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 Armazenamento de energia

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

Potencial de Mercado

Existem muitas projecções para o futuro mercado do armazenamento de energia. Algumas delas diferem significativamente, mas há uma afirmação que pode ser encontrada em todas as projecções: o mercado do armazenamento de energia vai crescer. Um estudo da Deloitte (2018) identifica vários factores para este crescimento:

• Diminuição dos custos das tecnologias de armazenamento
• Melhoria do desempenho
• A modernização da rede e a complexidade da rede aumentarão
• Serão instaladas mais energias renováveis (a nível regional e global)
• Participação dos sistemas de armazenamento nos mercados grossistas de eletricidade
• Serão criados incentivos financeiros para apoiar a utilização de tecnologias de armazenamento
• Tarifas de aquisição (FIT) baixas ou em declínio para as energias renováveis Aumento dos incentivos ao autoconsumo da eletricidade produzida
• Aumento do desejo de autossuficiência (autarquia energética), resiliência ou independência entre os consumidores
• Regulamentação e políticas nacionais que promovem soluções de armazenamento para fazer face a desafios específicos, como a dependência das importações, colmatar lacunas no cabaz de produção, avançar para objectivos ambientais e metas de descarbonização
• É provável que o armazenamento de energia também beneficie de amplos mandatos políticos ligados aos objectivos de urbanização e 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. De 2018 a 2040, serão investidos 620 mil milhões de dólares em armazenamento de energia. Até 2040, prevê-se que o armazenamento de energia represente 7% do total da capacidade eléctrica instalada a nível mundial. Inicialmente, grande parte do armazenamento de eletricidade será instalado atrás do contador, mas, em meados da década de 2030, prevê-se que a maior parte do armazenamento se encontre no sector à escala dos serviços públicos. A evolução do mercado em cada país pode ser vista na figura seguinte(BloomberggNEF, 2018).

Figura: Implantação global cumulativa projectada 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 percentagens significativas de energias renováveis. A figura abaixo apresenta uma panorâmica com preços específicos por kWh para várias tecnologias de armazenamento de eletricidade nos últimos anos. Esta incorpora sistemas de baterias, tecnologias "power to X" (eletrólise na cor castanha) e centrais de armazenamento por bombagem (bombagem hidráulica na cor amarela) como a solução atualmente mais utilizada. A dependência entre o preço e a capacidade instalada acumulada é mostrada nos eixos horizontais. Assim, pode observar-se uma correlação entre a capacidade instalada e as reduções de custos.

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

Para além da redução histórica dos custos específicos das capacidades de armazenamento elétrico, são esperadas novas reduções de custos. Estudos projectam que o Custo Nivelado de Armazenamento (LCoS) reduzirá pelo menos um terço a metade até 2030 e 2050. Além disso, espera-se que o ião de lítio se torne provavelmente mais eficiente em termos de custos para quase todas as aplicações de baterias estacionárias a partir de 2030(Schmidt, Melchior, Hawkes, & Staffell, 2019). O efeito das reduções de custos não é causado apenas pela economia de escala, mas também pelo nível de maturidade das tecnologias. Na figura seguinte é apresentada uma projeção sobre o desenvolvimento de LCoS.

Figura: Custos futuros projectados das tecnologias de armazenamento elétrico(Schmidt, Hawkes, Gambhir, & 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