A aposentadoria da geração síncrona está fazendo com que redes elétricas ao redor do mundo percam fontes críticas de estabilidade do sistema. As tecnologias grid-forming (GFM) serão essenciais para substituir essa capacidade e garantir que as redes elétricas tenham resiliência para lidar com choques durante a transição.
A maioria dos geradores baseados em inversores no NEM utiliza inversores grid-following (GFL), projetados para maximizar a entrega de potência ativa à rede. Essa escolha faz sentido para tecnologias intermitentes que não conseguem ajustar facilmente sua produção. Mas, à medida que os geradores térmicos se aposentam, as redes ficam com menos fornecedores de inércia e força do sistema.
Este artigo analisa o estado do GFM no NEM, um dos mercados mais avançados para essa tecnologia. Explora o que é GFM, como os primeiros projetos foram financiados e a diferença de custo entre GFM e GFL.
Resumo executivo:
- Baterias GFM utilizam controles avançados de inversores para estabelecer sua própria forma de onda de tensão. Ao atuarem como fonte de tensão, conseguem fornecer serviços de suporte à rede.
- Doze baterias GFM já estão operacionais no NEM. A ARENA e outros programas de financiamento governamental apoiaram a maioria desses projetos até o momento.
- Baterias GFM estão sendo cada vez mais contratadas para fornecer serviços ao sistema no NEM. Três baterias GFM já foram contratadas para fornecer suporte de tensão, inércia sintética e estabilidade à rede.
- O custo para construir uma bateria GFM no NEM agora é praticamente igual ao da GFL. O GFM exige testes mais rigorosos, o que torna essa parte do processo um pouco mais cara.
O que é uma bateria grid-forming?
Baterias grid-following maximizam a entrega de potência de um gerador para a rede, mas não respondem ativamente às necessidades da rede. Essas baterias não conseguem fornecer serviços de suporte como força do sistema ou controle de tensão, tornando-as propensas a cortes durante distúrbios na rede.
Baterias grid-forming utilizam controles avançados de inversores para estabelecer e regular tensão e frequência no ponto de conexão. Isso permite que respondam às condições locais da rede, apoiando a estabilidade por meio de serviços como regulação de tensão, controle de frequência e inércia sintética.
Baterias GFM permitem maior suporte ao sistema e flexibilidade operacional
Baterias GFM criam sua própria forma de onda de tensão em vez de depender da rede. Ao atuarem como fonte de tensão, oferecem capacidades que vão além da simples entrega de energia.
As principais capacidades dos BESS grid-forming incluem:
- Suporte de tensão e potência reativa: Conseguem manter a tensão da rede estável e injetar ou absorver rapidamente potência reativa durante distúrbios. Medido em MVAr.
- Suporte ao nível de curto-circuito: Baterias GFM podem fornecer pulsos curtos de alta corrente durante falhas. Isso fortalece a capacidade de suportar falhas e apoia sistemas de proteção. Medido em MVA.
- Resposta de inércia: Baterias GFM fornecem inércia sintética através de seus sistemas de controle, desacelerando a taxa de variação de frequência durante distúrbios. Medido em MW.s.
- Operação em modo isolado: Baterias GFM podem manter a operação estável de um sistema local mesmo se separadas da rede principal.
Essas capacidades permitem que baterias GFM forneçam serviços de suporte à rede que, historicamente, eram prestados por geradores a carvão e gás.
No NEM, a participação nesses serviços normalmente não interfere com a participação em energia ou em FCAS, pois a maioria é entregue através de potência reativa. A inércia depende de potência ativa, mas o espaço necessário é pequeno e o impacto nas receitas é mínimo.
Agregar esses serviços às receitas regulares permite que as baterias os ofereçam a um custo muito menor do que outros provedores de estabilidade.
A Comissão de Energia da Austrália estima o custo de fornecimento de inércia para diferentes tecnologias como:
| Custo fixo ($/MW.s/ano) | Custo variável ($/MW.s/hora) | |
|---|---|---|
| Novo condensador síncrono | $7.600 | $0,20-0,50 |
| Novo BESS grid-forming | $0-806 | $0,02 |
Isso posiciona as baterias GFM como os provedores de inércia de menor custo para o futuro.
O apoio do governo financiou todos os BESS grid-forming até agora
Atualmente, há doze baterias GFM operacionais de um total de 30 no NEM. O programa piloto original da ARENA financiou cinco desses projetos, focando principalmente em áreas de baixa força do sistema em Nova Gales do Sul e Austrália do Sul. O segundo programa da ARENA, a Rodada de Financiamento de Armazenamento em Larga Escala, apoiou a adaptação e comissionamento de três baterias com tecnologia grid-forming, todas com mais de 200MW.
Esse apoio ajudou a reduzir riscos para desenvolvedores e fabricantes, permitindo testar inversores GFM e demonstrar seu valor para a segurança do sistema. Todas as baterias GFM operacionais até agora utilizaram inversores da Tesla, Power Electronics ou EPC Power.
O apoio estadual para baterias GFM também está surgindo. O destaque é o Victorian Energy Innovation Fund, que já destinou $126 milhões para dois projetos GFM: Koorangie e Terang.
O financiamento governamental vai além dos projetos existentes, com outras quatro baterias em desenvolvimento: Liddell, Gnarwarre, Mortlake e Terang.
O financiamento governamental desempenhou papel fundamental na implantação das tecnologias GFM nos primeiros projetos, mas agora os incentivos estão migrando para como a tecnologia pode oferecer suporte de rede a longo prazo.
Três baterias GFM já possuem contratos com Operadores de Serviços de Rede de Transmissão (TNSP), sendo elas:
- Riverina e Darlington Point: contratadas para fornecer serviços de suporte de tensão à Transgrid.
- Wallgrove: também contratada pela Transgrid para fornecer Fast Frequency Response em escala de rede como forma de inércia sintética.
- Koorangie: contratada para fornecer serviços de força do sistema e estabilidade de rede no noroeste de Victoria.
Embora os detalhes desses contratos de suporte à rede sejam confidenciais, eles destacam o valor crescente da capacidade GFM.
O custo para construir um BESS GFM é praticamente igual ao de um GFL
Os custos dos inversores GFM caíram a ponto de o valor adicional para uma bateria GFM em relação a uma GFL ser insignificante em novos projetos. Sistemas GFM no NEM exigem mais testes para conexão à rede, o que torna o processo de comissionamento um pouco mais caro.
Por outro lado, adaptar a tecnologia grid-forming a um projeto já existente pode custar até 21 vezes mais do que adotar GFM desde o início. Isso torna racional para os desenvolvedores escolherem GFM já no começo do projeto. No entanto, o custo do retrofit ainda é relativamente pequeno, em média $12 mil/MW para um ativo de 250MW.
As baterias GFM estão passando de projetos-piloto para adoção em larga escala no NEM. O financiamento governamental apoiou a construção dos primeiros projetos, mas agora os acordos de rede surgem como o próximo incentivo. Sem diferença real de custo entre grid-forming e grid-following, a escolha por grid-forming está se tornando o caminho padrão para novos projetos.
Para quem quiser se aprofundar, aqui está uma lista de artigos com lições de baterias GFM já em operação.
