Os serviços de resposta de frequência estão mudando rapidamente para acompanhar as necessidades de um sistema em transição. Nos próximos dois anos, veremos a aposentadoria dos serviços legados e a introdução de novos mercados para resposta de frequência. Neste artigo, exploramos esses novos serviços. Também estimamos a energia necessária para entrega e avaliamos como as baterias podem participar.

Visão geral dos novos serviços de resposta de frequência

Em outubro de 2020, o Operador do Sistema de Eletricidade da National Grid (NG ESO) lançou a primeira versão dos seus novos serviços de resposta de frequência – Dynamic Containment de baixa frequência (DC-LF).

No primeiro trimestre de 2022, dois serviços adicionais de resposta de frequência serão lançados, completando o novo pacote – Dynamic Containment, Dynamic Moderation e Dynamic Regulation (DC, DM e DR). Cada produto atende a uma necessidade específica para o gerenciamento da frequência. Juntos, permitem ao ESO gerenciar a frequência em toda a faixa de entrega dos serviços legados.

Os três serviços são divididos em dois grupos:

• Pré-falha – para prevenir grandes desvios de frequência e manter a frequência dentro dos limites operacionais.
• Pós-falha – para resolver grandes desvios de frequência e trazer a frequência de volta aos limites operacionais.

A Tabela 1 abaixo apresenta uma visão geral dos novos serviços.

Perfis de resposta

Os perfis de resposta do DC e DM possuem uma faixa inicial e uma faixa secundária de entrega, separadas por um 'ponto de inflexão', conforme mostrado na Figura 1. Apenas uma resposta parcial é exigida na faixa inicial de entrega, limitada a 5% da capacidade contratada. Na faixa secundária, é exigida resposta total de até 100% da capacidade contratada.

Comparando as exigências energéticas dos novos serviços

Para os provedores de serviços de resposta de frequência, o volume de energia entregue depende de como a frequência da rede varia ao longo do tempo. Para entender isso em mais detalhes, modelamos a resposta contratada para os novos serviços de resposta de frequência. Isso foi baseado em dados de frequência da rede de 2020.

A Figura 2 mostra o percentual do tempo gasto em zonas-chave de resposta de frequência. Com isso, podemos entender por quanto tempo e em que medida cada serviço é utilizado (ver Tabela 2).

Principais conclusões:

• A frequência permanece dentro da banda morta (50 +/- 0,015 Hz) em 13% do tempo. Isso não exige resposta das unidades que fornecem qualquer um dos serviços.
• DC e DM passam pouquíssimo tempo na faixa secundária. Para DM, a entrega total do serviço é exigida em 12% do tempo. Para DC, a entrega total é exigida em apenas 0,12% do tempo.

As exigências energéticas de cada serviço variam devido às diferenças nos perfis de resposta. Com base nos dados de frequência de 2020, a Figura 3 mostra a exigência média diária de energia de cada serviço (para um contrato de 1 MW).

Principais conclusões:

• A energia entregue é menor para DC e DM do que para DR. Isso se deve ao perfil de entrega com ponto de inflexão.
• No DC, 98% das importações e exportações são entregues na faixa inicial, já que a resposta pós-falha é raramente exigida.
• O DR tem a maior exigência energética. Isso se deve à sua janela de entrega estreita em torno de 50 Hz.

Como o armazenamento de energia participará do DC, DM e DR?

Ao fornecer resposta de frequência, há dois fatores principais para o armazenamento de energia:

• Gestão do estado de carga (SoC).
• Ciclagem.

Para participar do DC, os provedores devem gerenciar o SoC para garantir que sempre possam entregar a capacidade contratada total por 15 minutos. Para DM e DR, os requisitos de SoC ainda estão em consulta. O resultado mais provável é que os ativos precisem manter energia suficiente para 30 minutos de entrega total do serviço. Isso pode ser um problema para sistemas de uma hora. Manter energia suficiente para entregar em qualquer direção na potência máxima exigiria que o ativo permanecesse exatamente em 50% de SoC. Nesse cenário, ativos de duração mais curta precisariam participar do DR e DM com menor capacidade para evitar esse problema.

A Tabela 3 mostra os requisitos de gestão de SoC para cada serviço (mudança média diária de SoC/dia) e estimativas de ciclagem (ciclos/dia). Aqui, assumimos um site de 1 MW com duração de uma hora (1 MWh de capacidade de energia) participando de cada mercado com capacidade total, com eficiência de ida e volta de 88% (RTE). Supõe-se que os contratos sejam concedidos em regime 24/7.

Principais conclusões:

• As maiores mudanças diárias de SoC ocorrem em serviços assimétricos. Por isso, recomenda-se a participação simétrica para armazenamento de energia, para minimizar os custos de gestão de SoC.
• O DR é menos adequado para armazenamento de energia. Isso se deve ao alto índice de ciclagem (2,84 ciclos/dia), alta exigência de gestão de SoC (38% de perdas de SoC/dia) e tempo de resposta lento (10 segundos).
• O DC é o serviço de menor throughput. Tem índice de ciclagem de 0,14 ciclos/dia, até 10 vezes menor do que o estimado em mercados merchant.

Resumo

• Juntos, DC, DM e DR substituirão os mercados existentes de resposta de frequência do ESO.
• Não é necessária resposta para nenhum serviço em 13% do tempo.
• DC e DM possuem as menores exigências energéticas, devido aos seus perfis de resposta com ponto de inflexão.
• A resposta simétrica do DC possui baixíssimo índice de ciclagem e tempo de resposta rápido, sendo muito adequada ao armazenamento de energia em baterias.
• Embora tecnicamente possível, é improvável a participação de armazenamento de energia em baterias no DR, devido às altas exigências de gestão de SoC, altos índices de ciclagem e tempos de resposta lentos.