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Estudo de Harvard questiona amplo suporte para armazenamento de energia em massa

Estudo de Harvard questiona amplo suporte para armazenamento de energia em massa


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Reservatório Marchlyn Mawr [Fonte da imagem:Hefin Owen, Flickr]

O alto custo e a imaturidade técnica dos sistemas de armazenamento de eletricidade a granel (BES), como armazenamento hidrelétrico bombeado (PHS), baterias, ar líquido, volantes e hidrogênio, têm sido frequentemente mencionados como grandes desafios para o aumento da penetração de tecnologias de energia renovável, como como energia eólica e energia solar. No entanto, a implantação dessas tecnologias é realmente necessária no estágio atual de implantação mundial de energia renovável? Um novo estudo conduzido por cientistas da Universidade de Harvard descobriu que essa suposição era seriamente falha e que uma grande quantidade de capacidade de armazenamento de energia não é necessariamente um pré-requisito para a implantação de energias renováveis ​​a fim de obter reduções nas emissões de gases de efeito estufa. Na verdade, o estudo descobriu que um aumento de dez vezes em tecnologias como a energia eólica e solar é possível sem ter que depender de armazenamento.

Atualmente, o BES não é econômico nos mercados de eletricidade, com baixa penetração de energias renováveis ​​e baixos preços do gás natural. Sua implantação limitada significa que os fatores técnicos e econômicos não são claramente compreendidos, enquanto a relação custo-benefício no apoio às energias renováveis ​​é obviamente limitada pelas variações nos parâmetros de engenharia e econômicos da BSE. Até o momento, nenhuma tecnologia BES, com exceção do armazenamento hidrelétrico bombeado (PHS), foi implantada em larga escala. Dos 141 gigawatts existentes de capacidade de armazenamento elétrico global, 99% é PHS.

Professor David Keith, Gordon McKay Professor de Física Aplicada na Escola de Engenharia e Ciências Aplicadas de Harvard John A. Paulson (SEAS) e Professor de políticas públicas na Harvard Kennedy School e o estudante de pós-graduação do SEAS Hossein Safaei, portanto, tentou descobrir quanto armazenamento de eletricidade ”, é economicamente eficiente ao usar um modelo simples para avaliar a economia da BSE sob restrições de emissões de carbono. O armazenamento pode fornecer uma variedade de serviços além do armazenamento de eletricidade por várias horas, como a regulação da frequência para apoiar a integração na rede. Em vez disso, Keith e Safaei optaram por limitar sua análise ao BES usando o modelo para avaliar o papel dos custos de capital, que são o único determinante mais importante de sua viabilidade econômica.

Sistema de armazenamento de energia baseado em bateria [Fonte da imagem: Portland General Electric, Flickr]

Trabalhos anteriores neste campo examinaram a economia de tecnologias BES específicas em comparação com turbinas a gás em redes de baixo carbono. A justificativa para isso é que o gás gera baixas emissões de carbono em comparação ao carvão, além de possuir alta flexibilidade operacional e baixo custo de capital. Vários estudos também examinaram a competitividade das tecnologias de armazenamento no nível da rede, usando modelos complexos de grau de utilidade para levar em consideração as especificidades da rede e seus vários requisitos de confiabilidade. O problema é que a literatura existente sobre este assunto não responde à pergunta paramétrica "e se" no que diz respeito aos parâmetros de preço e desempenho envolvidos, onde se espera que o BES apoie as energias renováveis ​​na obtenção de cortes profundos de emissões no setor elétrico.

Keith e Safaei usaram dados de vento e carga do mundo real para construir o modelo. Eles otimizaram o tamanho e a ordem de despacho da frota de geração para minimizar o custo do fornecimento de eletricidade sob uma gama de custos de BSE e restrições de emissões de gases de efeito estufa. Eles também escolheram uma análise de campo verde, em vez de olhar para a capacidade existente, a fim de se concentrar puramente em profundas reduções de emissões, nas quais todas as usinas de carvão são desativadas ou, alternativamente, têm retrofits de carbono, captura e armazenamento (CCS). Outro fator nesta decisão foi a probabilidade de que tais reduções profundas provavelmente não ocorrerão até que a frota existente se aproxime do fim de sua vida econômica. Custos de transmissão e restrições também foram ignorados.

Várias opções de fornecimento elétrico foram testadas, incluindo vento, turbina a gás e GES. Keith e Safaei também usaram uma fonte genérica de carbono zero despachável (DZC) como substituto para usinas de combustível fóssil com captura de carbono ou usinas nucleares. Os dois cientistas revisaram os custos das tecnologias BES selecionadas, bem como a sensibilidade do custo da eletricidade ao desempenho do armazenamento sob uma série de restrições de emissões.

Parque eólico [Fonte da imagem: Chrishna, Flickr]

O estudo descobriu que a implantação generalizada de BES para armazenamento em escala de rede não é um pré-requisito para aumentar drasticamente a quantidade de energia renovável e que, portanto, nenhuma justificativa econômica é necessária para armazenamento sazonal. O estudo também confirmou que as energias renováveis ​​intermitentes podem ser implantadas para descarbonizar o fornecimento de eletricidade com apenas uma necessidade proporcionalmente pequena de BES. A BSE substancial só é necessária quando a intensidade das emissões de carbono atinge menos de 30% da média atual dos EUA com a retirada generalizada de usinas de combustível fóssil.

“Não há dúvida de que seria melhor ter mais e melhor armazenamento e que uma estratégia sensata de longo prazo para a grade terá muito mais armazenamento do que hoje”, disse o professor Keith, falando ao The Harvard Gazette. “Mas você não precisa esperar por isso antes de implantar mais energias renováveis ​​variáveis.”

Safaei, atualmente empregado como diretor associado da IHS Energy, acrescentou que, atualmente, o baixo custo de capital, além do bom desempenho de emissões, torna as turbinas a gás candidatas importantes e econômicas para a mitigação de carbono. Além disso, tecnologias despacháveis ​​de geração de carbono zero - como energia hidrelétrica, nuclear e biomassa - podem ser implantadas em vez de, ou em conjunto com as energias renováveis ​​intermitentes. ”

Sally M. Benson, professora de engenharia de recursos energéticos e diretora executiva do Global Climate and Energy Project da Universidade de Stanford, que não participou do estudo, descreveu a descoberta como "uma boa notícia". Ela disse que mais tempo e P&D são necessários para diminuir o custo do armazenamento em massa e para aumentar a produção.

Jay Apt, professor de tecnologia e codiretor do Electricity Industry Center da Carnegie Mellon University, disse que o estudo de Harvard confirma claramente que "o custo de remoção da poluição da geração elétrica é mais baixo quando uma estratégia de todas as opções acima é usava."

Keith e Safaei esperam que o estudo ajude a informar os governos mundiais, no que diz respeito às decisões de investimento em P&D e às políticas governamentais.

“Estamos tentando eliminar um importante meme de política que diz que não é possível cultivar energias renováveis ​​variáveis ​​sem um aumento proporcional no armazenamento”, disse Keith. “Poderíamos cortar as emissões de carbono do setor elétrico para menos de um terço [de] seus níveis atuais usando energias renováveis ​​variáveis ​​com gás natural para gerenciar a intermitência, mas isso vai nos obrigar a continuar crescendo a infraestrutura de transmissão de eletricidade. Existe uma separação entre a transmissão e o armazenamento; se as batalhas de localização impedem a nova transmissão, devemos aumentar o armazenamento. ”

O estudo foi publicado na segunda-feira 23rd Setembro na revista Energy & Environmental Science e foi financiado por Bill Gates por meio do Fundo para Clima Inovador e Pesquisa Energética.


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