Até agora, em 2023, as emissões de carbono do setor elétrico da Grã-Bretanha caíram para os níveis mais baixos já registrados. Abril até estabeleceu um novo recorde de baixa intensidade de carbono em meia hora: apenas 33 gCO2/kWh.
Mas qual é a contribuição do armazenamento de energia em baterias para a redução das emissões de carbono?
Quais são os destaques?
O armazenamento de energia em baterias reduziu as emissões do setor elétrico britânico em mais de 1% desde 2021
A Resposta de Frequência é responsável por quase todo esse benefício
A Contenção Dinâmica é (de longe) a ação mais benéfica para o carbono que as baterias realizam atualmente
A metodologia
Como medimos as emissões de carbono do setor elétrico?
A intensidade de carbono é uma medida das emissões de carbono provenientes da geração de energia. É medida em gCO2/kWh. Basicamente, para cada kWh de eletricidade gerada, quais foram as emissões de carbono associadas?
A intensidade de carbono de uma determinada tecnologia depende de vários fatores - por exemplo, combustível e eficiência.
A National Grid ESO calcula e publica a intensidade de carbono da rede a cada meia hora - você pode ver os dados aqui.
Como o armazenamento de energia em baterias pode reduzir as emissões de carbono?
O armazenamento de energia em baterias pode reduzir as emissões de carbono da rede de duas maneiras:
- Mudanças diretas nas emissões - como resultado da energia importada ou exportada para a rede.
- Impactos indiretos - como resultado da prestação de serviços à rede (como resposta de frequência).
Mas como podemos quantificar isso?
Benefício de carbono das ações diretas de energia
Sempre que as baterias importam ou exportam energia para a rede, há uma alteração correspondente na carga líquida do sistema. Isso tem um impacto correspondente no carbono.
O armazenamento de energia em baterias em escala de rede tende a importar ou exportar por um destes três motivos:
- Ações de arbitragem de energia em resposta aos preços.
- Ações do Mecanismo de Balanço em resposta a despachos da National Grid ESO.
- Serviços de rede - por exemplo, descarga após uma queda de frequência na rede.
Multiplicando esses volumes de importação e exportação pela intensidade de carbono em cada meia hora, podemos calcular o impacto de carbono dessas ações.
- Após o lançamento da Regulação Dinâmica, as ações energéticas das baterias contribuíram, na verdade, com 8.000 toneladas de emissões.
- No geral, no entanto, esse número é insignificante - o setor elétrico foi responsável por 123 milhões de toneladas de emissões de CO2 no mesmo período!
Basicamente, as ações energéticas do armazenamento em baterias não reduzem a intensidade de carbono da rede. Então, como exatamente as baterias estão reduzindo as emissões?
Benefício de carbono dos serviços de rede
As baterias passam a maior parte do tempo contratadas para fornecer diferentes serviços de resposta de frequência. Existem quatro principais serviços de resposta de frequência que as baterias prestam:
- Contenção Dinâmica - um serviço pós-falha muito rápido.
- Moderação Dinâmica - um serviço pré-falha muito rápido.
- Regulação Dinâmica - um serviço pré-falha rápido.
- Resposta de Frequência Firme - um serviço pré e pós-falha mais lento.
Esses serviços fazem com que as baterias carreguem e descarreguem da rede (como já mencionado). No entanto, o principal benefício é permitir que a National Grid ESO opere o sistema de forma segura e confiável - reduzindo as emissões.
Então, qual é o benefício de carbono do armazenamento em baterias ao fornecer esses serviços? Podemos calcular isso olhando para as ações que teriam sido tomadas sem eles.
Resposta Obrigatória de Frequência
O sistema elétrico precisa de resposta de frequência para manter a estabilidade da frequência. Quando a National Grid ESO não consegue adquirir o nível necessário por meio dos quatro serviços mencionados acima, o centro de controle recorre à Resposta Obrigatória de Frequência.
As CCGTs fornecem a maior parte da Resposta Obrigatória de Frequência. Por isso, a intensidade média de carbono dos sistemas que prestam o serviço foi de 391 gCO2/kWh entre abril de 2022 e março de 2023.
Esse serviço é mais lento do que os três novos serviços dinâmicos de resposta de frequência - portanto, é menos eficiente ao fornecer a mesma resposta. Isso significa que são necessários mais megawatts para obter o mesmo efeito. Por exemplo, a Contenção Dinâmica de baixa frequência pode exigir até três vezes o volume da Resposta Obrigatória de Frequência para substituí-la.
Emissões operacionais de MFR evitadas
A simetria entre resposta de alta frequência e baixa frequência deveria significar que os impactos de carbono da Resposta Obrigatória de Frequência se compensam. No entanto, até recentemente, a National Grid ESO priorizou enormemente a resposta de baixa frequência - especialmente na Contenção Dinâmica.
Usar a Resposta Obrigatória de Frequência em vez da resposta dinâmica de baixa frequência resulta em aumento das emissões de carbono - e, ao fornecer a resposta dinâmica de baixa frequência, as baterias reduzem as emissões. Desde 2021, isso economizou cerca de 480.000 toneladas de emissões de CO2.
Melhoria na eficiência do sistema
Outra consequência da Resposta Obrigatória de Frequência é a redução da eficiência geral do sistema. Muitas vezes, as usinas que prestam o serviço precisam ser reposicionadas para garantir espaço suficiente para a prestação do serviço. As CCGTs funcionam melhor a plena carga para obter eficiência ideal - mas, para fornecer a Resposta Obrigatória de Frequência, muitas vezes são operadas em potência reduzida.
Para equilibrar a energia no sistema, outra usina precisa aumentar sua geração para compensar (geralmente uma CCGT menos eficiente). Isso resulta em uma redução geral da eficiência entre essas duas usinas - e um aumento subsequente na intensidade de carbono dos dois locais.
Esse impacto pode parecer mínimo - apenas um aumento de 0,5% na intensidade de carbono entre as duas usinas. No entanto, esse aumento se aplica a toda a produção das duas usinas, não apenas ao volume instruído de Resposta Obrigatória de Frequência. Isso resulta em mais emissões de carbono.
Isso não é tudo. Às vezes, a Resposta Obrigatória de Frequência resulta em consequências ainda piores - como a redução da geração eólica. Os impactos de carbono dessas ações seriam ainda maiores.
Em média, um MWh de Resposta Obrigatória de Frequência significa um aumento de 4% na intensidade de carbono do volume de geração equivalente.
Desde 2021, isso equivale a 637.000 toneladas de emissões de CO2 evitadas.
Ações de gestão de inércia evitadas
Inércia é uma característica física dos sistemas elétricos que desacelera a taxa de variação da frequência da rede. Ela é fornecida principalmente como subproduto de grandes geradores pesados sincronizados com a frequência da rede. A National Grid ESO precisa manter um nível mínimo de inércia na rede para garantir a estabilidade do sistema.
A inércia da rede fornecida pelo mercado às vezes pode cair abaixo desse ponto. O centro de controle então precisa reduzir a geração eólica ou dos interconectores (que não fornecem inércia) e aumentar a geração das CCGTs para compensar - isso aumenta as emissões da rede.
O sistema observou uma redução tanto na inércia média quanto na inércia mínima exigida. O lançamento da Contenção Dinâmica e o Programa de Mudança Acelerada de Perda de Mains tornaram o sistema mais seguro, mesmo em níveis mais baixos de inércia. O sistema observou uma redução tanto na inércia média quanto na inércia mínima exigida.
Vale destacar que os dados de inércia do sistema publicados pela National Grid ESO são apenas uma estimativa e podem não representar a inércia real do sistema no momento.
Como isso beneficiou as emissões de carbono?
Quando a ESO precisa de inércia, geralmente recorre às CCGTs no Mecanismo de Balanço. Muitas vezes, a geração eólica é reduzida.
A Contenção Dinâmica permite que o sistema opere com níveis mais baixos de inércia. Isso faz com que a ESO dependa menos das CCGTs para gerenciar quedas de inércia.
Isso resultou em cerca de 174.000 toneladas de emissões de CO2 evitadas desde 2021.
Intervalos de incerteza nesses números
Modelar as emissões evitadas pelo armazenamento de energia em baterias é complexo - e certas suposições precisam ser feitas.
No geral, os números deste artigo são uma estimativa bastante conservadora.
Como o benefício de carbono da frota de baterias pode melhorar no futuro?
Além dos benefícios de carbono destacados acima, há outras formas pelas quais o armazenamento de energia em baterias pode reduzir as emissões de carbono. Essas formas devem ganhar mais destaque no futuro.
- Redução do desperdício de geração eólica e solar. Atualmente é insignificante, mas pode proporcionar um benefício significativo de carbono - especialmente com novos sistemas de armazenamento em regiões com restrições. Saiba mais sobre isso aqui.
- Substituição de geradores fósseis em serviços de reserva. A reserva é fornecida quase totalmente por geradores de alta intensidade de carbono. Com novos produtos de reserva chegando, o armazenamento em baterias pode começar a compensar parte disso? Saiba mais sobre Quick e Slow Reserve aqui, e sobre Balancing Reserve aqui.
- Mercado de Capacidade - impedindo a construção de novas usinas fósseis. Com 1,3 GW de capacidade de armazenamento em baterias (ajustada) vencendo contratos no último T-4 (veja aqui), já estamos começando a ver isso acontecer?
