O famoso inventor Edwin Land disse:"Não é que precisemos de novas ideias, mas precisamos parar de ter ideias antigas. ”Ele parecia estar nos dizendo que as soluções estão além de nossos velhos hábitos de pensamento.

Cidades, estados e países em todo o mundo estão se comprometendo com economias de energia limpa que funcionam com níveis muito altos - até mesmo 100% - de energia renovável. Só no estado de Nova York, quatro projetos concorrentes têm como meta 50% a 100% de energias renováveis ​​até 2040 ou antes.

Realisticamente, apenas dois recursos de energia renovável são grandes o suficiente para atender a esses objetivos de penetração muito alta no lado do fornecimento nos EUA - solar (de longe) e eólica.

Ambos, Contudo, são recursos variáveis, impulsionado pelo clima, bem como por ciclos diários e sazonais. Portanto, eles devem ser "firmados - isto é, capaz de fornecer energia sob demanda - para substituir recursos fósseis que podem ser despachados conforme necessário. Com base em nossa pesquisa, afirmamos que esta transformação de poder firme não só é possível, também é acessível - se pararmos de ter ideias antigas.

Um entrincheirado, e muito prevalente, A ideia - provavelmente resultado dos preços historicamente altos da energia renovável - é que toda a energia gerada por recursos renováveis ​​deve ser vendida à medida que é gerada. A ideia de descartar a produção eólica ou solar disponível é um anátema, impostas aos produtores de energia quando a produção dessas fontes excede o que a rede pode aceitar.

Essa velha ideia ignora uma proposição fundamental:superdimensionamento e redução proativa da energia eólica e solar. Embora contra-intuitivo, um estudo que nossos colegas e nós conduzimos mostra que essas etapas são a chave para o caminho mais barato para uma rede elétrica alimentada em grande parte por energia solar e eólica.

Pesando contra o armazenamento de energia

O raciocínio por trás do superprovisionamento solar e eólico é direto:

• O armazenamento de energia é o ingrediente essencial necessário para preencher a variabilidade da energia renovável quando o sol não brilha ou o vento não sopra. Essas lacunas incluem períodos intradiários, como horários de pico de demanda durante o dia e à noite, e mais importante, lacunas maiores de vários dias e sazonais devido a condições sustentadas de sol baixo ou vento fraco. Para armazenamento, operadores de rede - as organizações que garantem que o fornecimento de energia corresponda à demanda conforme ela sobe e desce durante o dia - normalmente contam com reservatórios de água chamados hidrelétricas ou, por períodos mais curtos, baterias.
• O armazenamento está ficando mais barato, mas mesmo assumindo as projeções de custo de longo prazo mais otimistas, nosso estudo nos levou a concluir que a aplicação de armazenamento apenas para energia eólica ou solar firme permanecerá proibitivamente cara devido ao tamanho das lacunas sazonais e de vários dias. Eólica e solar estão se tornando muito mais baratas também, especialmente solar, ao ponto em que a construção excessiva é cada vez mais acessível. Isso é verdade mesmo quando a produção de geradores eólicos e solares é essencialmente despejada, ou "reduzido, "e não alimentado na rede.
• O superdimensionamento reduz as lacunas de produção porque mais produção de energia está disponível durante os períodos de baixa disponibilidade solar e eólica. A construção excessiva também reduz os requisitos de armazenamento.

"Firmando 'com excesso de capacidade

Hoje, a prática regulatória atual para eletricidade solar e eólica favorece a maximização da produção em todos os momentos. As empresas que operam essas instalações procuram vender toda a sua produção aos preços mais elevados, portanto, reduzir a produção é visto como uma perda de receita.

Essa velha ideia operacional inibe a transição para depender da energia solar e eólica como firmes, fontes sob demanda, uma vez que toda a sua saída é usada apenas quando disponível. Essa abordagem também mantém a energia renovável à margem.

Como funcionaria na prática uma rede com recursos solares e eólicos superconstruídos? Digamos que o operador de uma rede elétrica regional precise de X megawatts-hora / dia para atender à demanda. Hoje, as fazendas solares daquela região podem atender ou superar essa demanda apenas nos dias de maior produção, como dias claros no verão. Nos outros dias, as lacunas de produção são supridas pelo armazenamento.

Por contraste, quando o recurso solar é superdimensionado, esse gerador solar pode atender a demanda de X MWh / dia em mais dias do ano e há menos lacunas - portanto, há menos vezes que o armazenamento de energia é necessário para preencher as lacunas.

Uma vez firmado por meio de uma combinação de superprovisionamento e armazenamento, recursos de energia renovável variável tornam-se efetivamente despacháveis ​​- capazes de fornecer energia quando necessário - e funcionalmente equivalentes às usinas tradicionais. Desta maneira, as energias renováveis ​​podem substituir esses geradores sem uma grande reengenharia da rede.

Nossa equipe modelou uma solução de alta energia solar e superconstruída para o não particularmente ensolarado estado de Minnesota. O objetivo era determinar a combinação menos dispendiosa de energia solar conectada à rede, vento e armazenamento necessários para fornecer 24 horas por dia, serviços de energia durante todo o ano.

O estudo demonstra que a superação da variabilidade natural da energia solar e eólica pode ser alcançada a custos abaixo dos custos da rede atual (a chamada "paridade da rede"), aumentando os recursos solares e eólicos e adotando uma estratégia de operação da rede que permite cerca de 20% a 40% redução do excesso de geração de energia. O armazenamento de energia também é usado em nosso modelo, mas a economia superior resulta diretamente da substituição do armazenamento mais caro pelo excesso de geração que pode ser reduzida.

Uma pergunta legítima a se fazer é qual seria a área necessária para uma implantação completa de PV solar superdimensionado. Para Minnesota, no cenário de geração 100% PV mais extremo, assumindo o superdimensionamento por um fator de dois - ou dobrando a energia solar necessária para atender à demanda atual - esta área equivaleria a 435 milhas quadradas, assumindo painéis solares com eficiência de ponta de 20%. Essa área representa menos de 1% das lavouras cultivadas no estado e metade do espaço urbanizado de alta e média densidade.

Ajustando como a rede de energia em massa é executada

Além de superdimensionado, redução e otimização de armazenamento, várias práticas operacionais e de planejamento, alguns dos quais já estão feitos agora, aumentaria ainda mais o valor e o desempenho de uma rede de alta energia solar e promoveria sua realização com interrupções mínimas. Eles incluem:

Explorando o desempenho complementar e os perfis operacionais variáveis ​​de energia solar e eólica. Na maioria dos locais eólicos e solares têm perfis de produção diurnos e sazonais complementares - vento mais forte à noite e no inverno, PV mais alto durante o dia no verão.

Utilizando o gerenciamento da demanda - a prática de reduzir o uso de energia nos locais dos clientes de eletricidade - como uma forma de minimizar as lacunas de oferta e demanda.

Permitir que os operadores da rede tenham autoridade sobre a localização de energia renovável e gestão da produção em suas regiões, de modo que as decisões sobre quando ocorre a redução ou o armazenamento são tomadas em uma base regional para minimizar lacunas na oferta e demanda.

Uma atitude de maximizar a produção de energia renovável e evitar cortes fazia sentido quando a geração solar variável era extremamente cara e as soluções firmadoras eram ainda mais caras. Contudo, reduções recentes e previstas na energia solar pronta para uso, os custos de gerenciamento e armazenamento da grade estão mudando o conjunto de soluções ideal, começando com overbuilding solar.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.