E se pudéssemos armazenar energia renovável para a utilizar quando fosse realmente necessária? Parece simples, mas foram necessários três anos de investigação através de dois projetos europeus com a participação do INESC TEC. O InterSTORE e i-STENTORE mostram como diferentes tecnologias de armazenamento podem trabalhar em conjunto, comunicar entre si e ajudar a tornar o sistema energético mais flexível e eficiente. Os resultados já saíram do laboratório: as soluções foram testadas em pilotos em contexto real, incluindo em Portugal, num ambiente industrial e no sistema elétrico da ilha da Madeira.
Imagine um dia de muito sol, no qual a produção renovável ultrapassa as necessidades de consumo. Como podemos garantir que a energia produzida não é desperdiçada e pode depois ser usada num período em que seja, de facto, necessária? A resposta mais óbvia são as baterias, mas as possibilidades de armazenamento vão muito mais além desta tecnologia. Falamos de armazenamento hidroelétrico com bombagem, sistemas térmicos, baterias de diferentes tecnologias ou soluções que combinam várias destas opções.
Diferentes sistemas a “falar a mesma língua”
No InterSTORE, o desafio começou pela comunicação. À medida que aumenta o número de baterias, painéis fotovoltaicos, carregadores de veículos elétricos e outros recursos distribuídos ligados ao sistema energético, aumenta também a necessidade de pôr estes equipamentos a comunicar entre si de uma forma interoperável e rápida.
O projeto desenvolveu e demonstrou ferramentas open source destinadas a facilitar essa interoperabilidade e a integração de sistemas de armazenamento distribuído. Entre os resultados estão ferramentas que permitem a comunicação e a troca de dados entre diferentes sistemas, combinando a tecnologia NATS com a norma IEEE 2030.5, bem como um conversor que permite integrar equipamentos que utilizam protocolos anteriores.
Alexandre Lucas, investigador do INESC TEC, adianta que as ferramentas desenvolvidas no InterSTORE foram validadas em diferentes casos de utilização e pilotos europeus. Em Portugal, essa validação chegou a um contexto industrial através de um piloto na CapWat, integrando as soluções desenvolvidas, em particular a otimização do funcionamento conjunto de sistemas de armazenamento híbrido (com baterias de lítio e vanádio). Para além disso, foi ainda adotado um sistema de armazenamento e gestão de energia no parque de estacionamento para aumentar a simultaneidade do carregamento de veículos elétricos.
“A combinação da interoperabilidade proporcionada pelo IEEE 2030.5 com a comunicação assíncrona, rápida e many-to-many do NATS pode ser um verdadeiro game changer para os sistemas de energia distribuídos, desbloqueando inteligência no edge e permitindo serviços de rede rápidos, escaláveis e baseados na coordenação em tempo quase real dos recursos energéticos distribuídos”, explica Alexandre Lucas.
Uma das áreas exploradas passou precisamente pelos sistemas híbridos de armazenamento. Em vez de depender de uma única tecnologia, estes sistemas combinam soluções com características diferentes e procuram tirar partido dos pontos fortes de cada uma. “No InterSTORE, o INESCTEC desenvolveu várias ferramentas como o modelo de otimização de operação conjunta de sistema híbrido de armazenamento; o modelo de dimensionamento de armazenamento híbrido; e serviços para valorização de dados partilhados por espaços conectados de dados”, acrescenta.
E se uma bateria trabalhar em conjunto com uma barragem?
O i-STENTORE partiu de uma questão ainda mais abrangente: que tecnologias de armazenamento fazem mais sentido para diferentes aplicações e como podemos combiná-las para aumentar a utilização de energia renovável?
Ao longo do projeto foram estudadas soluções autónomas e híbridas em áreas tão diferentes como indústria, agricultura, mobilidade, edifícios e aquecimento, com demonstrações em contexto real.
E Portugal foi um dos locais escolhidos para testar esta abordagem. Na ilha da Madeira, o INESC TEC participou no desenvolvimento e validação de ferramentas para gerir de forma coordenada o armazenamento hidroelétrico com bombagem e baterias, num sistema elétrico onde a capacidade de armazenamento da produção renovável assume particular importância. O trabalho do INESC TEC passou não apenas por perceber que tecnologias funcionam, mas também em que condições podem ser replicadas e utilizadas de forma eficiente.
Segundo Filipe Joel Soares, investigador do INESC TEC, a Madeira constitui um caso particularmente relevante por ter um sistema elétrico isolado, sem interligação a outras redes, no qual é necessário equilibrar permanentemente produção e consumo e garantir a segurança do sistema. Com o aumento da produção eólica e solar, aumenta também a produção eólica e solar, também aumenta a necessidade de dispor de recursos capazes de absorver excedentes e responder rapidamente às variações da produção renovável.
“O INESC TEC desenvolveu ferramentas para prever os afluentes às centrais hidroelétricas, otimizar o despacho diário dos diferentes recursos de produção e armazenamento e avaliar dinamicamente se essas soluções mantêm o sistema em condições seguras de operação”, explica Filipe Joel Soares.
Outra das grandes vantagens exploradas pelo projeto é a combinação de diferentes tecnologia. As baterias conseguem responder muito rapidamente, enquanto o armazenamento hidroelétrico com bombagem permite gerir maiores quantidades de energia durante períodos mais longos. Esta coordenação pode reduzir o desperdício de energia renovável e a necessidade de recorrer a produção térmica, sem comprometer a segurança da rede.
“Soluções deste tipo têm particular potencial em sistemas insulares ou pouco interligados, mas também em redes com elevada penetração de renováveis e acesso a diferentes formas de armazenamento, onde a flexibilidade terá um papel cada vez mais importante”, conclui o investigador.
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