Na semana passada, exploramos a operação da maior bateria co-localizada da Grã-Bretanha – no Parque Eólico de Whitelee. Mas e quanto às baterias co-localizadas com energia solar? Atualmente, a maioria é acoplada em corrente alternada (AC-coupled) – mas será que o acoplamento em corrente contínua (DC-coupling) pode ser mais vantajoso?
O que é o acoplamento em corrente contínua (DC-coupling)?
O acoplamento em DC refere-se a uma bateria e uma usina solar co-localizadas, conectadas atrás de um inversor compartilhado – onde a energia circula em corrente contínua (DC).
Ambos os ativos operam em DC – e necessitam de um inversor para converter a eletricidade para/de corrente alternada (AC), que é o padrão da rede elétrica.
Pró: O acoplamento em DC de uma bateria e uma usina solar elimina a necessidade de mais de um inversor. Isso significa menos duplicação de equipamentos – e deve reduzir os custos de capital.
Contra: No entanto, não é tão simples assim. É necessário um equipamento diferente, na forma de um conversor DC-DC. Ele garante que a bateria e o sistema solar operem nos mesmos níveis de tensão. Isso, junto com a redução de eficiências em outros pontos, pode corroer os benefícios de custo do acoplamento em DC.
Portanto, a preferência entre acoplamento em AC e DC pode depender dos benefícios operacionais de cada um. Para o DC-coupling, o diferencial está em superdimensionar a usina solar – e no valor da energia “cortada” resultante.
O que é superdimensionamento?
Superdimensionar significa instalar painéis solares com capacidade superior à do inversor. O inversor limita a potência que a usina solar pode exportar para a rede. Então, por que fazer isso?
- A redução dos custos dos painéis solares faz deles um dos componentes mais baratos do projeto solar.
- O superdimensionamento permite que a usina solar tenha um perfil de geração mais amplo – exportando mais energia quando ela é mais valiosa.
- É raro que os painéis solares operem em potência máxima – isso só acontece no meio do dia, nos dias mais ensolarados.
Às vezes, a usina solar vai gerar mais energia, em DC, do que pode converter para AC e exportar para a rede. Dizemos que essa energia perdida no inversor foi “cortada”.
O acoplamento em DC de uma bateria com a usina solar permite carregar a bateria – de graça – com a energia cortada (que seria perdida) e armazená-la para uso posterior.
Qual é o valor do acoplamento em DC para uma bateria?
Capturar e deslocar a energia cortada pode gerar muito valor para a bateria.
Por exemplo, em 26 de abril, os preços no mercado atacadista permitiram que as baterias tivessem ótima rentabilidade.
Primeiro, qual valor uma bateria convencional poderia ter alcançado nesse dia?
- Uma bateria operando dois ciclos poderia ter carregado a £86/MWh durante a noite e vendido essa energia a £136/MWh pela manhã.
- Poderia então carregar novamente a £98/MWh no meio do dia e vender a £150/MWh à noite.
- Considerando perdas de eficiência, isso geraria £76/MW.
Mas e uma bateria acoplada em DC?
- Com a usina solar gerando energia excedente no meio do dia, o segundo ciclo teria custo de carregamento de £0/MWh.
- Isso significa que a bateria poderia ganhar £188/MW no dia – um aumento de 147% em relação à bateria isolada.
Quanta energia cortada realmente está disponível para a bateria?
Como diferentes índices de superdimensionamento afetam o volume de energia cortada potencial? E quanto dessa energia a bateria consegue capturar?
- Os volumes de energia cortada permanecem baixos até o superdimensionamento atingir cerca de 150%.
- Uma bateria de uma hora consegue capturar toda a energia cortada até um superdimensionamento de 140%.
- Após esse ponto, o sistema começa a ficar sem capacidade em alguns dias – mas ainda consegue capturar mais da metade da energia cortada mesmo em índices muito altos.
- Para uma bateria de duas horas, a duração maior permite capturar ainda mais energia cortada.
Mas o que esses números significam na prática?
- Uma usina solar superdimensionada em 150% perderá cerca de 5% de sua geração por corte a cada ano.
- Com uma bateria de uma hora, é possível capturar 90% dessa energia – e exportá-la para a rede após o pôr do sol.
Esses volumes são baixos em comparação com a operação normal de uma bateria – mas capturar essa energia excedente seria suficiente para realizar 50 ciclos por ano.
Qual é o valor dessa energia?
A energia cortada capturada por uma bateria acoplada em DC é gratuita. Portanto, o valor depende totalmente do preço de venda.
Isso é útil para montar um caso de negócios, pois reduz a exposição da bateria à volatilidade de preços intradiários. O aumento dos preços do gás nos últimos dois anos também beneficia sistemas acoplados em DC – o aumento dos preços de energia proporciona melhores valores de venda para as baterias.
Existem outros benefícios?
- Carregar a bateria com energia solar tem maior eficiência do que carregar a partir da rede.
- A colheita em baixa tensão também permite carregar a bateria com energia solar que seria desperdiçada.
Quais são as desvantagens do acoplamento em DC?
Pode parecer uma ótima solução – mas atualmente existe uma grande desvantagem no acoplamento em DC:
É extremamente difícil para uma bateria acoplada em DC fornecer resposta de frequência – especialmente a resposta ultrarrápida exigida para o Dynamic Containment.
Por quê?
- A energia exportada pela bateria para a rede é combinada com a energia solar. Mesmo quando a solar não está gerando, isso cria muito ruído.
- Isso significa que uma bateria acoplada em DC pode não conseguir fornecer resposta de frequência nem durante a noite.
- Isso poderia ser evitado se a saída da bateria pudesse ser medida por um medidor DC – mas isso atualmente não é permitido (de acordo com as regras de resposta de frequência).
Qual seria o impacto nas receitas?
Em 2022, o Dynamic Containment foi responsável por 63% das receitas de armazenamento de energia em baterias – na prática, isso significou que o Dynamic Containment valeu cerca de £100 mil/MW no ano passado para sistemas de armazenamento. Uma bateria acoplada em DC, sem poder fornecer resposta de frequência, teria perdido consideravelmente.
No entanto, após a saturação, os preços caíram significativamente. Em 2023, os preços do Dynamic Containment ficaram em média em £6,80/MW/h – equivalente a ganhos de £20 mil/MW.
Assim, o prêmio da resposta de frequência sobre a estratégia de trading puro diminuiu bastante – e o ganho com a venda da energia cortada pode ajudar a compensar a receita perdida da resposta de frequência.
- Com o valor adicional do trading da energia solar cortada, um sistema acoplado em DC de duas horas pode compensar totalmente a receita perdida de resposta de frequência.
- Uma bateria acoplada em DC de uma hora pode esperar cerca de 75% da receita que uma bateria acoplada em AC teria com o Dynamic Containment.
O que esperar do futuro?
Atualmente, no Reino Unido, a maioria dos sistemas de armazenamento de energia em baterias co-localizadas é acoplada em AC. Isso porque podem ser medidos e operados de forma independente – o que geralmente facilita o financiamento desses projetos. E, até agora, a receita disponível da resposta de frequência foi extremamente valiosa – mas, como vimos, esse valor está diminuindo.
A Cirencester Hybrid Solar Farm (um parque de 24 MWp com uma bateria de 10 MW, de propriedade do Conselho Municipal de Warrington) é a primeira bateria em escala de rede acoplada em DC do Reino Unido – e há outros projetos em desenvolvimento:
- Por exemplo, no final de 2022, a JBM Solar vendeu dois projetos – totalizando 105 MWp de solar, com 65 MW de armazenamento em bateria – para a Vantage RE. Esses projetos devem entrar em operação este ano. (A JBM Solar foi posteriormente adquirida pela RWE.)
Até agora, as decisões de desenvolver baterias acopladas em AC ou DC eram baseadas em preferência.
Porém, à medida que baterias acopladas em DC entram em operação (ou seja, começam a atuar no mercado), teremos uma visão mais clara dos custos e benefícios financeiros reais de cada abordagem.
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