Capítulos 1 e 5 - Energy Storage at Different Voltage Levels: Technology, integration, and market aspects.

Nesta postagem serão abordados os capítulos 1 - "Overview of energy storage technologies" e 5 - "The role of storage in transmission investment deferral and management of future planning uncertainty" do livro Energy Storage at Different Voltage Levels: Technology, integration, and market aspects.

Capítulo 1 - "Overview of Energy Storage Technologies"

O Capítulo 1 inicia mostrando algumas das motivações de se utilizar sistemas de armazenamento de energia, citando a alta penetração de fontes renováveis, o desenvolvimento e aprofundamento do conceito de Smart Grids, a possibilidade de utilizar um sistema com menos emissão de poluentes e aplicabilidade do armazenamento de energia com os veículos elétricos.

Também é mostrada uma análise estatística acerca dos documentos na área de tecnologias de armazenamento de energia produzidos em 1976 e os de 2017. Em 1976 foram reproduzidos apenas 3 em comparação com o número bem maior de 2017 que foram publicados 205 documentos que em sua maioria foram artigos publicados nos EUA.

São abordados alguns benefícios inerentes ao armazenamento de energia como por exemplo a melhoria na confiabilidade do sistema, o controle de frequência, a melhoria da qualidade de energia e a possibilidade do gerenciamento econômico por parte do cliente, armazenando energia para descarregar em horários de pico.

Por fim, o livro apresenta as principais tecnologias em armazenamento utilizadas hoje em dia e faz uma comparação entre todas, destacando o tempo de uso, vida útil, potência assim como também os custos operacionais de cada uma.

Capítulo 5 - "The Role of Storage in Transmission Investment Deferral and Management of Future Planning Uncertainty"

Estudos têm mostrado que a potencial eletrificação no setor de aquecimento e transporte pode aumentar o pico de demanda em até 3 vezes até 2050, comparado ao valor atual. Com isso, grandes investimentos devem ser feitos na parte da transmissão, que também deve ser modelada e planejada a longo prazo.

O conceito de option value corresponde ao valor colocado na possibilidade de utilizar um ativo no futuro e pode compreender uma parte muito importante ao realizar o planejamento econômico.

Em geral, 2 principais características do planejamento na transmissão tornam o option value de um armazenamento de energia essencial: aprender com o tempo e irreversibilidade.

Aprender com o tempo = Significa que uma incerteza é resolvida com o tempo. Por exemplo, investimento na geração é baseado na expectativa de lucro e influenciado por fatores como custos de investimento, uso de cargas do sistema e regulação. Estes fatores são observáveis com o tempo e podem ser usados para inferir possíveis caminhos de evolução.

Irreversibilidade = Refere-se ao fato de que a maioria das transmissões possuem alto custo de capital, longos prazos de usabilidade e 0 valor residual (valor de um ativo que sofre depreciação ao final de sua vida útil). Com isso, é essencial garantir que o investidor forneça o investimento acertado até o fim do contrato, assim como evitar ativos que podem ficar encalhados ou subutilizados, resultando em graves perdas.

O sistema de armazenamento de energia pode fornecer um gerenciamento da rede temporário utilizando os bens já existentes e com isso "comprar tempo" até que alguma incerteza seja resolvida.

Historicamente, a rede foi designada para suportar a demanda de pico com suficiente confiabilidade. Porém, atualmente a capacidade do sistema diminuiu e acomodar a energia durante períodos de alta demanda deve ser o principal investimento. O investimento na transmissão deve ser baseado no custo benefício entre o custo de investimento e o custo de operação, como é mostrado na figura abaixo. 

Figura mostrando o trade-off entre custo de capital e custo operacional no investimento da transmissão.

O processo de investimento é geralmente modelado como um único estágio determinístico onde o futuro é dado como firmemente conhecido. Porém, essa não é a realidade e modelos que adotam esta visão não serão mais relevantes no mercado atual, que deve levar em contas métodos estocásticos que possuem incertezas, assim como no mundo real. 

A seguir, serão apresentados os principais modelos de avaliação que levam em conta as incertezas do sistema

Single-scenario analysis

Nesta abordagem, um ótimo plano de expansão é baseado em um único cenário, considerando ser a mais provável previsão dos parâmetros desconhecidos. Naturalmente, este método tem alguns atrativos como por exemplo a facilidade de implementação e a redução dos problemas, sendo uma abordagem amplamente utilizada em planejamentos de transmissão ao redor do mundo. Porém, ao desconsiderar todos os outros possíveis cenários, incertezas são ignoradas, deixando o sistema extremamente exposto. 

Multi-scenario analysis

Esta técnica faz uso de alternativos cenários e consiste de dois níveis. Inicialmente, a ótima expansão da transmissão para cada cenário individual é determinada, obtendo um conjunto de ótimos planos. Baseado neste conjunto, uma série de técnicas analíticas podem ser usadas para identificar as decisões "well-perfoming" que são comuns em todos os cenários. A limitação desta abordagem é que a otimização dos cenários não pode ser garantida quando utilizadas decisões feitas sob medida para cada cenário.

Stochastic planning

Esta abordagem considera a dinâmica de incertezas sobre sucessivos períodos de planejamento em um cenário multi estágio. Este tópico tem ganhado força ultimamente e vários autores estudam o valor de soluções flexíveis em meio às incertezas e estendem esta ideia para o sistema de distribuição.

Risk-constrained planning

Os sistemas de planejamento estocásticos têm o objetivo de apenas minimizar custos esperados do sistema. Porém, há aspectos da solução ótima que talvez não sejam atrativos para o planejamento, como custos excessivos diante de cenários específicos. Utilizando esta abordagem, é possível evitar decisões envolvendo cenários adversos e assegurar que a estratégia possa satisfazer algumas aversões ao risco (relutância de uma pessoa para aceitar um negócio com um retorno incerto, em vez de outro negócio com um retorno esperado mais certo, mas possivelmente menor) utilizando Cvar - Calculadoras de Risco.

Com os casos estudados, foi visto que ignorando incertezas e adotando um método determinístico, ativos flexíveis como ES (Energy Storage) podem ser deixados de lado. Ao levar em conta incertezas do mundo real aplicando um modelo estocástico é possível identificar atraentes estratégias de investimento. Isto reforça a importância de incorporar ES no processo de planejamento e adotar um modelo estocástico onde soluções ótimas podem ser identificadas baseadas na habilidade do sistema de se adaptar em meio de diversas possibilidades de cenários.