Conectar grandes sistemas de bateria à rede de energia oferece a capacidade de capturar e armazenar energia renovável durante os tempos de vento e sol, e, em seguida, use a energia armazenada em épocas menos ensolaradas e com menos vento. Nenhuma surpresa nisso.

Integrar as baterias à rede exige que elas forneçam às operadoras receita suficiente para participar. Mas descobrir que tipo de bateria deve ser conectada é complicado, por muitas razões diferentes. Uma razão para isso é que a decisão deve levar em consideração uma série de variáveis, incluindo a química da bateria, as tarefas que as baterias realizarão com mais frequência (que se estendem muito além do simples armazenamento e recuperação de energia), bem como as complexidades das regras de mercado e preços da energia.

Embora a ideia de contabilizar o tipo de bateria, tarefa de bateria, preço, e as regras do mercado podem soar como bom senso, combinar essas análises é complicado, e muitas vezes não é feito. Ou, pelo menos, não feito tão completamente quanto necessário para tomar as melhores decisões financeiras quando se trata de selecionar o armazenamento da bateria conectada à rede.

É aí que uma equipe de engenheiros e economistas da Universidade da Califórnia em San Diego entra em cena.

Um novo estudo em Nature Energy dos laboratórios da professora de nanoengenharia da UC San Diego, Shirley Meng, e do professor de economia da UC San Diego, Graham Elliott, oferecem uma abordagem combinada de química e economia que deve tornar mais fácil identificar quais tipos de baterias são mais adequados para aplicações específicas na rede de energia da Califórnia e além.

Os pesquisadores estão desenvolvendo um conjunto de ferramentas de código aberto que eles esperam que sejam úteis na Califórnia e em outros lugares.

"Você não pode olhar para o custo por megawatt-hora de armazenamento como um número absoluto que é fixo. Não é assim que funcionam os sistemas de bateria, e as complexidades crescem ainda mais quando você olha para sistemas conectados à rede, disse Shirley Meng, professora de nanoengenharia da UC San Diego. É por isso que estamos colaborando com economistas. Para causar um impacto real, você precisa pensar além do laboratório, "disse Meng.

O armazenamento de energia é fundamental para trazer fontes de energia renováveis ​​e de baixo custo para a rede.

"Os sistemas de bateria precisam ser financeiramente viáveis ​​para os operadores antes de serem conectados à rede, "observou Graham Elliott, professor de economia da UC San Diego." Isso depende de muitos fatores, dos mercados de energia e das características das próprias baterias. Nosso trabalho é um passo para entender melhor a ligação entre esses dois aspectos. "

O pequeno trecho abaixo da seção de conclusões do novo Nature Energy O artigo oferece um vislumbre da abordagem e do impacto desse tipo de trabalho.

"Ao contrário da literatura atual, mostramos que, para medir com precisão a receita potencial de uma tecnologia de armazenamento de energia na rede, é insuficiente assumir eficiências constantes em diferentes aplicações. Como um exemplo, para a bateria de fosfato de ferro-lítio (LFP), se alguém assumisse que a eficiência da aplicação time-shift (93,1%) era consistente em todas as aplicações de bateria, isso resultaria em um erro substancial nos cálculos da receita. Para congestionamento, aplicações de rampa e regulação de frequência, o erro percentual na receita calculada seria 6, 11 e 15% respectivamente. "

Centro de Energia e Energia Sustentável na UC San Diego

Esta colaboração faz parte do trabalho interdisciplinar do Centro de Energia e Energia Sustentável da UC San Diego, onde Shirley Meng atua como Diretora, e Graham Elliott é um membro do corpo docente. A pesquisa no Centro de Energia e Energia Sustentável se estende da pesquisa teórica, passando por experimentos e caracterização de materiais, até o teste do mundo real de dispositivos na microrrede do campus. The Meng Lab, por exemplo, está perseguindo muitas linhas diferentes de pesquisa com o objetivo de conceber melhores maneiras de entender como as baterias funcionam, frequentemente em tempo real, da nanoescala ao nível do sistema.

Rumo a ferramentas de código aberto

"Os estudos públicos existentes sobre a geração de receitas não fornecem respostas precisas à avaliação para qualquer produto químico ou local de mercado em particular, "disse Elliott." Nossos programas estão focados em uma parte do mercado, mas o foco nisto fornece resultados que estão tão próximos de operar uma bateria na rede quanto poderíamos. "

Os pesquisadores da UC San Diego estão tornando todos os protocolos e ferramentas de avaliação econômica de código aberto e disponíveis ao público. Eles observam que esses protocolos e ferramentas de avaliação precisam ser modificados para grades diferentes (por exemplo, Nova York tem regras de mercado diferentes da Califórnia), "portanto, deve-se ter cuidado ao usar essas ferramentas, "disse Meng.

Este estudo enfoca o desempenho dos blocos de construção fundamentais (baterias em nível de célula) desses sistemas de armazenamento para uma variedade de aplicações e o trabalho futuro terá os efeitos de variáveis ​​adicionais, como eletrônica de potência, em consideração.

"Limitações de dados na operação de mercado, especialmente compreender as quantidades de energia exigidas por meio de produtos de regulação e rampa, também prejudicam nossa capacidade de entender totalmente o valor das baterias nos mercados, "disse Elliott.