Agosto 1, 2022

Hibridização energética: o Melhor dos dois Mundos

Francesc Filiberto, BNZ, Portugal, descreve porque é que a hibridização solar-vento é o próximo passo para as energias renováveis no Sul da Europa neste artigo publicado pela Energy Global.

 

Há mais de 2 700 anos, o grande sábio Homero disse: “Não são vãos os mais fracos, se unirem a sua força”. Embora se assuma que esta frase não tem nada a ver com o mundo da energia, e ainda menos com o das energias renováveis, esta citação pode, de facto, ser associada ao setor. As chamadas fontes de energia “verdes” são incrivelmente benéficas para o planeta, mas os humanos estão apenas na fase inicial de desenvolvimento de projetos renováveis; existem ainda muitas forças que precisam de ser unidas a fim de alcançar uma maior potência com menos recursos. Em suma, é uma questão de eficiência e, acima de tudo, hibridização.

Esta palavra, cada vez mais utilizada no mundo da energia, faz todo o sentido quando percebemos que o seu objetivo é gerar eletricidade a partir de várias fontes de energia renováveis, principalmente a solar e a eólica, num ponto de ligação comum. Isto torna possível, antes de mais, otimizar os pontos de ligação à rede. Até mesmo os sistemas de armazenamento que ajudem a adaptar a produção à procura e a participar em serviços de regulação podem ser incluídos. No entanto, esta abordagem levanta centenas de questões técnicas sobre como conseguir uma hibridização perfeita.

Energia híbrida

O Departamento de Energia dos EUA (DOE) destacou oportunidades inovadoras para estimular a investigação sobre sistemas híbridos de energia na sua última publicação “Sistemas de Energia Híbridos: Oportunidades para uma Investigação Coordenada“. Este relatório, um esforço de colaboração entre o DOE e nove laboratórios americanos, afirma que os sistemas de energia híbrida que integram processos múltiplos de geração, armazenamento e conversão de energia podem desempenhar um papel importante na descarbonização da economia dos EUA. Estes sistemas podem produzir produtos de alto valor, como o hidrogénio ou processos industriais de energia e ainda fornecer mais flexibilidade à rede para aumentar a implementação de tecnologias de energias renováveis.

E quais são os benefícios? Será tudo tão simples como parece?  É evidente que a maior vantagem é a melhoria do fator de utilização (load factor) nos pontos de ligação, uma vez que a energia injetada através do mesmo nó aumenta. Além disso, do ponto de vista do consumo, a qualidade do abastecimento é melhorada e é dada mais estabilidade à rede, uma vez que as produções de energia solar e eólica são complementares. Observando as curvas de produção destas duas fontes de energia, é evidente que os picos de cada uma das energias estão em bandas diferentes, pelo que esta complementaridade permite otimizar a ligação à rede.

Segundo a Agência Australiana de Energias Renováveis (Arena), as tecnologias híbridas têm também outros benefícios, tais como a redução do risco para os investidores e a garantia de fiabilidade e acessibilidade imediata. Este sistema permite também uma transição mais gradual para uma maior produção de energia renovável no futuro. Por exemplo, na Austrália, o projeto King Island Renewable Integration é um sistema energético líder mundial, que irá responder a mais de 65% das necessidades energéticas de King Island, utilizando energias renováveis (eólica e solar), de forma a reduzir as emissões de dióxido de carbono da ilha em mais de 95%. É necessário salientar que King Island não está ligada a nenhum ponto de fornecimento de eletricidade no continente.

O principal objetivo da hibridização tem de ser a união de diferentes energias renováveis num único nó, para que possam cobrir uma grande parte da carga de base e eventualmente substituir outras tecnologias, como a energia nuclear, por exemplo. Isto permite, portanto, reduzir a complexidade da rede e ajuda a simplificar a gestão diária da energia. Além disso, a hibridização permite poupanças no CAPEX e OPEX entre 10% e 15% em novos projetos renováveis, de acordo com a Associação de Produtores de Fontes de Energia Renováveis (APPA).

Impacto nos terrenos

No entanto, por outro lado, deve ser tido em conta que as energias renováveis têm um impacto óbvio no terreno devido à grande quantidade de espaço necessária, pelo que um projeto deve ser cuidadosamente planeado e levado a cabo de modo a minimizar o seu impacto no seu meio envolvente. As instalações devem ser tão integradas quanto possível em termos ambientais; não podem ser concebidas sem ter em conta critérios paisagísticos e ambientais apenas porque produzem energia verde.  É uma questão de estudar bem o território, considerando sempre um impacto positivo para todas as centrais concebidas.

Localização

Aqui reside a maior complexidade da hibridização: na localização. Os parques eólicos estão localizados em áreas com recursos eólicos suficientes, por vezes montanhosas, enquanto que, no caso das centrais solares é preferível um terreno mais plano. A BNZ está a estudar projetos deste tipo no norte de Portugal, embora existam dificuldades relevantes no desenvolvimento de uma central solar devido à topografia do território, o que resultará numa redução da capacidade de geração deste tipo de energia. Em qualquer caso, é evidente que ambas as formas de produção podem coexistir e cabe aos projetistas encontrar um equilíbrio entre as duas tecnologias.

Em alguns países e regiões em desenvolvimento, como a Índia, a hibridização tem sido uma iniciativa importante para fornecer energia a uma comunidade sem acesso à eletricidade. Mas nestes casos, a paisagem e o ambiente ocupam um lugar secundário – o objetivo prioritário é o acesso a eletricidade na comunidade. Outro projeto relevante é o Asian Renewable Energy Hub (AREH), que planeia instalar aproximadamente 7,5 GW de energia eólica, juntamente com 3,5 GW de energia fotovoltaica, na Austrália, em 2023, com o objetivo de exportar 40 TWh de energia limpa para a Indonésia e Singapura. Na Europa, no entanto, o desenvolvimento da hibridização está atrasado.

Ainda assim, já existem alguns projetos-piloto no sul de Espanha, onde, para além de existir uma grande área terrestre para desenvolver energia solar, existem também grandes oportunidades no que toca à energia eólica. Em Cádiz, por exemplo, a província mais meridional de Espanha continental, foram iniciados alguns projetos em 2018, pela Vestas e pela EDPR. Esta última empresa anunciou também a construção das primeiras centrais eólicas e fotovoltaicas híbridas totalmente comerciais em Espanha, no ano passado. A ideia é utilizar a capacidade solar, atribuída no leilão renovável, para expandir a capacidade de quatro parques eólicos, aproveitando a infraestrutura de evacuação de energia existente e aumentando a produção e rentabilidade de toda a instalação.

A regulamentação está a tornar-se cada vez mais favorável a este tipo de projetos híbridos no Sul da Europa. Em Espanha, o Decreto Real 1183/2020 reconhece as instalações híbridas como a combinação de dois módulos de geração de tecnologia renovável. Em Portugal, por outro lado, será implementada, em breve, uma legislação relativa a este aspeto, e espera-se que seja ainda mais fácil de desenvolver este tipo de projetos. Já em Itália, as condições geográficas de regiões como Apúlia ou Sicília, significam que as energias solar e eólica, hoje em dia, já coexistem nos mesmos terrenos.

Hibridização com sistemas de armazenamento

A legislação espanhola ainda não regula a hibridização com sistemas de armazenamento. Contudo, também é verdade que, relativamente à legislação anterior (Lei 24/2013), a imprecisão jurídica que existia em relação ao armazenamento foi eliminada. Há outros países, como o Reino Unido, que estão a estudar uma redução da carga da ligação à rede de transporte para armazenamento, procurando impulsionar a sua integração e favorecer o investimento nesta tecnologia essencial.  Além disso, o relatório do DOE acima mencionado sublinha que, em resposta a mudanças recentes e fundamentais na rede elétrica dos EUA, o tema da hibridização está a ganhar popularidade no âmbito do debate relacionado com a evolução do setor energético nos EUA.  Neste momento, estão a ser implementados sistemas que combinam as tecnologias solar fotovoltaica e de baterias para benefícios tecno-económicos e de resiliência.

Então porque é que se torna tão importante avançar?  A hibridização energética é interessante porque permite otimizar o ponto de ligação, enquanto o investimento é o mesmo em cada instalação solar e eólica. Mas existe um problema: relativamente à hibridização, deve ser assumido que quando a produção combinada excede a capacidade máxima do ponto de ligação, a energia excedente tem de ser descartada. Por outro lado, se ao hibridizar uma ou mais tecnologias renováveis e se a tecnologia de armazenamento estivesse disponível, a sua eficiência também seria aumentada, o seu perfil de geração não seria tão curvo e a utilização do recurso natural seria maximizada, sendo possível deslocar os excedentes da geração dos períodos de máxima disponibilidade de recursos e baixa procura para períodos de pico de procura e baixa disponibilidade de recursos.

Estas são algumas das tecnologias de armazenamento atualmente existentes: bombeamento hidráulico (PHS), baterias de iões de lítio, baterias à base de chumbo, baterias de fluxo REDOX, baterias de sulfureto de enxofre, volantes, sistemas de ar comprimido (CAES), zinco-ar, supercapacitores e geração de hidrogénio, entre outros. Outra forma emergente de armazenamento é a produção de hidrogénio verde, produzido por eletrólise a partir de energia renovável. No geral, a hibridização das energias renováveis e do armazenamento traduz-se numa redução dos custos de instalação que, no caso da energia fotovoltaica, é estimada entre 7-8%, de acordo com a APPA Renewables.

Mas o modelo de negócio é um pouco mais complicado devido ao custo dos sistemas de armazenamento. Já existem alguns projetos-piloto a nível internacional, mas com baixa rentabilidade. O motivo passa pelo grande investimento no CAPEX para o sistema de armazenamento, o que significa que o custo, também conhecido como custo nivelado de armazenamento (LCOS) da energia armazenada excede os 100 euros por MWh.

É, portanto, necessário otimizar os custos de produção dos sistemas de armazenamento para reduzir o seu CAPEX. Este é um objetivo alcançável, demonstrado pela extraordinária redução de custos das tecnologias de produção de energia renovável nos últimos anos.

Conclusão

Dado o cenário de necessidade de baixar o custo dos sistemas de armazenamento, uma das ferramentas que pode ajudar nesta fase de transição é o Fundo da UE da Próxima Geração. Em Espanha, por exemplo, o Governo propõe alocar parte do fundo à instalação maciça de parques de geração renovável e ao avanço de novas tecnologias de armazenamento, como o hidrogénio.  Como resultado, a esperança é que esta união entre estas fontes de energia com grande potencial se torne cada vez mais uma realidade.

 

Este artigo foi publicado na edição da Primavera da revista Energy Global.

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