Co-localização: o impacto nas receitas do armazenamento de energia em baterias

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Co-localização: o impacto nas receitas do armazenamento de energia em baterias

Em nosso último artigo sobre a co-localização de armazenamento de energia em baterias, exploramos como as restrições impostas ao local afetam as receitas das baterias co-localizadas. Como resultado, as estratégias de otimização para baterias co-localizadas serão diferentes daquelas para sistemas independentes.

Robyn e Wendel discutem como a co-localização impacta as receitas disponíveis para o armazenamento de energia em baterias.

Se você perdeu, pode encontrar o artigo anterior sobre co-localização aqui. Esse artigo apresenta o acoplamento AC e DC, e como a co-localização pode causar restrições na operação do armazenamento de energia em baterias.

Alerta de Spoiler

Co-localizar o armazenamento de energia em baterias atrás da mesma conexão à rede que a solar irá restringir a capacidade de ambos ativos exportarem ao mesmo tempo.
As receitas de comercialização no mercado atacadista sofrem pouco impacto com a co-localização com uma usina solar. Isso porque os horários de pico para venda de eletricidade geralmente ocorrem quando a solar não está gerando.
A capacidade de fornecer serviços de resposta de frequência é significativamente impactada pela co-localização com solar.
O impacto nas receitas é reduzido quando o tamanho da bateria é menor em comparação à solar e à conexão.

Restrições? Que restrições?

Co-localizar o armazenamento de energia em baterias atrás da mesma conexão à rede que a geração pode restringir como a bateria é utilizada. Isso ocorre porque a conexão de exportação compartilhada limita a capacidade de ambos ativos exportarem em plena capacidade. É mais comum que a bateria ajuste sua operação de acordo com a geração, absorvendo o impacto total dessa restrição.

Usaremos o exemplo apresentado no artigo anterior para ilustrar como essas restrições afetam a bateria. Este local é acoplado em AC, com uma conexão de exportação de 50MW, bateria de 50MW e usina solar de 50MWp (superdimensionada para 70MWp no lado DC).

A Figura 1 ilustra como, à medida que a geração da usina solar atinge 50MW ao meio-dia, o espaço disponível para a bateria descarregar cai para zero.

Figura 1 - Perfil de geração solar de exemplo. Destacado em verde está o espaço de exportação que resta disponível para a bateria. Dados solares do PVGIS.

O fator de carga médio anual da usina solar no perfil de exemplo é de 14%. Isso deixa a bateria com 86% da capacidade total de exportação do local ao longo do ano.

No entanto, o armazenamento de energia em baterias não gera valor de forma uniforme ao longo do ano e do dia. Então, como essa disponibilidade reduzida de exportação impacta as receitas disponíveis para a bateria?

Impacto da co-localização na comercialização no atacado

A usina solar reduz a capacidade de exportação da bateria em 14% em média. Porém, ao negociar, o momento mais importante a considerar é quando os preços estão mais altos. É comum vender energia da bateria apenas uma ou duas vezes ao dia.

A Figura 2 abaixo mostra o perfil de geração solar para dias de verão e inverno de exemplo. Os períodos de preços mais altos pela manhã e à noite estão destacados.

Figura 2 - Perfil solar de verão e inverno de exemplo. Destacado em azul está o espaço de exportação disponível para a bateria durante os picos de preço da manhã e da noite. Dados solares do PVGIS.

A usina solar só gera próxima da potência máxima durante o meio-dia.
A usina solar tem um perfil de geração muito mais amplo no verão do que no inverno.
Os horários de pico mudam ao longo do ano. No inverno, o pico da manhã é mais tarde e o da noite mais cedo do que no verão.
A geração solar cai para quase zero durante o pico da noite. A bateria tem 95% de disponibilidade ao longo do ano para descarregar nesse período.
A usina solar gera mais durante o pico da manhã. A bateria tem 80% de disponibilidade ao longo do ano para descarregar nesse período.

Receitas de comercialização sofrem pouco impacto com a co-localização

Uma bateria que segue uma estratégia de comercialização de 1 ciclo (carregando e descarregando uma vez por dia) terá 95% de disponibilidade para descarregar nos horários de pico. No entanto, o impacto nas receitas é reduzido por dois motivos:

Primeiro, a bateria pode vender a energia não utilizada em outro horário. Por exemplo, embora possa descarregar apenas 80% da energia no valioso horário das 17h, pode descarregar os 20% restantes às 18h, ainda aproveitando um preço alto.

Segundo, os preços no atacado não são distribuídos uniformemente ao longo do ano. Na verdade, as oportunidades de maior valor estão concentradas nos meses de inverno, quando a geração solar tende a ser baixa ou nula.

A Figura 3 mostra como esses fatores se combinam para reduzir o impacto nas receitas de comercialização para até 3%.

Figura 3 - O impacto de diferentes fatores no potencial de receita de uma bateria co-localizada realizando comercialização no atacado. Os valores apresentados são para um sistema ciclando uma vez por dia, com potência igual à da usina solar e da conexão de exportação.

Uma bateria seguindo uma estratégia de comercialização de 1 ciclo deve alcançar 97% das receitas disponíveis para um sistema independente.
Para uma estratégia de 2 ciclos, isso cai para 93% devido à menor disponibilidade pela manhã.

Impacto da co-localização na Resposta de Frequência

Para a outra principal fonte de receita disponível para armazenamento de energia em baterias, a situação é menos positiva. A duração dos contratos para FFR legado e a nova gama dinâmica de serviços de resposta criam algumas barreiras para sites co-localizados.

Esses serviços de frequência são ofertados em janelas de blocos EFA (se você é novo em blocos EFA, veja nosso vídeo da Energy Academy aqui). Para fornecer o serviço, a bateria terá que se ajustar à geração máxima esperada da usina solar durante todo o bloco EFA. Para FFR, essas ofertas são fixas por mês, eliminando a possibilidade de ajustes diários com base na geração solar esperada.

A Figura 4 mostra como a oferta para Dynamic Containment Low teria que ser ajustada para cada bloco EFA conforme a geração da usina solar.

Figura 4 - Perfil de geração solar de exemplo. Destacado em amarelo está a disponibilidade por bloco EFA que restaria à bateria para participar do Dynamic Containment Low. Dados solares do PVGIS.

Ao longo do ano, a disponibilidade para contratar Dynamic Containment Low cai para 78%.
A disponibilidade é significativamente pior nos blocos diurnos, especialmente nos blocos EFA 3, 4 e 5. A disponibilidade é de apenas 60% nesses blocos ao longo do ano.
Em 2022, os preços mais altos para Dynamic Containment Low foram observados nesses 3 blocos, juntamente com o bloco 6.

Receitas de resposta de frequência são fortemente impactadas pela co-localização

Além do impacto da contratação por blocos EFA, uma avaliação melhor do impacto da restrição nas receitas pode ser feita ponderando a disponibilidade pelos momentos em que os preços do Dynamic Containment Low são mais altos. A Figura 5 mostra como os fatores discutidos se combinam para reduzir as receitas do Dynamic Containment Low em até 25% para um sistema co-localizado.

Figura 5 - O impacto de diferentes fatores no potencial de receita de uma bateria co-localizada realizando comercialização no atacado. Os valores apresentados são para um sistema de bateria com potência igual à da usina solar e da conexão de exportação.

Um ativo de bateria co-localizado pode alcançar apenas 75% do valor de um ativo sem restrições no Dynamic Containment Low.
No FFR, isso cai para 54%, já que os contratos mensais praticamente eliminam a possibilidade de participação durante o dia.

O cenário pode melhorar no futuro à medida que os mercados para esses novos serviços dinâmicos de frequência forem atualizados. Isso pode ser alterado para ter mercados intradiários e cobrir cada período de meia hora. Assim, o operador de uma bateria co-localizada teria muito mais flexibilidade para contratar esses serviços e minimizar o impacto nas receitas.

Solar versus armazenamento: Uma certa proporção

As seções acima cobrem o cenário de um sistema de armazenamento de energia em baterias co-localizado com tamanho igual ao da solar e da conexão de exportação. A mudança das proporções desses três elementos altera como o sistema é restringido.

A Figura 6 mostra como alterar o tamanho da bateria em relação à capacidade solar (assumindo solar e exportação constantes) mudaria o impacto das restrições nas receitas da bateria.

Figura 6 - Impacto nas receitas para comercialização e dynamic containment low para diferentes tamanhos de potência da bateria em comparação à solar e à conexão de exportação.

Com uma bateria com metade do tamanho da solar e da conexão de exportação, os impactos das restrições em todas as fontes de receita são minimizados.
Um sistema de armazenamento de energia em bateria com estratégia de comercialização de um ciclo vê os impactos das restrições desaparecerem em um tamanho de 75% da usina solar.

Isso não significa necessariamente que reduzir o tamanho da bateria seja o melhor caminho, pois a bateria maior ainda geraria mais receita absoluta. A decisão final deve considerar todo o caso de negócio do ativo de armazenamento, incluindo como as economias de escala afetam os custos do sistema.

Principais pontos

A co-localização de solar e armazenamento atrás da mesma conexão de exportação introduz uma restrição na capacidade de ambos ativos exportarem ao mesmo tempo.
O armazenamento em baterias é o ativo mais flexível e tende a absorver todo o impacto dessas restrições.
As receitas de comercialização no atacado são minimamente impactadas, pois os horários mais valiosos para vender energia ocorrem fora do pico solar.
Uma bateria co-localizada realizando uma estratégia de comercialização de 1 ciclo pode ver uma redução nas receitas de apenas 3%. Esse valor sobe para 7% em uma estratégia de 2 ciclos.
As receitas de resposta de frequência são muito mais impactadas, devido à duração dos contratos desses serviços.
Uma bateria co-localizada realizando Dynamic Containment Low teria uma queda de 25% nas receitas em relação a um ativo independente.
Reduzir a potência da bateria em relação à solar e à conexão de exportação reduz esses impactos. Uma bateria co-localizada com metade do tamanho da solar teria impactos mínimos nas receitas.