A Califórnia extrai mais eletricidade do sol do que qualquer outro Estado. Ela também tem um problema de tempo: a energia solar é abundante durante o dia, mas desaparece à noite, justamente quando as pessoas chegam em casa do trabalho e a demanda por eletricidade aumenta. Para preencher essa lacuna, as empresas de energia geralmente queimam mais combustíveis fósseis, como o gás natural.
Isso agora está mudando. Desde 2020, a Califórnia instalou mais baterias gigantes do que qualquer outro lugar do mundo, com exceção da China. Elas podem absorver o excesso de energia solar durante o dia e armazená-la para uso quando escurecer.
Essas baterias desempenham um papel fundamental na rede elétrica da Califórnia, substituindo parcialmente os combustíveis fósseis a noite. Entre as 19h e 22h do dia 30 de abril, por exemplo, as baterias forneceram mais de um quinto da eletricidade da Califórnia e, por alguns minutos, produziram 7.046 megawatts (MW) de eletricidade, o equivalente à produção de sete grandes reatores nucleares.
Em todo o país, as empresas de energia estão usando cada vez mais baterias gigantes do tamanho de contêineres de transporte para lidar com o maior ponto fraco da energia renovável: o fato de que o vento e o sol nem sempre estão disponíveis.
“O que está acontecendo na Califórnia é um vislumbre do que pode acontecer com outras redes no futuro”, disse Helen Kou, chefe de análise de energia dos Estados Unidos na BloombergNEF, uma empresa de pesquisa. “As baterias estão passando rapidamente dessas aplicações de nicho para a transferência de grandes quantidades de energia renovável para os períodos de pico de demanda.”
Nos últimos três anos, a capacidade de armazenamento de baterias nas redes do país aumentou dez vezes, chegando a 16 mil MW. Este ano, espera-se que ela quase dobre novamente, com o maior crescimento no Texas, na Califórnia e no Arizona.
A maioria das baterias de rede usa tecnologia de íons de lítio, semelhante às baterias de smartphones ou carros elétricos. Como o setor de veículos elétricos se expandiu na última década, os custos das baterias caíram 80%, tornando-as competitivas para o armazenamento de energia em larga escala. Os subsídios federais também estimularam o crescimento.
Com a proliferação das baterias, as empresas de energia estão usando-as de novas maneiras, como para lidar com grandes oscilações na geração de eletricidade a partir de parques solares e eólicos, reduzindo o congestionamento nas linhas de transmissão e ajudando a evitar apagões durante ondas de calor escaldantes.
Na Califórnia, que estabeleceu metas ambiciosas para combater a mudança climática, os formuladores de políticas esperam que as baterias de rede possam ajudar o Estado a obter 100% de sua eletricidade de fontes livres de carbono até 2045. Embora o Estado permaneça altamente dependente do gás natural, um contribuinte significativo para o aquecimento global, as baterias estão começando a entrar no mercado de combustíveis fósseis. Os reguladores estaduais planejam quase triplicar a capacidade das baterias até 2035.
“O futuro é brilhante para o armazenamento de energia”, disse Andrés Gluski, executivo-chefe da AES Corporation, uma das maiores empresas de energia do mundo. “Se você quiser mais energias renováveis na rede, precisará de mais baterias. Caso contrário, não vai funcionar.”
Como as baterias funcionam na rede atualmente
Quando as empresas de energia começaram a conectar as baterias à rede na década de 2010, elas as usavam principalmente para suavizar pequenas interrupções no fluxo de eletricidade, por exemplo, se uma usina de energia fosse desligada inesperadamente. Muitos operadores de baterias ainda obtêm a maior parte de sua receita fornecendo esses “serviços auxiliares”.
Mas as empresas de energia também usam as baterias para se envolver em um tipo de comércio: carregar quando a eletricidade é abundante e barata e, em seguida, vender energia para a rede quando os suprimentos de eletricidade são mais escassos e mais caros.
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Na Califórnia, os preços da energia costumam cair ao meio-dia, quando o Estado produz mais energia solar do que precisa, especialmente na primavera, quando o uso de ar-condicionado é baixo. Os preços sobem à noite, quando a energia solar desaparece e os operadores da rede precisam aumentar a produção das usinas a gás ou das represas hidrelétricas para compensar.
Atualmente, a Califórnia tem 10 mil MW de capacidade de bateria na rede, o suficiente para abastecer 10 milhões de residências por algumas horas. Essas baterias são “capazes de gerenciar de forma muito eficaz a rampa noturna em que a energia solar está diminuindo e a demanda dos clientes está aumentando”, disse John Phipps, diretor executivo de operações de rede da California Independent System Operator, que supervisiona a rede do Estado.
As baterias também podem ajudar a rede da Califórnia a lidar com o estresse causado por ondas de calor e incêndios florestais, disse Phipps. “Isso fez algumas diferenças no verão passado”, disse ele. “Conseguimos atender aos dias de alta carga e aos dias de incêndios florestais, quando poderíamos perder algumas linhas de energia.”
No Texas, as baterias ainda são amplamente usadas para fornecer serviços auxiliares, estabilizando a rede contra interrupções inesperadas. O Texas também é mais dependente da energia eólica do que a Califórnia, que flutua em padrões menos previsíveis.
Mas o Texas está rapidamente alcançando a Califórnia em termos de energia solar, e as baterias ajudam cada vez mais com os picos noturnos. Em 28 de abril, o sol estava se pondo no momento em que a energia eólica estava inesperadamente baixa e muitas usinas de carvão e gás estavam fora de operação para reparos.
As baterias entraram em ação, fornecendo 4% da eletricidade do Texas em um determinado momento, o suficiente para abastecer um milhão de residências. No verão passado, as baterias ajudaram a evitar apagões noturnos, fornecendo energia adicional durante um calor recorde.
Os dois Estados criaram suas frotas de baterias de maneiras distintas. Na Califórnia, os mandatos regulatórios foram um impulso importante: em 2019, as autoridades temiam que muitas usinas de gás mais antigas estivessem fechando, arriscando apagões, e ordenaram que as concessionárias instalassem rapidamente milhares de megawatts de armazenamento.
No Texas, as forças de mercado dominam. O sistema de eletricidade desregulamentado do Estado permite que os preços flutuem drasticamente, chegando a subir até US$ 5 mil o MWh durante uma escassez aguda. Isso faz com que seja lucrativo para os desenvolvedores de baterias aproveitarem os picos, como em locais onde as linhas de energia ficam periodicamente obstruídas.
“Sempre que acharmos que o mercado vai ficar apertado, você pode colocar baterias e equilibrar as coisas”, disse Stephanie Smith, diretora de operações da Eolian, uma desenvolvedora de baterias. “Depois, estamos fazendo apostas o dia todo sobre quando carregar e descarregar.”
Uma bateria, por exemplo, fica perto de Fort Worth, absorvendo o excesso de energia eólica do oeste do Texas durante a noite, quando ninguém precisa dela, e alimentando-a na rede quando a demanda aumenta.
Outros Estados estão seguindo o exemplo. No Arizona e na Geórgia, as empresas de serviços públicos planejam instalar milhares de megawatts de capacidade de bateria para ajudar a gerenciar a demanda crescente de data centers e fábricas. O fato de as baterias poderem ser implantadas rapidamente ajuda, disse Aaron Mitchell, vice-presidente de planejamento e preços da Georgia Power.
No entanto, o setor ainda enfrenta obstáculos. As baterias de íon-lítio são inflamáveis e, embora as operadoras tenham tomado medidas para reduzir o risco de incêndio, algumas comunidades se opõem a projetos em seus quintais. A maioria das baterias ainda vem da China, o que as torna vulneráveis a disputas comerciais. No Texas, um fundo estadual para subsidiar usinas de gás poderia prejudicar o boom das baterias. Em outros estados, regulamentações complexas às vezes impedem que as empresas de serviços públicos adicionem armazenamento de energia.
“Como esses recursos de armazenamento são muito novos, as regras ainda estão se atualizando”, disse Natalie McIntire, que trabalha com questões de rede para o Natural Resources Defense Council, um grupo ambiental.
As baterias da rede elétrica podem ajudar a combater as mudanças climáticas?
As baterias da rede elétrica podem ser uma ferramenta útil para reduzir as emissões de gases que causam o aquecimento do planeta, dizem os especialistas, embora ainda precisem de mais avanços em termos de custos, tecnologias e como são usadas.
No Texas, muitas baterias atuais estão, na verdade, aumentando as emissões de dióxido de carbono, de acordo com uma análise. Isso se deve ao fato de as operadoras se concentrarem em maximizar a receita e, às vezes, carregarem com energia de carvão ou gás.
“Essas baterias têm uma imensa capacidade de reduzir o carbono, mas precisam dos incentivos certos para isso”, disse Emma Konet, cofundadora da Tierra Climate, uma startup que trabalha para ajudar as baterias a ganhar dinheiro para reduzir as emissões.
Na Califórnia, por outro lado, as baterias parecem estar reduzindo as emissões de combustíveis fósseis. Em abril, o uso de gás no Estado caiu para o nível mais baixo em sete anos. “Chegamos à conclusão de que as baterias estão substituindo o gás natural quando a geração solar está aumentando e diminuindo a cada dia”, disse Max Kanter, executivo-chefe da Grid Status, uma empresa de rastreamento de dados de eletricidade.
No entanto, a Califórnia ainda obtém cerca de 40% de sua eletricidade do gás natural, e pode ser difícil para a atual tecnologia de baterias substituir tudo isso. Uma análise da BloombergNEF constatou que a energia solar e as baterias podem ser uma alternativa econômica às usinas de gás menores, que só são ligadas quando há picos de demanda. Mas as baterias continuam sendo muito caras para substituir muitas das grandes usinas de queima de gás que fornecem energia mais estável dia e noite.
“Você não quer necessariamente construir um sistema em que as baterias sugam até o último megawatt-hora, porque esse é um sistema muito caro”, disse Meredith Fowlie, economista da Universidade da Califórnia, em Berkeley.
As baterias de íons de lítio atuais só podem fornecer energia por duas a quatro horas antes de precisar ser recarregadas. Se os custos continuarem a cair, as empresas de baterias poderão estender esse tempo para oito ou dez horas (é uma questão de adicionar mais pacotes de baterias), mas talvez não seja econômico ir muito além disso, disse Nate Blair, especialista em armazenamento de energia do Laboratório Nacional de Energia Renovável.
Isso significa que podem ser necessárias tecnologias adicionais de armazenamento de longa duração. Se a Califórnia quiser depender em grande parte da energia renovável, terá que lidar com períodos de uma semana em que não há vento e pouco sol. Outro desafio: há muito mais energia solar disponível no verão do que no inverno, e nenhuma bateria atual pode armazenar eletricidade por meses para gerenciar essas disparidades sazonais.
Algumas empresas estão explorando soluções. Em Sacramento, uma startup chamada ESS está construindo baterias de “fluxo” que armazenam energia em eletrólitos líquidos e podem durar 12 horas ou mais. Outra start-up, a Form Energy, está construindo uma bateria de ferro-ar com duração de 100 horas. Essas ideias terão que competir com alternativas como energia nuclear, geotérmica avançada ou até mesmo o uso de hidrogênio verde para armazenar eletricidade.
Os órgãos reguladores da Califórnia dizem que podem precisar de cinco vezes mais capacidade de armazenamento até meados do século, mesmo que não esteja claro quais tecnologias prevalecerão.
“Estamos apenas no início disso”, disse Phipps, da California Independent System Operator.
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