Sistemas de armazenamento de energia

Descrição

A procura mundial de energia aumentou fortemente na última década, devido ao crescimento económico, ao aumento da população e à industrialização dos países em desenvolvimento. Esta procura de energia deve ser satisfeita da forma mais estável e sustentável possível, utilizando energias renováveis(Proton OnSite, 2016).

A produção variável de eletricidade é um fenómeno comum quando se trata de recursos renováveis, por exemplo, o vento e o sol. Assim, pode haver um desfasamento entre a energia produzida e os padrões de consumo, o que leva a que a energia não seja necessariamente produzida no momento em que é necessária. Além disso, devido à produção descentralizada e generalizada de energia por fontes renováveis, a energia não é necessariamente produzida em locais com procura.

Os sistemas de armazenamento de energia dissociam a produção e o consumo de energia e, por conseguinte, podem ajudar a equilibrar o sistema, armazenando a energia disponível no momento, que não é imediatamente necessária, para utilização futura(Distributed Control Methods and Cyber Security Issues in Microgrids, 2020).

Problemas a resolver

Indiretamente através de uma maior integração das energias renováveis:

Diretamente através de soluções de armazenamento:

Contexto da Cidade

A composição do preço da eletricidade pode influenciar o desempenho económico de um sistema de armazenamento de energia.

A regulamentação legal tem uma enorme influência e pode promover ou inibir os sistemas de armazenamento em países, regiões e cidades.

Uma vez que o armazenamento de eletricidade está principalmente relacionado com as energias renováveis, a proximidade de uma central de energias renováveis garante uma abordagem holística para maximizar a poupança de emissões dentro dos limites estabelecidos. Por exemplo, a eletricidade produzida por uma turbina eólica ou por um sistema fotovoltaico pode ser armazenada num sistema de armazenamento.

Factores de Suporte

1. Prevalência de fontes de energia renováveis locais (eólica/solar/CHP operada com energias renováveis)
2. A modernização da rede, como a transição para redes inteligentes, ajuda a integrar os sistemas de armazenamento de eletricidade
3. Regulamentação local que apoia os sistemas de armazenamento de energia (ver Iniciativas governamentais)

Iniciativas do Governo

O desempenho económico de muitas tecnologias de produção e armazenamento de energia depende em grande medida do quadro regulamentar, especialmente no que respeita a impostos e taxas. As implicações da política climática e do preço do CO2 têm o potencial de impulsionar as tecnologias com baixas emissões de carbono. Em seguida, o preço das licenças é adicionado aos custos variáveis de cada tecnologia baseada em combustíveis fósseis. Por exemplo, vários países europeus têm um imposto sobre o carbono. Portugal, Suécia, Espanha e Polónia são apenas alguns exemplos(taxfoundation, 2020).

Houve várias iniciativas da UE sobre baterias, como a Batteries Europe, a ação do Plano SET, os projectos BRIDGE sobre baterias ou o projeto BATSTORM(Comissão Europeia, 2020).

A maioria dos países da UE não dispõe de um mecanismo de apoio específico para os sistemas de armazenamento de energia, embora alguns tenham adotado medidas específicas. Na Alemanha, por exemplo, existe um programa de subsídios para a distribuição de sistemas de armazenamento de baterias. O seu objetivo é assegurar que os sistemas solares fotovoltaicos tenham um maior benefício para o sistema global, suavizando a sua exportação. Embora algumas soluções de armazenamento de energia sejam comercialmente viáveis sem subsídios, os grandes projectos de infra-estruturas pesadas, como as centrais de armazenamento por bombagem em grande escala, têm atualmente dificuldade em atrair investimentos devido ao elevado risco de receitas(cms, 2018).

Mapeamento de Stakeholders

Mapa das partes interessadas no armazenamento de energia

Mapa das partes interessadas de um sistema de armazenamento de energia (BABLE, 2021)

Potencial de Mercado

Existem muitas projeções para o futuro do mercado de armazenamento de energia. Algumas delas diferem significativamente, mas há uma conclusão comum a todas as projeções: o mercado de armazenamento de energia irá crescer. Um estudo da Deloitte (2018) identifica vários fatores impulsionadores desse crescimento:

• Redução dos custos das tecnologias de armazenamento
• Melhoria do desempenho
• A modernização e a complexidade da rede irão aumentar
• Será instalada mais energia renovável (a nível regional e global)
• Participação dos sistemas de armazenamento nos mercados grossistas de eletricidade
• Serão implementados incentivos financeiros que apoiem a utilização de tecnologias de armazenamento
• Tarifas de alimentação (FIT) baixas ou em declínio para as energias renováveis aumentam os incentivos ao autoconsumo da eletricidade produzida
• Crescente desejo de autossuficiência (autarquia energética), resiliência ou independência entre os consumidores
• Regulamentações e políticas nacionais que promovam soluções de armazenamento para enfrentar desafios específicos, tais como a dependência das importações, colmatar lacunas no mix de produção, avançar no sentido de objetivos ambientais e metas de descarbonização
• O armazenamento de energia deverá também beneficiar de amplos mandatos políticos ligados à urbanização e a objetivos de qualidade de vida nos países em desenvolvimento

Em 2019, a procura global de sistemas de armazenamento de energia ascendeu a 194,32 GW (Previsões por Região e Segmento, 2020). De acordo com a Bloomberg NEF, o mercado de armazenamento de energia crescerá cumulativamente para 943 GW ou 2 857 GWh até 2040. Entre 2018 e 2040, serão investidos 620 mil milhões de dólares em armazenamento de energia. Até 2040, prevê-se que o armazenamento de energia cresça de forma a representar 7% da capacidade elétrica instalada global total. Inicialmente, grande parte do armazenamento de eletricidade será instalado a jusante do contador, mas, em meados da década de 2030, prevê-se que a maioria do armazenamento se situe no setor de grande escala. A evolução do mercado nos diferentes países pode ser observada na figura seguinte (BloombergNEF, 2018).

Figura: Projeção da implantação cumulativa global de armazenamento por país, 2018-2030 (Deloitte, 2018)

Estrutura de Custos

Os custos das capacidades de armazenamento são cruciais para um sistema energético baseado em quotas significativas de energias renováveis. A figura abaixo apresenta uma visão geral com preços específicos por kWh para várias tecnologias de armazenamento de eletricidade nos últimos anos. Isto inclui sistemas de baterias, tecnologias «Power-to-X» (eletrólise, a cor castanha) e centrais de armazenamento por bombagem (hidroelétricas de bombagem, a cor amarela), estas últimas sendo atualmente a solução mais utilizada. A relação entre o preço e a capacidade instalada cumulativa é apresentada no eixo horizontal. Assim, é possível observar uma correlação entre a capacidade instalada e as reduções de custos.

Figura: Curvas de experiência para os custos e as capacidades instaladas cumulativas de diferentes tecnologias de armazenamento de energia elétrica (Schmidt, Hawkes, Gambhir e Staffell, 2017)

Para além da redução histórica dos custos específicos das capacidades de armazenamento de energia elétrica, prevêem-se novas reduções de custos. Estudos projetam que o Custo Nivelado de Armazenamento (LCoS) diminuirá, pelo menos, entre um terço e metade até 2030 e 2050. Além disso, prevê-se que as baterias de iões de lítio venham provavelmente a tornar-se mais rentáveis para quase todas as aplicações de baterias estacionárias a partir de 2030 (Schmidt, Melchior, Hawkes e Staffell, 2019). O efeito das reduções de custos não se deve exclusivamente à economia de escala, mas também ao nível de maturidade das tecnologias. A figura seguinte apresenta uma projeção sobre a evolução do LCoS.

Figura: Custos futuros previstos das tecnologias de armazenamento de energia elétrica (Schmidt, Hawkes, Gambhir e Staffell, 2017)

Modelos de Funcionamento

Modelo de funcionamento de um sistema de armazenamento de energia (BABLE, 2021)

Requisitos Legais

A nível da UE

• 2009, 2013 - promoção da utilização de energia proveniente de fontes renováveis(Jornal Oficial da União Europeia, 2009)(Comissão Europeia, 2013)
• 2016 - Pacote "Energia Limpa para todos os Europeus" - entre outras coisas, mudança para energias limpas e abertura dos mercados de eletricidade para o armazenamento de energia(Comissão Europeia, 2017)
• 2017 - Armazenamento de energia - o papel da eletricidade(Comissão Europeia, 2017)
• 2018 - Diretiva relativa à promoção da utilização de energia proveniente de fontes renováveis(Jornal Oficial da Comissão Europeia, 2018)
• 2019 - Diretiva relativa à conceção do mercado da eletricidade (reformulação): visa reduzir os obstáculos ao armazenamento de energia e impõe a contratação não discriminatória e concorrencial de serviços de compensação e regras equitativas em matéria de acesso à rede e de tarifação(Jornal Oficial da Comissão Europeia, 2019)
• 2020 - Proposta de regulamento do Parlamento Europeu e do Conselho relativo a pilhas e resíduos de pilhas: parte do Pacto Ecológico Europeu(Comissão Europeia, 2020), estatuto em fevereiro de 2021: Parlamento Europeu, 2021

França (Norton Rose Fullbright, 2019)

• Lei da Transição Energética: estabelece objectivos ambiciosos para 2030 em matéria de energias renováveis em França, o armazenamento de energia é uma necessidade para atingir os objectivos da política ambiental

Países Baixos(Norton Rose Fullbright, 2019)

• Lei neerlandesa sobre o clima
• Acordo sobre o clima