O crescimento do armazenamento de baterias do setor elétrico atraiu muita atenção na indústria e na mídia. Uma parte considerável dessa atenção se concentra em baterias de larga escala, como as usadas por empresas prestadoras de serviços públicos, e em baterias para clientes comerciais e industriais. Ainda que essas baterias maiores sejam segmentos fundamentais do mercado de armazenamento de energia, o rápido crescimento do armazenamento residencial de energia tem ultrapassado as expectativas; com isso, é provável que esses sistemas domésticos se tornem ativos importantes mais cedo do que o esperado. A trajetória de crescimento e o valor em potencial desses sistemas residenciais para clientes e redes elétricas justificam que eles sejam analisados de maneira mais aprofundada.
Durante os últimos quatro anos, as instalações anuais de sistemas residenciais de armazenamento de energia nos Estados Unidos saltaram de 2,25 megawatt-hora (MWh) em 2014 para 185 MWh em 2018. Muitos consumidores claramente querem o controle, a confiabilidade e a resiliência adicionais decorrentes de se ter uma bateria em casa. Como resultado, muitas comunidades podem ter um recurso inesperado em breve – uma rede de baterias em domicílios que já foram pagas pelos consumidores residenciais, mas que não são usadas por eles todos os dias. O que seria necessário para permitir que o armazenamento residencial de energia ajude as autoridades locais a tornarem as redes elétricas mais eficientes em termos de custo, confiáveis, resilientes e seguras?
Em diversas regiões, as redes estão cada vez mais pressionadas, e os ativos das redes estão envelhecendo. Fontes intermitentes de energia renovável geram volumes de energia cada vez maiores, o que demanda um maior reequilíbrio de carga. A incidência de eventos climáticos severos tem aumentado. Tais tendências estão agravando os pontos de estrangulamento e os gargalos no sistema de fornecimento de energia, o que resulta em custos mais elevados e traz a ameaça de haver um maior número de interrupções na energia local.
As empresas provedoras estão atuando para aumentar a confiabilidade e a resiliência da rede. Algumas delas já administram os chamados programas de resposta à demanda, que incentivam os consumidores a reduzir o consumo de energia durante períodos em que há picos de demanda. Da mesma forma, as empresas provedoras estão implementando programas abrangentes de modernização da rede para aumentar a capacidade e a robustez do sistema de distribuição. E algumas das empresas provedoras de serviços públicos estão investindo pesadamente em soluções de armazenamento de energia em larga escala, colocando baterias enormes próximas às plantas geradoras, às linhas de transmissão e em subestações, como forma de reduzir custos e aumentar a confiabilidade.
Com o crescimento no número de clientes que investem em sistemas de armazenamento residencial de energia fora do sistema de rede (“behind the meter”, na expressão original em inglês), as empresas fornecedoras terão uma nova alavanca em potencial para chegar a um equilíbrio entre demanda e fornecimento de energia. Baterias residenciais podem ser ligadas e empregadas para prestar serviços de apoio à rede, de forma similar ao que as empresas fornecedoras utilizam hoje com seus programas de resposta à demanda e recursos suplementares. Como as baterias já estão instaladas, o custo marginal de transmissão de recursos de armazenamento residencial de energia pode ser bem baixo. Isso pode ajudar as empresas fornecedoras a evitar medidas mais onerosas, como o uso de plantas ineficientes ou a construção de infraestrutura de rede adicional, que será utilizada somente de forma esporádica.
Embora não seja fácil integrar sistemas de armazenamento residencial a uma rede eficiente de transmissão que dê suporte à rede de energia, temos visto casos indicando que isto pode ser feito. Alguns estados americanos lançaram programas-piloto que permitem às empresas fornecedoras de energia remunerar as residências equipadas com baterias pelo uso de uma parte de sua energia armazenada nos momentos em que o sistema estiver muito pressionado.
Para apoiar o desenvolvimento do mercado, os órgãos reguladores e as empresas fornecedoras de energia terão de avaliar como e onde as baterias residenciais poderiam dar suporte à rede (por exemplo, identificando as restrições de capacidade no nível alimentador) e incorporar suas análises às abordagens de planejamento de rede e aos recursos das empresas provedoras. Os órgãos reguladores também podem considerar ajustar as estruturas de rateio e outros mecanismos de remuneração para baterias e examinar qual a maneira mais adequada de integrar baterias no desenho do sistema. Da mesma forma, os operadores da rede residencial de armazenamento de energia terão de se certificar que seus clientes aceitam empregar suas baterias para dar suporte à rede e demonstrar à empresa provedora de energia local que esses sistemas fora da rede são confiáveis e passíveis de transmitir a energia necessária de forma imediata quando a rede de energia da empresa provedora precisar.
Mapeando o crescimento do armazenamento residencial de energia
As instalações residenciais de armazenamento de energia nos Estados Unidos cresceram dramaticamente – mais de 200% ao ano – nos últimos quatro anos, e espera-se que tal crescimento acelerado continue (Quadro 1). Em 2018, as instalações residenciais de armazenamento de energia chegaram mesmo a ultrapassar, pela primeira vez, as instalações de armazenamento em grande escala, refletindo o alto valor que os consumidores dão à possibilidade de ter seus próprios sistemas de armazenamento.
Diversos fatores contribuíram para a rápida adoção de sistemas residenciais de armazenamento de energia:
- Queda nos custos. Entre 2012 e 2017, o custo por quilowatt-hora de um sistema residencial de armazenamento de energia caiu mais de 15% ao ano.
- Aumento do risco de disrupção. Toda vez que há uma tempestade forte ou um tornado, o preço da instalação de baterias aumenta exponencialmente. Com isso, estados afetados por tais eventos climáticos – como a Flórida e o Texas – têm visto uma aceleração na adoção de baterias residenciais. Da mesma forma, proprietários de residências em áreas sujeitas a incêndios na Califórnia começaram a instalar baterias em suas casas para ter mais confiabilidade na questão do fornecimento de energia.1
- Estruturas de preço das empresas provedoras. Algumas empresas fornecedoras de energia definem preços com base no horário de uso (time of use, ou TOU, no original em inglês), de forma que o preço da eletricidade varia dependendo do momento do dia. Atualmente, casas equipadas com baterias podem usar o armazenamento de energia para minimizar o volume de eletricidade que elas consomem durante momentos em que os preços estão mais elevados.
- Vantagens de armazenamento com inclusão de energia solar. Instalações integradas de equipamentos de armazenamento e energia solar custam menos e permitem maior flexibilidade para ajustar a demanda e o fornecimento, de forma a refletir as tarifas de mercado. Assim, há o potencial de reduzir o custo de um sistema de bateria em mais de 25%, quando comparado com um pacote de armazenamento individual.
- Incentivos de compra.Os incentivos governamentais para a instalação de sistemas de armazenamento residencial podem ser poderosos. Projetos para armazenamento residencial com inclusão de energia solar se qualificam para receber créditos fiscais federais, que podem reduzir em cerca de 30% o custo de um sistema instalado este ano. Incentivos locais, como o Programa de Incentivo à Autogeração da Califórnia (Self-Generation Incentive Program, no original em inglês), podem proporcionar aos proprietários das casas uma economia de cerca de US$1.600 a US$2.500 com sistemas de armazenamento residenciais comuns.
- Pagamentos por serviços de redes. Recentemente, algumas empresas provedoras de energia locais criaram programas para pagar os proprietários de sistemas de armazenamento residencial de energia para usar suas baterias para alimentar a rede durante os períodos de pico de demanda (Quadro 2). Em contrapartida, os consumidores recebem uma compensação, como crédito em suas contas da empresa provedora de eletricidade. Esses programas do tipo “traga sua própria bateria” existem nos estados de Massachusetts, Rhode Island e Vermont.
Sistemas de armazenamento de energia residenciais já são atraentes para mais de 20% dos domicílios dos Estados Unidos (Quadro 3). Esse mercado deve expandir substancialmente à medida que os fabricantes comecem a reduzir os custos das baterias residenciais e os instaladores ganhem experiência e escala para cortar os custos de instalação. Como resultado, esperamos que o crescimento do armazenamento residencial de energia seja forte e contínuo. As instalações anuais de capacidade de armazenamento de energia podem chegar a ultrapassar 2.900 MWh até 2023.
Quanto mais recursos de armazenamento de energia residencial a rede tiver, mais valiosa será sua integração. Com isso, muitos estados têm testado programas de integração de rede voltados ao armazenamento de energia residencial. Os estados americanos de Massachusetts e Nova York estão desenvolvendo políticas de “clean peak” que promovem o uso de armazenamento residencial, em vez de plantas auxiliares de combustíveis fósseis, para atender à demanda em momentos de pico. E, a partir de 2020, com a atualização dos padrões de eficiência energética para construções – conhecidos como Title 24 – a Califórnia deve passar a exigir que as novas residências construídas no estado tenham energia solar e incentivar os construtores a incluir também sistemas de armazenamento de baterias.
As empresas provedoras estão criando suas próprias iniciativas experimentais. A National Grid oferece a seus clientes incentivos financeiros para que se inscrevam em seu programa “traga sua própria bateria”. A Liberty Utilities lançou recentemente um programa piloto que cobra uma pequena taxa mensal dos clientes para que a empresa instale sistemas de armazenamento de energia residenciais, criando novas fontes de backup de energia. A ISO New England fechou um contrato com a Sunrun, uma empresa prestadora de serviços de energia e painéis solares residenciais, para instalar um determinado número de sistemas residenciais de armazenamento de energia e painéis solares, ampliando os recursos do mercado de capacidade.
A seguir: obtendo vfalor adicional com o armazenamento de energia residencial
Com o aumento da base instalada de baterias residenciais, esses ativos de armazenamento de energia residenciais ganharão mais densidade e escala para prestar serviços de rede que criam valor de diferentes formas:
- Reduzindo a carga de pico da rede de pontos local e otimizando a carga de circuitos individuais, o que pode tornar os nodos locais mais seguros e confiáveis e dar às empresas provedoras mais tempo para fazer aportes de capital.
- Reduzindo as necessidades de energia em momentos de pico para bairros em que o fornecimento esteja estrangulado, o que pode reduzir os custos de energia.
- Melhorando a qualidade da energia e protegendo equipamentos conectados à rede de incidentes, como picos de voltagem, o que pode ajudar a aumentar a vida útil dos aparelhos.
No entanto, antes que a concretização do potencial de armazenamento de energia residencial se torne possível, será necessário implementar uma série de mudanças:
- Os consumidores deverão estar seguros quanto à robustez das baterias para o uso residencial, mesmo com as baterias também sendo usadas para serviços de rede.
- Os agregadores de recursos de energia distribuída (DER, na sigla original em inglês) devem demonstrar que as baterias residenciais podem ser usadas de forma confiável por muitos anos.
- As empresas provedoras terão de desenvolver ferramentas (ou colaborar com agregadores) para prever onde e quando essas baterias estarão disponíveis para a rede.
- Os órgãos reguladores terão de desenvolver estruturas tarifárias que minimizem o custo médio do sistema, criando incentivos para a integração de baterias residenciais à rede onde houver maior valor, evitando o subsídio cruzado de consumidores ricos (Quadro 4).
Para iniciar nessa jornada, os provedores de armazenamento de energia residencial e as empresas concessionárias podem estabelecer parcerias para priorizar a adoção de baterias residenciais em áreas que possuam as limitações de rede mais graves. Da mesma forma, a colaboração nas exigências de softwares de distribuição de energia pode reduzir significativamente os custos de integração com o sistema.
A cada ano que passa, com a redução nos custos de armazenamento e o aumento de seu valor, os domicílios dos Estados Unidos instalam mais sistemas de armazenamento de energia residenciais. Esses sistemas podem ser surpreendentemente. Regiões que decidam aproveitar os recursos do armazenamento de energia residencial instalados podem passar a ter à mão um recurso inesperado, que pode contribuir para que todos os clientes das empresas provedoras tirem proveito da tecnologia de armazenamento de energia.
