Homo Electric, Parte 3: Vamos precisar de uma moto melhor

Baterias, veículos elétricos, hidrogênio e modernas redes de energia

Angus Hervey Segue 17 de janeiro · 27 min ler

Este artigo é o terceiro de uma série de quatro partes.

Parte 1: O Trillion Dollar Time Trial , aqui
Parte 2: Como tornar a eletricidade ótima novamente , aqui
Parte 4: A soma das nossas escolhas , aqui

As baterias são como bacon. Eles apenas fazem tudo melhor.

Vibhu Kaushik
Diretor de Tecnologia de Rede e Modernização, Southern California Edison

Lubrificante de Bicicleta a Bateria

Se a humanidade é um ciclista, e a transição de energia limpa é um contra-relógio de 30 anos, não é preciso dizer que precisaremos melhorar drasticamente nossa bicicleta. Muito tempo, dinheiro e ingenuidade humana já foram dedicados a isso. Agora, no entanto, não é suficiente. O vento pode estar girando nossas rodas, e há bastante energia solar para manter os pedais funcionando, mas para que isso realmente funcione, vamos precisar de um pouco de lubrificante.

Neste momento, temos controle sobre nossas fontes de energia movidas a combustíveis fósseis, escolhendo quando aumentar os picos de gás ou desligar as usinas de carvão. Sol e vento, ao contrário, são imprevisíveis. É difícil saber se vamos ter um dia nublado ou uma noite sem vento. O sol não brilha durante a noite e o vento sopra intermitentemente, e ambos são sazonais, aumentando no verão e diminuindo no inverno. Como as fontes renováveis continuam a fornecer uma parcela maior da eletricidade da rede, precisaremos construir um sistema muito maior de geração, transmissão e armazenamento, e também precisaremos repensar o que uma grade moderna realmente parece . Como analista de energia Jason Pontin diz, "a pessoa ou grupo que resolve esse problema será o Prometeu de nossa era."

Felizmente, logo após as revoluções eólica e solar, estamos vendo um similar em armazenamento. Os preços das baterias nos últimos cinco anos caíram drasticamente, muito mais rápido do que os previsores esperavam. Isso se deve à curva de aprendizado das capacidades de fabricação trazidas pelos primeiros smartphones e, agora, pelos veículos elétricos. A melhoria da economia dessas baterias significa que novos projetos de energia limpa em todo o mundo estão começando a vir com opções de armazenamento anexadas.

O sul da Austrália, por exemplo, é o lar da bateria de 100MW Hornsdale Tesla, o maior e mais badalado sistema de armazenamento do mundo. Ele foi construído em menos de 100 dias por US $ 66 milhões, como resultado de uma aposta entre dois magnatas da tecnologia no Twitter, e em seu primeiro ano de operações surpreendeu os nerds da energia em todo o mundo com sua velocidade, precisão e versatilidade. Ele definiu esse padrão em poucas semanas depois de ser ligado, quando uma usina de carvão no estado vizinho de Victoria tropeçou e saiu do ar. A bateria de Tesla entregou 100MW na rede elétrica nacional em 140 milissegundos, tão rapidamente que o regulador nem sequer tinha as métricas certas para medi-lo.

O próximo truque da bateria ocorreu em janeiro de 2018, quando o Australian Energy Market Operator pediu aos geradores de energia que fornecessem energia extra para ajudar a manter a frequência da rede. Normalmente, os grandes geradores a gás, apesar de terem muito mais capacidade do que o necessário, cobram preços até dez vezes mais altos, porque sabem que todos têm um barril. Infelizmente para eles, desta vez a bateria de Tesla estava lá, fazendo ofertas no mercado para garantir que os preços permanecessem razoáveis.

Em vez de saltar para os preços habituais de AU $ 14.000 / MW, a bateria e o parque eólico adjacente mantiveram-nos em torno de AU $ 270 / MW. Isso economizou vários milhões de dólares em cobranças em um único dia, o que teria sido repassado para outros geradores de energia e, em última análise, para os consumidores. Como resultado desses e de outros serviços de modulação de rede, nos seis primeiros meses de operação, a instalação de Hornsdale rendeu cerca de US $ 9 milhões. Além disso, sua operadora espera receber mais US $ 7,5 milhões em seu primeiro ano com a venda de eletricidade armazenada de volta à rede, elevando a receita total esperada para seu primeiro ano de operações para mais de US $ 25 milhões. A bateria, em outras palavras, está a caminho de se pagar em menos de três anos.

Empresas de serviços públicos em todo o mundo estão sentadas e observando. O tempo de retorno para a maioria de suas usinas geradoras e infraestrutura é geralmente medido em décadas, não em anos. No início de 2018, foi a vez dos analistas americanos de energia perderem a cabeça quando uma empresa de serviços públicos no Colorado revelou "ofertas incrivelmente baixas" dos desenvolvedores. Com os custos de tecnologia de armazenamento incluídos , o preço médio da energia eólica foi menor do que o custo operacional de todas as usinas a carvão do estado e, para armazenamento solar mais, o preço foi inferior a três quartos da capacidade operacional do carvão.

O parque eólico de Hornsdale, em outras palavras, é apenas o primeiro de toda uma nova onda de projetos de energia limpa que estão chegando agora com as baterias conectadas. E como os custos caem, não será apenas o carvão que é empurrado para fora, mas também o gás. Esperava-se que o aumento das energias renováveis produzisse um aumento nas vendas de pequenas turbinas a gás, usadas para responder rapidamente à escassez de energia. No entanto, a General Electric, líder mundial em turbinas a gás, acaba de divulgar resultados mostrando como essa suposição estava errada. A empresa vendeu apenas 9 unidades em todo o mundo até agora este ano, abaixo dos 40 em 2017 . O mercado é agora menos da metade do que a GE estava prevendo em abril de 2018. Todo o mercado global de turbinas a gás está se contraindo fortemente, mas a taxa de declínio é mais rápida no setor que se esperava ser o mais resiliente.

Em vez disso, as instalações da bateria estão crescendo mais rapidamente do que o previsto. Em 2018, o preço médio de uma bateria de íons de lítio é de US $ 176 / kWh – um preço que caiu 85% em termos reais desde 2010 devido a melhorias tecnológicas que resultaram em maior densidade de energia no nível de célula, célula e pacote de cátodo. Essa é uma redução de custo insana e parece que ela deve continuar em ritmo semelhante. Pesquisa da Bain & Company estima que até 2025 o armazenamento de baterias em larga escala pode ser competitivo com usinas de pico – e a Bloomberg acaba de lançar um novo relatório mostrando que o custo dos sistemas de armazenamento de baterias de íon de lítio diminuirá em 52% entre 2018 e 2030. O mesmo relatório sugere que o mercado global de armazenamento de energia atrairá US $ 1,2 trilhão em investimento nos próximos 22 anos, crescendo para 942 GW acumulados. Essa é uma quantidade impressionante de capacidade – equivalente a cerca de metade do consumo total de eletricidade da China.

Críticos de fazendas de baterias dizem que não podem lidar com todas as tarefas de uma rede estável. Isso é verdade. Mas também é meio irrelevante. O que o primeiro ano de operação da fazenda Hornsdale mostra é que a inovação mais importante para energia limpa não é o armazenamento. São grades de grande escala que misturam energia solar e eólica – e as baterias são o que possibilitam essa mistura.

Eles não estão lá para armazenamento; eles estão lá para lubrificação.

Eles fazem a grade funcionar de forma mais eficaz. Eles estão lá para armazenar algumas horas de energia, suavizar as curvas, regular os fluxos e reduzir os custos. Eles fornecem uma injeção super rápida, flexível e muito necessária de confiabilidade e resiliência em nossas redes de eletricidade. Eles são o elo perdido em um sistema de energia distribuída que acabará por misturar surtos contracíclicos de energia solar e eólica.

Também temos tecnologias melhores nesta área. Em algumas partes da indústria de baterias, o foco passou de usar eletrólitos líquidos para baterias de estado sólido, que fornecem armazenamento de energia mais seguro e poderoso. A Toyota diz que está trabalhando para comercializar a tecnologia no início dos anos 2020, e a empresa de carros britânica Dyson diz que vai investir US $ 1,3 bilhão para construir um carro elétrico usando baterias de estado sólido dentro de três anos. Em Massachusetts, uma startup desenvolveu uma bateria de metal de lítio que tem o dobro da densidade de energia das atuais baterias de íons de lítio, e agora as comercializa comercialmente para uso em drones.

Em armazenamento em larga escala, o desenvolvimento mais empolgante é conhecido como baterias de fluxo de vanádio, que não são inflamáveis, compactas, têm uma vida útil de 15.000 ciclos, descarregam toda a sua energia armazenada e não se degradam por mais de 20 anos. Em outras palavras, eles são mais seguros, mais escaláveis, mais duráveis e custam menos da metade de seus equivalentes em íons de lítio. Na China, mais de 30 projetos com baterias de fluxo de vanádio foram implantados, incluindo um que é o dobro do tamanho da bateria Tesla na Austrália.

A indústria de baterias também está trabalhando para reduzir o custo das tecnologias existentes, removendo, por exemplo, cobalto caro dos catodos de baterias de íon de lítio e substituindo-os por níquel ou manganês. Esses metais são mais baratos, mais abundantes e mais seguros de se trabalhar, e usá-los também reduziria o custo humano, porque muitas minas no Congo, a principal fonte mundial de cobalto, usam crianças para realizar trabalhos manuais difíceis. Os pesquisadores também estão usando novas técnicas de raios X, bem como microscópios eletrônicos e sondas de varredura, para observar os íons se movendo e as estruturas físicas mudarem à medida que a energia é armazenada e liberada, permitindo-lhes imaginar novas estruturas de bateria e materiais.

Essas inovações estão fornecendo dados de testes vitais para projetos futuros, e também estão no centro da próxima grande onda da transição energética…