A co-localização de sistemas de armazenamento não possui uma solução única para todos os casos. Existem diversas soluções técnicas, cada uma alterando as restrições operacionais e as oportunidades comerciais de um projeto. Então, como você pode co-localizar um sistema de armazenamento de energia em baterias com a geração?

No nosso artigo anterior sobre co-localização, apresentamos o conceito de instalar sistemas de armazenamento de energia em baterias junto a fontes de geração. Neste artigo, aprofundamos os detalhes de como configurar um site co-localizado. O foco aqui está em projetos que combinam solar e armazenamento, embora certos aspectos se apliquem a qualquer tipo de co-localização.

Alerta de spoiler

• O acoplamento CA é o método mais comum para co-localizar projetos. Isso significa que o armazenamento é conectado à geração no lado CA do inversor da bateria, antes de chegar à conexão com a rede.
• O acoplamento CC é uma alternativa para projetos solares com armazenamento. A bateria se conecta ao sistema solar no lado CC de ambos os ativos. Os dois compartilham um único inversor.
• Ambas as soluções impõem restrições à operação do sistema de armazenamento de energia em baterias. Isso ocorre porque a conexão compartilhada com a rede geralmente não permite exportação total simultânea tanto da bateria quanto da geração.
• A medição pode alterar significativamente a operação do projeto, agrupando ou separando a bateria e a fonte de geração.

Compartilhar (uma conexão de rede) é cuidar

O caminho mais comum para co-localização de armazenamento e solar até agora tem sido através do acoplamento CA. Os dois ativos são acoplados no lado de corrente alternada (CA) de seus inversores – antes da energia chegar à conexão com a rede.

O armazenamento de energia em baterias carrega ou descarrega eletricidade em corrente contínua (CC). O mesmo ocorre com boa parte da geração renovável – incluindo a solar. Esse sinal de energia precisa ser convertido em CA antes de ser exportado para a rede, função do inversor.

Para detalhar as soluções de co-localização, vamos usar um exemplo hipotético de projeto solar com armazenamento, localizado na sede da Modo em uma ensolarada Birmingham. Este projeto tem as seguintes especificações:

• Uma conexão com a rede de 50 MW (importação e exportação).
• Uma bateria de 50 MWh com inversor de 50 MW.
• Uma usina solar de 70 MWp com inversor de 50 MW.

Glossário: Solar de 70MWp significa que os painéis solares produzem 70MW no lado CC do inversor em condições de pico.

Como seria nosso site acoplado em CA?

A Figura 1 (abaixo) mostra exemplos de configuração desses três componentes. Um site solar com armazenamento acoplado em CA é comparado a dois sites independentes.

• No primeiro exemplo, existem dois projetos independentes, um de armazenamento em baterias e outro solar. Cada um tem sua própria conexão com a rede.
• No segundo exemplo, os dois ativos se conectam antes de chegar à rede, economizando nos custos de conexão.
• Em ambos os projetos, o inversor corta a geração total em CC dos painéis solares. O corte significa que, no pico, a geração solar excede a capacidade do inversor. O excesso de energia é perdido em forma de calor. É comum superdimensionar a capacidade CC de uma usina solar em relação ao inversor, pois isso resulta em um perfil de exportação mais amplo – e, portanto, maior fator de carga e melhores retornos.
• O inversor corta a geração solar antes que o armazenamento em baterias possa se conectar. Por isso, a bateria não consegue carregar com esse ‘excesso’ solar.

A co-localização impõe restrições

A co-localização dos dois ativos impõe uma restrição na capacidade de exportação do site. Quando a solar está gerando e exportando por uma única conexão, a capacidade de exportação restante para a bateria é reduzida.

Essa restrição faz com que tanto a bateria quanto a solar não possam exportar em plena capacidade ao mesmo tempo. Por ser um ativo mais flexível, é comum ajustar a operação da bateria de acordo com essa limitação.

A Figura 2 (abaixo) mostra como a produção solar limita a capacidade de exportação disponível para a bateria.

• Durante a noite, o sistema de armazenamento em baterias pode exportar em potência máxima, já que a solar não está gerando e há 50MW de margem na conexão com a rede.
• Ao meio-dia, a solar exporta em potência máxima e não há margem para a bateria exportar.
• Isso impõe restrições na operação da bateria e em como ela pode participar de serviços ancilares.
• O inversor limita o perfil de geração solar não cortado a 50MW. O sistema também perde energia no inversor devido a perdas de conversão.

Como isso funciona na prática?

Para garantir a operação segura de um site co-localizado acoplado em CA, são necessários equipamentos e softwares de limitação de exportação. No nosso exemplo, a capacidade total de exportação entre solar e bateria (100 MW) excede a capacidade disponível da rede (50MW). Exceder esse limite pode resultar em desligamento automático ordenado pelo Operador da Rede de Distribuição. Os contratos de conexão geralmente estipulam que o site será desligado se os limites forem ultrapassados, conforme a certificação G99, que exige que o site possa se conectar à rede local.

Isso gera custos – tanto pela exportação perdida durante o desligamento quanto por penalidades do Operador da Rede. Por isso, a solução no local que garante que os limites de importação e exportação não sejam ultrapassados deve ser robusta para proteger o projeto.

Acoplamento CC: o santo graal da co-localização?

A seção acima aborda o método de acoplamento CA. Porém, existe outra solução para projetos solares com armazenamento chamada acoplamento CC. Em um site solar com armazenamento acoplado em CC, o acoplamento dos dois ativos ocorre atrás de um único inversor.

A Figura 3 (abaixo) mostra como isso funcionaria em nosso exemplo hipotético de projeto solar com armazenamento.

• Do ponto de vista tecnológico, esta é a solução mais eficiente possível, com um único inversor e conexão com a rede compartilhados.
• A bateria agora está acoplada ao solar atrás do inversor, podendo carregar diretamente da geração solar, inclusive da energia que seria cortada.
• O site acoplado em CC possui a mesma restrição que o acoplado em CA. Porém, agora a limitação ocorre no inversor, não na conexão com a rede. Isso torna fisicamente impossível exportar mais do que a capacidade máxima da rede.
• Isso também faz com que o acoplamento CC seja preferido do ponto de vista do operador da rede e, em algumas regiões, possa ser priorizado para conexão.

Mas qual é o porém?

O acoplamento CC é frequentemente citado como a solução ideal para co-localização de solar e armazenamento, pelos motivos acima. No entanto, a maioria dos projetos anunciados no Reino Unido até o momento utiliza acoplamento CA. Por quê?

• Apesar de o compartilhamento do inversor reduzir custos, as eficiências de preço em armazenamento têm sido impulsionadas pelo avanço das soluções integradas (muitas vezes chamadas de ‘soluções conteinerizadas’). Desfazer essa integração pode anular os benefícios de custo.
• A potência de saída do inversor é a soma dos sinais de energia do solar e da bateria – incluindo as variações típicas da geração solar. Isso pode impactar a capacidade do projeto de fornecer serviços ancilares que atualmente são medidos no lado CA do inversor, como resposta de frequência.
• Por fim, o acoplamento atrás do inversor integra ainda mais os ativos solar e de armazenamento, limitando a possibilidade de separação comercial dos dois ativos e restringindo algumas opções de financiamento disponíveis para projetos acoplados em CA.

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