As energias eólica e solar estão crescendo rapidamente nos EUA. À medida que essas fontes de energia se tornam uma parte maior da mistura de eletricidade, seu crescimento levanta novas questões:como a energia solar e a eólica influenciam os preços da energia? E como as usinas duram décadas, o que os formuladores de políticas e investidores devem pensar para garantir que os investimentos em infraestrutura de energia tenham retorno no futuro?

Nossa equipe de pesquisa no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley decidiu verificar que efeito uma maior participação de energia eólica e solar terá sobre essas questões. Em nosso último estudo, descobrimos que grandes parcelas desses recursos de energia levam a várias mudanças profundas nos sistemas de energia elétrica.

Em particular, nosso estudo mostra como a energia solar e eólica tendem a reduzir os preços da energia, mas eles adicionam uma nova complexidade para operar a rede, o que tem grandes implicações para os reguladores. Para consumidores, esta pesquisa é um lembrete de que tornar a rede elétrica mais limpa com energia eólica e solar é um processo em evolução que requer mudanças significativas na forma como a rede elétrica está funcionando, mas que oferece grandes oportunidades, se nós, como país, pudermos nos tornar mais flexíveis ao usar eletricidade.

Decisões de longo prazo

Análises anteriores, incluindo o nosso, mostraram que a energia solar e eólica já impactam os mercados de eletricidade no atacado, levando a mais flutuações nos preços da energia.

Produção de energia solar, claro, segue o sol, aumentando de manhã, produzindo mais ao meio-dia, e caindo à noite. A produção de energia eólica depende do clima, estações e geografia. Solar é bastante previsível, especialmente em climas secos, e a energia eólica pode ser prevista com dias e horas de antecedência com alguma precisão, mas ambos podem variar amplamente. Por esse motivo, solar e eólica também são chamadas de fontes de energia renovável variável (VRE).

Nosso último estudo analisou se certas decisões de política feitas com base em suposições que refletem baixos níveis de VRE ainda atingirão o objetivo pretendido se a energia eólica e solar forem usadas em alto nível no futuro.

p Por exemplo, um administrador de programa em uma concessionária deve escolher o conjunto de opções com melhor custo-benefício para medidas de eficiência energética. Com uma alta porcentagem de energia solar, a concessionária pode querer reduzir a demanda à noite, quando a produção solar está caindo, em vez do meio-dia, quando há eletricidade abundante e livre de emissões. Portanto, o foco da eficiência pode mudar dos condicionadores de ar, normalmente precisava de mais durante o calor do dia, à iluminação.

Outra questão é como implantar carregadores de veículos elétricos:Com muita geração solar, pode ser melhor colocar carregadores em lojas ou edifícios de escritórios, para carregar quando a produção de energia solar é alta ao meio-dia. Mas em uma região com fortes ventos noturnos e muitas turbinas eólicas, a energia pode ser mais barata e mais limpa quando os veículos elétricos estão estacionados na residência do proprietário.

p Nenhum custo de combustível é igual a preços de energia no atacado

Nosso estudo analisou como os preços mudam em dois cenários diferentes:níveis altos e baixos de VRE. Usamos simulações detalhadas da rede para focar no ano de 2030 para quatro mercados de eletricidade nos EUA:CAISO na Califórnia, ERCOT no Texas, SPP no Meio-Oeste e NYISO em Nova York. A análise compara os resultados do mercado modelado para altas participações de energia eólica e solar de 40-50 por cento com uma linha de base renovável baixa refletindo os níveis de 2016.

Para contexto, o mercado californiano tinha 14% de energia solar e 7% de energia eólica em 2016 (as leis estaduais exigirão um aumento para cerca de 40% eólica e solar em 2030). Embora o Texas seja o líder do país no que diz respeito à capacidade geral de turbinas eólicas, gerando 13 por cento de toda a energia texana, as regiões do cinturão eólico do meio-oeste têm a maior parcela de eletricidade eólica - quase 20 por cento em 2016, mas quase nenhum solar. Nova york, Enquanto isso, tem metas ambiciosas para 2030, mas até agora apenas muito pouco vento (3 por cento) e solar (1 por cento).

As mudanças mais fundamentais de altos níveis de energia eólica e solar estão relacionadas ao momento em que a eletricidade é barata ou cara e ao grau de regularidade desses padrões.

Em mercados atacadistas competitivos, as empresas competem para fornecer energia às entidades que operam as redes elétricas regionais. Os preços são determinados por licitação, e definido por hora com base na oferta e demanda. Todos os licitantes vencedores recebem o preço de equilíbrio do mercado.

Uma vez que a energia solar e eólica não têm custos de combustível, eles podem fazer lances baixos para garantir que seu poder seja aceito no mercado. Quanto mais energia eólica e solar em um mercado, mais frequentemente o preço de compensação cai. Nos mercados de hoje, já vemos às vezes os preços chegarem a zero ou até negativos.

Grandes quantidades de energia solar alteram significativamente os padrões de preços diários. Com altas participações de energia solar no Texas, por exemplo, os preços no atacado cairiam no meio do dia para uma média de $ 10 / MWh e depois subiriam à noite para uma média de $ 80 / MWh. Para referência, um megawatt-hora (MWh) é um pouco mais do que a quantidade de eletricidade que uma família americana média consome em um único mês.

Em um cenário com uma alta porcentagem de energia eólica e solar contribuindo com a rede, a frequência de períodos com preços baixos (abaixo de $ 5 / MWh) aumenta para entre 3% e 19% das horas, dependendo da região e do mix de energias renováveis. Alta energia solar no Texas, com suas conexões elétricas limitadas às regiões vizinhas, experimenta a maior frequência de períodos com preços próximos de zero.

Os preços médios por hora no atacado diminuem com maior penetração de VRE, em $ 5- $ 16 / MWh dependendo da região e mistura de energia eólica e solar. Reduções nos preços médios no atacado e ocorrências comuns de períodos com preços muito baixos afetarão a rentabilidade de VRE e geradores inflexíveis como usinas nucleares e a carvão que operam nesses horários.

Maior necessidade de energia sob demanda

A volatilidade do preço aumenta com ações VRE mais altas, particularmente em cenários de vento forte. Os preços matinais na primavera em CAISO podem variar entre US $ 0 e US $ 50 / MWh com muito vento, mas caem em uma faixa muito mais estreita no cenário de baixo VRE.

p Por último, descobrimos que os horários de pico mudam do meio-dia para a noite, após o declínio da produção solar. Esses novos "picos líquidos" têm duração mais curta, mas são distribuídos em mais dias do ano. Embora os picos sejam normalmente alcançados com o aumento de usinas de energia convencionais, a duração mais curta dos picos líquidos cria oportunidades para eficiência energética direcionada, reduzindo a demanda por eletricidade (resposta à demanda), mudanças nas taxas de varejo para refletir novos horários de pico, ou mesmo baterias.

Este estudo apenas destaca o possível impacto desses padrões de preços alterados nas decisões do setor elétrico do lado da demanda e da oferta. But it provides a foundation for later planned quantitative evaluations of these decisions in low and high VRE futures.

Este artigo foi publicado originalmente em The Conversation. Leia o artigo original.