Pesquisadores da Universidade Nacional da Austrália investigaram os aspectos técnico-econômicos da integração de energia fotovoltaica e baterias na indústria pesada por meio de simulações energéticas e uma nova estrutura de modelagem energética de alta resolução que incorpora a degradação do ciclo de vida e a intermitência da produção.
“Nosso estudo aborda uma questão fundamental: a energia fotovoltaica e as baterias podem fornecer eletricidade de forma confiável 24 horas por dia, 7 dias por semana, para indústrias de alto consumo energético, como as de aço, alumínio e cimento?”, disse o autor correspondente da pesquisa, Bin Lu, à pv magazine. “Usando uma estrutura de modelagem integrada, comparamos três estratégias: redução de custos da tecnologia, interação com a rede elétrica e flexibilidade da carga industrial. Essa avaliação comparativa oferece novas perspectivas sobre como cada estratégia influencia a relação custo-benefício do fornecimento de eletricidade baseado em energia fotovoltaica para a indústria pesada.”
A principal característica da nova metodologia é sua capacidade de otimizar conjuntamente a geração, o armazenamento e a utilização de eletricidade em uma resolução temporal horária ao longo de uma vida útil econômica de 25 anos. Além disso, a intermitência da energia fotovoltaica é considerada em múltiplas escalas de tempo, atendendo às necessidades operacionais de indústrias pesadas sob diversas condições climáticas, enquanto o declínio nas capacidades de geração e armazenamento de eletricidade ao longo do tempo também é refletido. A limitação computacional é abordada por meio de um método de carga líquida não linear dentro da estrutura de modelagem do balanço energético.
Na modelagem, assume-se uma operação industrial contínua 24 horas por dia, 7 dias por semana, alimentada por painéis fotovoltaicos e baterias instalados no local, com turbinas a gás como reserva. Uma grande operação industrial na Austrália Ocidental é utilizada como estudo de caso, onde uma carga industrial contínua de 100 MW é modelada como cenário base. Tanto os painéis fotovoltaicos quanto as baterias são modulares e podem ser facilmente dimensionados para se adequarem ao porte de qualquer operação industrial, dependendo do cenário.
A equipe investigou três estratégias. Na estratégia de redução de custos tecnológicos, foram examinados diferentes cenários de queda nos preços das baterias fotovoltaicas; na estratégia de integração à rede, a instalação industrial foi autorizada a importar e exportar eletricidade da rede; enquanto nos casos de flexibilidade de carga industrial, a instalação poderia transferir a produção de alguns dos processos industriais para as horas de sol. A eficiência fotovoltaica foi mantida constante em 21%, a do armazenamento em baterias de íon-lítio em 85% e a da turbina a gás em 50%.
As taxas de degradação da unidade fotovoltaica foram de 0,6% ao ano e de 1,8% para o armazenamento, enquanto a taxa de desconto foi de 6% ao longo de uma vida útil de 25 anos. Os custos de operação e manutenção da energia fotovoltaica foram estimados em AUD 12 (US$ 7,9)/kW/ano e 1% do custo de capital/ano para as baterias. Os custos de capital para a energia fotovoltaica variaram, nos diferentes cenários, de AUD 300/kW a AUD 1.500/kW, e os custos das baterias variaram de AUD 100/kW + AUD 100/kWh a AUD 500/kW + AUD 500/kWh.
“O resultado mais surpreendente é que, mesmo com uma queda de 80% nos custos de energia fotovoltaica e baterias, o custo da eletricidade para a indústria pesada diminui apenas cerca de 40%. A razão é o desperdício de energia. Quando a geração solar excede o que a indústria consegue consumir ou armazenar, o excesso de energia precisa ser controlado”, disse Lu. “Nosso estudo destaca caminhos eficazes para superar essa limitação. A interação com redes inteligentes e a operação industrial flexível melhoram substancialmente a utilização da energia solar, reduzindo custos de forma mais eficaz do que apenas a redução dos custos da tecnologia. Essas estratégias permitem que as indústrias capturem mais valor da geração solar e alcancem uma descarbonização mais profunda a um custo menor.”
A equipe de pesquisa também descobriu que a interação com a rede elétrica reduz a dependência de usinas a gás de reserva e pode diminuir os custos de eletricidade em até 42%, ao mesmo tempo que permite a integração de 100% de energia renovável. A flexibilidade de carga, obtida pela adaptação das operações industriais à variabilidade da energia renovável, pode reduzir os custos de eletricidade em até 80%, possibilitando também a integração de 100% de energia renovável.
“Nosso próximo passo é trabalhar com empresas de aço, alumínio e cimento para traduzir essas descobertas em aplicações industriais”, concluiu Lu. “Futuros projetos de demonstração ajudarão a otimizar estratégias operacionais flexíveis em condições industriais práticas e a orientar a implementação em larga escala em toda a indústria.”
O trabalho de pesquisa foi apresentado em “Decarbonising heavy industry operations with low-cost onsite photovoltaics and battery storage”, publicado na revista Solar Energy .
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