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Não é tão fácil: calcular os custos de integração de energia renovável na rede

Não é tão fácil: calcular os custos de integração de energia renovável na rede


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O Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) Mecanismo de Integração de Sistemas de Energia (ESIF) em construção. Este é um Centro de P&D de integração de sistemas em escala de megawatt no NREL [fonte da imagem: Dennis Schroeder / NREL]

Calcular o custo de integração da eletricidade renovável na rede não é uma tarefa fácil, porque há uma variedade de fatores complicadores. No entanto, esta não é uma questão exclusivamente restrita às energias renováveis, pois quase todas as tecnologias de geração impõem custos quando são adicionadas ao sistema de transmissão. Isso é particularmente verdadeiro para grandes geradores, que exigem requisitos adicionais de reserva de contingência para proteção contra falhas repentinas. Os custos impostos são compartilhados entre todas as tecnologias de geração e isso, por sua vez, significa que as tecnologias que criam o problema são efetivamente subsidiadas pelos geradores menores. O raciocínio empregado aqui é que os geradores maiores e as maiores reservas de contingência que fornecem beneficiam todo o sistema

Nos últimos anos, o custo de geração de tecnologias de energia renovável, como solar e eólica, diminuiu a tal ponto que o custo nivelado de eletricidade (LCOE) para ambas as tecnologias está agora abaixo do combustível fóssil convencional e da energia nuclear em muitos partes do mundo.

No entanto, eólica e solar são exemplos de tecnologias renováveis ​​que não podem fornecer energia sob demanda devido ao problema de intermitência. Isso significa que os principais custos surgem da implantação de sistemas de energia adicionais que fornecem energia de reserva.

Outra complicação é que as usinas eólicas e solares estão localizadas em áreas remotas, longe de onde a demanda é maior. Isso significa que uma nova infraestrutura de rede será necessária para integrar efetivamente a energia renovável nos sistemas de energia globais. O custo potencial disso é muito debatido, em grande parte dependendo do sistema de energia específico e da metodologia.

[Fonte da imagem: Wikimedia Commons]

Uma publicação de duas páginas produzida por comentários do NREL:

“Embora vários estudos tenham avaliado os custos de integração, calculá-los corretamente é um desafio porque é difícil desenvolver com precisão um cenário de linha de base sem geração variável (VG) que contabilize adequadamente o valor da energia. Também é difícil alocar os custos de forma adequada, dadas as complexas interações não lineares entre recursos e cargas. ”

Os custos de integração consistem em custos de rede, custos de equilíbrio e os efeitos de custo em usinas convencionais (o 'efeito de utilização). Os custos da rede envolvem o custo de trazer eletricidade de onde é gerada para onde é necessária. Os custos de equilíbrio são aqueles que compensam as diferenças entre a potência prevista e a produção real. Os custos de interação entre as energias renováveis ​​e outras usinas envolvem o custo específico de produção dessas usinas devido à redução de suas horas de plena carga. Esses custos surgem quando uma nova usina de energia é adicionada a um sistema de energia, mas os custos de integração para energia eólica e solar são diferentes daqueles de usinas de ‘base’.

A maior discussão em torno da integração envolve os custos relacionados à interação entre a nova energia renovável e a energia convencional existente. Tal discussão inclui o cálculo do "efeito de utilização", em que algumas plantas são modernizadas enquanto a utilização de outras é reduzida. Por sua vez, a utilização reduzida dessas usinas aumenta seus custos específicos de geração.

Um relatório da Agora-energiewende recomenda o cálculo dos custos totais do sistema de energia, com e sem geração eólica e solar, como forma de comparar uma série de fontes de geração diferentes. Isso também é algo que o Laboratório Nacional de Energia Renovável dos EUA (NREL) reconhece.

Um dos quadros de comando Red B Racetrack no Energy Systems Integration Facility (ESIF) do NREL [Fonte da imagem: Dennis Schroeder - NREL]

Existem agora técnicas de análise que podem simular com eficácia as operações do sistema de energia com carga sincronizada no tempo e dados para energia eólica e solar. Alguns desses modelos funcionam com períodos de hora em hora (ou mais curtos) ao longo de um ano ou mais. Isso significa que eles são capazes de prever erros eólicos, solares e de carga, além de calcular a produção e o consumo. Isso significa que os custos totais do sistema podem ser calculados com precisão sob uma variedade de condições, com as diferenças de custo tipicamente dominadas pela economia de combustível fornecida pelas energias renováveis.

No entanto, o cálculo de um "custo de integração" que lida com o custo adicional incorrido como resultado da variabilidade da energia eólica e solar permanece difícil. Isso se deve às complexas interações entre os componentes do sistema de potência, levantando questões sobre se os componentes do custo de integração podem ou não ser desemaranhados. Essa complexidade surge do problema de estabelecer quais as condições de comparação e as interações entre os recursos de geração, principalmente porque os custos de integração eólica e solar não podem ser medidos diretamente.

Exemplos de erros de cálculo comuns feitos durante os estudos de integração incluem:

  • Contagem dupla - Isso geralmente resulta da falha em contabilizar os benefícios da agregação ou incluir o mesmo nível de variabilidade em várias fontes de geração.
  • Tentar equilibrar a geração de variáveis ​​isoladamente da carga
  • Escalonar a saída de geradores variáveis ​​para representar a saída esperada de uma frota maior, que tende a superestimar a quantidade de variabilidade do vento e possivelmente também da solar.

VEJA TAMBÉM: MODERNIZAÇÃO DA GRADE PARA ENERGIA RENOVÁVEL

A análise de integração atual para energia eólica e solar usa o mesmo compromisso de unidade com restrição de segurança e software de despacho econômico usado para operar o sistema de energia atual. Os modelos envolvidos na previsão numérica do tempo, cobertura de nuvens e outras tecnologias de modelagem do tempo estão sendo usados ​​para gerar dados de séries temporais eólicas e solares que podem ser sincronizados com os dados de carga. A modelagem é conduzida ao longo de um período de vários anos com resolução de 10 minutos ou ainda mais rápido e as previsões eólica e solar estão incluídas. Um caso base excluindo a geração variável pode ser comparado com vários estudos de caso de geração variável de alta penetração, a fim de avaliar o impacto da energia eólica e solar nos custos de combustível e operacionais, requisitos de reserva e operação de tecnologias de geração convencionais. Isso significa que os custos totais do sistema com e sem geração variável podem agora ser calculados com um nível de confiança razoavelmente alto.

Além disso, as tecnologias de energia renovável variável oferecem diversidade, estabilidade de preços, segurança energética e vários benefícios ambientais. Todos esses fatores fornecem benefícios para todos os usuários do sistema de energia, o que significa que os custos de integração podem ser amplamente compartilhados.

Outras medidas que poderiam ser introduzidas incluem coordenação aprimorada entre operadores de sistemas vizinhos, maior diversidade geográfica de instalações eólicas e solares, reforços de transmissão e soluções de demanda, como resposta à demanda e preço por tempo de uso. Considerando tais medidas em uma revisão da literatura realizada em agosto de 2015, a Synapse descobriu que a energia eólica e solar poderiam ser integradas por cerca de $ 5 (£ 3,41) por MWh.


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