetos de mercado e regulamentos para garantir que a rede e os preços da rede evoluam com eles.
Enquanto as perguntas permanecem, está claro que os híbridos estão redefinindo as usinas de energia. E eles podem refazer o sistema de energia dos EUA no processo.
Sobre os Autores
Joaquim Seel, Associado Sênior de Engenharia Científica, Lawrence Berkeley National Laboratory; Bentham Paulos, Afiliado, Mercado de eletricidade e Grupo de políticas, Lawrence Berkeley National Laboratory e Will Gorman, Pesquisador de Pós-Graduação em Mercados e Políticas de Eletricidade, Lawrence Berkeley National Laboratory
Este artigo foi republicado a partir de A Conversação sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.
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