Publicação

The role of electric vehicles second-life batteries on renewable based power systems

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A mobilidade elétrica está em crescimento e irá representar uma parte muito relevante do mercado automóvel global nas próximas décadas. As baterias dos veículos elétricos são tipicamente substituídas enquanto ainda possuem uma capacidade significativa e, deste modo, podem ainda ter utilizações alternativas, criando a médio-longo prazo oportunidades para a sua reutilização em aplicações domésticas ou acopladas a sistemas de energias renováveis. A energia produzida por centrais eléctricas não despacháveis, particularmente eólicas e solares, implica um desafio na sua integração na rede devido à sua intermitência. Por outro lado, existe a necessidade de armazenar parte desta energia, cuja produção nem sempre coincide temporalmente com o consumo, mas as formas de o fazer em larga escala, a menos da bombagem hídrica, são escassas. Assim, reutilizar as baterias dos veículos elétricos após o seu serviço automóvel para este efeito representa uma solução promissora a um custo reduzido. Deste modo, ao facilitar a integração de energias renováveis nos sistemas electroprodutores, as baterias reutilizadas contribuirão também positivamente para a sustentabilidade dos veículos elétricos, se os benefícios desta solução forem incorporados na sua análise do ciclo de vida. Este estudo analisa de um ponto de vista técnico e energético de que modo um sistema electroprodutor pode beneficiar com a utilização de baterias reutilizadas para armazenar o excedente de produção por energias renováveis não despacháveis. Para tal, adotou-se como caso de estudo o sistema electroprodutor português no período de 2030 a 2050. Este contempla um modelo de difusão da mobilidade elétrica e da disponibilidade de baterias reutilizadas com diversos modelos de simulação em EnergyPlan. Cada modelo contém ainda submodelos de carregamento unidirecional inteligente dos veículos elétricos. Os resultados são ilustrados e quantificados comparativamente a um cenário base que não contempla armazenamento nas baterias reutilizadas. Para a análise são mostrados os diagramas de carga do sistema elétrico e é quantificado em que medida esta solução poderá facilitar a instalação adicional de solar-fotovoltaico e reduzir as necessidades de importação e exportação de energia, bem como da capacidade de interligação internacional. Dado que o sistema elétrico português é amplamente dependente de energia hidroelétrica, os resultados são também mostrados para um ano normal e para um ano de seca. Os resultados evidenciam que em 2050 o mercado de baterias reutilizadas poderá representar cerca de 38 GWh de capacidade de armazenamento. Num ano normal, estas permitem reduzir o excesso de energia de 0.77 para 0.03 TWh, e estão em operação maioritariamente durante o verão, com valores médios de carga e descarga de 251 e 181 MW, respetivamente. Em termos de integração de energias renováveis, as baterias deverão permitir uma capacidade adicional de 3581 MW de capacidade fotovoltaica, permitindo uma subida da produção renovável no mix eléctrico de 4%. Relativamente aos benefícios ambientais, as baterias permitem reduzir as emissões de CO2 em 0.2 Mton, representando 3,4% do valor total de emissões do sistema electroprodutor. Tendo em consideração o cenário com a capacidade adicional de solar-fotovoltaico, a redução de emissões ascende a 32%, evidenciando que o armazenamento de energia nas baterias é mais eficaz no decréscimo das emissões quando se consideram níveis mais elevados de capacidade fotovoltaica instalada. Para o cenário que considera um ano de seca, os resultados permitem aferir que as baterias reutilizadas têm a capacidade de compensar totalmente a reduzida capacidade de armazenamento nas albufeiras, auxiliando a rede quando necessário. Relativamente à capacidade da interligação internacional, para o cenário base sem armazenamento de energia nas baterias, obtém-se um valor de 8270 MW de capacidade de exportação necessária. No cenário com baterias, este valor decresce para 3810 MW. Desta forma, é possível dizer que as baterias reutilizadas assumem um papel relevante na rede elétrica. No cenário que de ano de seca, não são verificadas quaisquer necessidades de exportação, dado que as baterias têm a capacidade de armazenar toda a energia em excesso. Não obstante, a capacidade de importação necessária é de 2168 MW dada a produção diminuta das centrais hídricas no inverno. Apesar destes resultados, o fator de capacidade de utilização das baterias deverá ser baixo (cerca de 5%), visto que o sistema electroprodutor português possui uma grande capacidade instalada de bombagem hidroelétrica para armazenamento de energia em albufeiras. Tal sugere que em sistemas onde isto não acontece as baterias terão um papel mais relevante. Como trabalho futuro, dado que nos cenários testados a capacidade de armazenamento em baterias apenas começa a ser útil a partir de 2050, sugere-se um estudo que contemple mais penetração fotovoltaica, visando aferir de que modo as baterias poderiam facilitar a implantação adicional destas centrais. Este estudo poderá ser feito para vários cenários de regime hidrológico.
Autores principais:	Almeida, Adriana Sofia Fonseca de
Assunto:	Baterias reutilizadas Análises de sistemas electroprodutores Veículos elétricos Carregamento inteligente Armazenamento de energia Teses de mestrado - 2018
Ano:	2018
País:	Portugal
Tipo de documento:	dissertação de mestrado
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Lisboa
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da Universidade de Lisboa

Descrição
Resumo:	A mobilidade elétrica está em crescimento e irá representar uma parte muito relevante do mercado automóvel global nas próximas décadas. As baterias dos veículos elétricos são tipicamente substituídas enquanto ainda possuem uma capacidade significativa e, deste modo, podem ainda ter utilizações alternativas, criando a médio-longo prazo oportunidades para a sua reutilização em aplicações domésticas ou acopladas a sistemas de energias renováveis. A energia produzida por centrais eléctricas não despacháveis, particularmente eólicas e solares, implica um desafio na sua integração na rede devido à sua intermitência. Por outro lado, existe a necessidade de armazenar parte desta energia, cuja produção nem sempre coincide temporalmente com o consumo, mas as formas de o fazer em larga escala, a menos da bombagem hídrica, são escassas. Assim, reutilizar as baterias dos veículos elétricos após o seu serviço automóvel para este efeito representa uma solução promissora a um custo reduzido. Deste modo, ao facilitar a integração de energias renováveis nos sistemas electroprodutores, as baterias reutilizadas contribuirão também positivamente para a sustentabilidade dos veículos elétricos, se os benefícios desta solução forem incorporados na sua análise do ciclo de vida. Este estudo analisa de um ponto de vista técnico e energético de que modo um sistema electroprodutor pode beneficiar com a utilização de baterias reutilizadas para armazenar o excedente de produção por energias renováveis não despacháveis. Para tal, adotou-se como caso de estudo o sistema electroprodutor português no período de 2030 a 2050. Este contempla um modelo de difusão da mobilidade elétrica e da disponibilidade de baterias reutilizadas com diversos modelos de simulação em EnergyPlan. Cada modelo contém ainda submodelos de carregamento unidirecional inteligente dos veículos elétricos. Os resultados são ilustrados e quantificados comparativamente a um cenário base que não contempla armazenamento nas baterias reutilizadas. Para a análise são mostrados os diagramas de carga do sistema elétrico e é quantificado em que medida esta solução poderá facilitar a instalação adicional de solar-fotovoltaico e reduzir as necessidades de importação e exportação de energia, bem como da capacidade de interligação internacional. Dado que o sistema elétrico português é amplamente dependente de energia hidroelétrica, os resultados são também mostrados para um ano normal e para um ano de seca. Os resultados evidenciam que em 2050 o mercado de baterias reutilizadas poderá representar cerca de 38 GWh de capacidade de armazenamento. Num ano normal, estas permitem reduzir o excesso de energia de 0.77 para 0.03 TWh, e estão em operação maioritariamente durante o verão, com valores médios de carga e descarga de 251 e 181 MW, respetivamente. Em termos de integração de energias renováveis, as baterias deverão permitir uma capacidade adicional de 3581 MW de capacidade fotovoltaica, permitindo uma subida da produção renovável no mix eléctrico de 4%. Relativamente aos benefícios ambientais, as baterias permitem reduzir as emissões de CO2 em 0.2 Mton, representando 3,4% do valor total de emissões do sistema electroprodutor. Tendo em consideração o cenário com a capacidade adicional de solar-fotovoltaico, a redução de emissões ascende a 32%, evidenciando que o armazenamento de energia nas baterias é mais eficaz no decréscimo das emissões quando se consideram níveis mais elevados de capacidade fotovoltaica instalada. Para o cenário que considera um ano de seca, os resultados permitem aferir que as baterias reutilizadas têm a capacidade de compensar totalmente a reduzida capacidade de armazenamento nas albufeiras, auxiliando a rede quando necessário. Relativamente à capacidade da interligação internacional, para o cenário base sem armazenamento de energia nas baterias, obtém-se um valor de 8270 MW de capacidade de exportação necessária. No cenário com baterias, este valor decresce para 3810 MW. Desta forma, é possível dizer que as baterias reutilizadas assumem um papel relevante na rede elétrica. No cenário que de ano de seca, não são verificadas quaisquer necessidades de exportação, dado que as baterias têm a capacidade de armazenar toda a energia em excesso. Não obstante, a capacidade de importação necessária é de 2168 MW dada a produção diminuta das centrais hídricas no inverno. Apesar destes resultados, o fator de capacidade de utilização das baterias deverá ser baixo (cerca de 5%), visto que o sistema electroprodutor português possui uma grande capacidade instalada de bombagem hidroelétrica para armazenamento de energia em albufeiras. Tal sugere que em sistemas onde isto não acontece as baterias terão um papel mais relevante. Como trabalho futuro, dado que nos cenários testados a capacidade de armazenamento em baterias apenas começa a ser útil a partir de 2050, sugere-se um estudo que contemple mais penetração fotovoltaica, visando aferir de que modo as baterias poderiam facilitar a implantação adicional destas centrais. Este estudo poderá ser feito para vários cenários de regime hidrológico.