Modelo Projeta Necessidades de Armazenamento de Energia para um Sistema Energético Limpo e Sustentável

Pesquisadores desenvolveram um modelo que pode ser usado para projetar quais seriam as necessidades de armazenamento de energia de um país/região se ela mudasse completamente para fontes de energia renovável, abandonando os combustíveis fósseis na geração de energia elétrica. O modelo oferece aos analistas e reguladores informações críticas para uso em processos de tomada decisões de curto prazo e ao realizar o planejamento de longo prazo do sistema energético.

"Esse estudo é focado no sistema energético da Itália porque o país tem sofrido significativamente nos últimos anos, devido às dificuldades em obter gás natural a preços acessíveis, consequência da invasão da Ucrânia pela Rússia", diz Anderson de Queiroz, coautor de um artigo sobre o trabalho e professor associado de engenharia civil, construção e ambiental na North Carolina State University (NC State). "Esse trabalho explorou questões sobre como a Itália pode tornar seu sistema energético mais robusto. Nosso objetivo aqui foi desenvolver um modelo que nos permitisse determinar quais seriam as necessidades de armazenamento de energia da Itália se ela se afastasse completamente dos combustíveis fósseis e atendesse à sua demanda de eletricidade com fontes renováveis."

O armazenamento de energia é uma peça crítica desse quebra-cabeça, pois as fontes de energia renovável, como solar ou eólica, não produzem energia na mesma taxa o tempo todo. Por exemplo, é necessário armazenar a energia gerada pela energia solar para que se possa usá-la à noite, quando o sol não está brilhando.

Para entender melhor as necessidades de armazenamento de energia de um sistema energético, os pesquisadores modificaram um modelo de otimização existente chamado TEMOA.

Especificamente, os pesquisadores modificaram o modelo para levar em consideração como a produção de energia renovável mudaria durante diferentes momentos do dia e diferentes épocas do ano. Por exemplo, haveria uma maior produção de energia solar durante o verão, quando os dias são mais longos, mas a energia solar ainda cairia durante a noite. Os pesquisadores também consideraram as mudanças no consumo de energia em diferentes momentos do dia e durante diferentes estações do ano. Por exemplo, o consumo de energia pode aumentar durante as tardes quentes de verão, se as pessoas estiverem usando ar-condicionado.

Capturar essas flutuações diárias e sazonais na produção de energia renovável e no consumo de energia permitiu aos pesquisadores criar um modelo mais detalhado do sistema energético, o que os permitiu responder melhor a perguntas sobre as necessidades de armazenamento de energia do sistema. Quanta energia renovável poderia ser redirecionada para o armazenamento? Quanto armazenamento de energia seria necessário para atender à demanda do sistema?

"Nosso modelo modificado deixa claro que aumentar a capacidade de armazenamento de energia é fundamental para descarbonizar o setor elétrico da Itália, mas também oferece algumas percepções detalhadas", diz de Queiroz. "Por exemplo, o modelo sugere que a Itália precisa ser capaz de armazenar cerca de 10% de sua geração de eletricidade em dispositivos de armazenamento de energia de curto prazo."

O termo "armazenamento de energia de curto prazo" pode ser um pouco confuso. Ele não se refere a quanto tempo um dispositivo de armazenamento pode armazenar energia. Na verdade, refere-se a quanto tempo o dispositivo pode sustentar sua potência máxima de saída. Por exemplo, um dispositivo de dois quilowatts com duração de uma hora poderia liberar dois quilowatts de potência por uma hora, enquanto um dispositivo de três horas e dois quilowatts poderia liberar dois quilowatts de potência por três horas. Sistemas de armazenamento de energia que podem liberar a potência máxima por quatro horas ou menos são tipicamente considerados dispositivos de armazenamento de energia de curto prazo.

"Nossas projeções relacionadas aos dispositivos de armazenamento de energia de curto prazo são impulsionadas tanto pelas necessidades de armazenamento de energia do sistema quanto pelo fato de que esses dispositivos se apresentam como a maneira mais econômica de atender a essas necessidades, com base em estimativas recentes de projeção de custos", diz de Queiroz.

Embora este artigo se concentre na Itália, o modelo desenvolvido pelos pesquisadores para este trabalho pode ser usado para projetar as necessidades de armazenamento de energia para qualquer sistema energético.

"À medida que o mundo avança em direção a fontes de energia renovável, precisamos encontrar maneiras de lidar com a sua variabilidade", diz de Queiroz. "Os dispositivos de armazenamento de energia nos dão a flexibilidade para nos ajustarmos às flutuações na produção de energia, ao mesmo tempo que nos dão a confiabilidade necessária para atender à demanda de energia. E modelos como o que demonstramos aqui fornecem informações críticas para tomadores de decisão em planejamento e formação de políticas energéticas sobre as necessidades de armazenamento de energia a longo prazo."

O artigo, "Modeling energy storage in long-term capacity expansion energy planning: an analysis of the Italian system", foi publicado no Journal of Energy Storage. O primeiro autor do artigo é Matteo Nicoli, doutorando na Politecnico di Torino. O artigo foi coautorado por Victor Faria, recém-doutorado pela NC State; e por Laura Savoldi, da Politecnico di Torino.