• 28 de maio de 2020
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Vehicle-to-Grid (V2G) e a estabilidade do grid

A eletrificação dos meios de transporte, conhecida como mobilidade elétrica, vem se consolidando em todo o mundo como uma ferramenta importante para reduzir as emissões de gases do efeito estufa e combater o aquecimento global.

Segundo a International Energy Agency (IEA ou Agência Internacional de Energia), em 2018, o número de veículos elétricos ultrapassou a marca de 5 milhões de unidades. Segundo previsões da indústria automobilística, seus preços devem se tornar equivalentes ao dos veículos a combustão em 2025, o que pode levar os veículos elétricos a representar 30% da frota mundial até 2030.

Esse avanço da mobilidade elétrica deve impulsionar ainda mais o crescimento da demanda por energia elétrica, que já vem numa tendência crescente nos últimos anos. Isso pode representar um desafio para o sistema elétrico no futuro próximo.

Esse crescimento da demanda pode ser atendido pela expansão da geração distribuída, como a energia solar ou a eólica, que também avança em todo o mundo. Entretanto, a geração distribuída de fontes de energia solar e eólica tem natureza intermitente, isso é, ela depende fortemente das condições ambientais (radiação solar e ventos, respectivamente), o que deve exigir certo controle por parte dos operadores do sistema elétrico.

Por exemplo, num sistema elétrico em que grande parte da energia é de origem solar, a carga líquida da rede elétrica (isso é, a diferença entre a energia demandada da rede pelas cargas e a energia gerada para a rede pelos painéis solares) será consideravelmente menor no período de maior incidência solar, gerando um possível excesso de energia. Por outro lado, no final do dia, quando há pouca incidência solar, a carga líquida terá um grande aumento, por conta da redução da geração solar, o que pode gerar um pico de carga.

Esse fenômeno de variação da carga líquida da rede foi identificado pelo operador do sistema elétrico da Califórnia, California Independent System Operator, e batizado de “duck-curve” devido ao formato da curva de carga do sistema, como ilustrado na imagem abaixo. Essa variação da carga líquida traz desafios para a operação do sistema elétrico, que deve atuar sobre o sistema (aumentando ou reduzindo a geração de energia de outras fontes) para garantir o balanço da energia gerada e consumida.

Duck-curve mostra a variação de carga (origem: California ISO)

Vale notar, entretanto, que essa atuação para o controle do sistema elétrico varia para diferentes tipos de fontes de energia. Por exemplo, não é possível simplesmente desligar alguns tipos de fontes (como a nuclear), mesmo que sua energia não seja necessária num determinado momento. A retomada de carga, após um desligamento ou redução da geração, também tem características próprias para diferentes tipos de geração.

Assim, uma alternativa para resolver o problema seria o armazenamento da energia dos painéis solares (ou geradores eólicos) nos períodos de maior produção, de modo que a energia possa ser utilizada posteriormente, quando a produção for menor. Existem mecanismos para realizar esse armazenamento de energia, como bancos de baterias, mas isso implicaria investimentos adicionais em infraestrutura.

Nesse contexto, um novo conceito conhecido como Vehicle-to-Grid (V2G ou Veículo-para-Rede) pode permitir o uso dessa crescente frota de veículos elétricos para o armazenamento de energia da rede elétrica (ou grid). Isso poderia ajudar os operadores do sistema elétrico a gerenciar o crescente aumento de fontes de energia intermitentes (como a solar e a eólica), garantindo, ainda, flexibilidade e estabilidade ao grid.

Como funciona a tecnologia V2G

A ideia básica da V2G é utilizar o banco de baterias de um veículo elétrico (VE) como uma unidade de armazenamento para a rede elétrica (ou grid). Nesse cenário, um sistema de recarga inteligente poderia priorizar a recarga das baterias durante períodos de excesso de geração de energia (por exemplo, em períodos em que há grande geração de fontes solares) e, posteriormente, utilizar parte da carga armazenada para alimentar a rede elétrica em períodos de excesso de demanda.

Os VEs são conectados ao grid através de uma estação de recarga (ou Charge Station, CS) que possui um ou mais equipamentos de suprimentos (ou Electric Vehicle Supply Equipment, EVSE). O controle das recargas é feito por um sistema central, o Sistema de Gestão de Estações de recarga (ou Charging Station Management System, CSMS).

A comunicação entre os elementos é feita através de protocolos como o ISO15118, que permite a comunicação do VE com a estação de recarga, e o OCPP (Open Charge Point Protocol), que permite a comunicação do sistema central com as estações de recarga. Para mais informações, veja nosso artigo Mobilidade elétrica e os sistemas de recarga.

Numa solução V2G, o fluxo de energia entre o veículo e a estação de recarga deve ser bidirecional, de modo que as baterias do veículo possam receber ou fornecer energia. Para isso é necessário que todos os elementos envolvidos nesse processo (CSMS, EVSE, VE), assim como os protocolos de comunicação, ofereçam suporte para esse controle do fluxo de energia. Os fabricantes de veículos elétricos e estações de recarga já começaram a incluir suporte ao V2G aos seus equipamentos. As versões mais recentes dos protocolos de comunicação (como o OCPP e o ISO15118) também já oferecem suporte ao V2G.

Fluxo V2G

Uma solução V2G exige um sistema de controle inteligente, que realize as operações de recarga e descarga do VE de forma adequada tanto às necessidades do grid quanto aos requisitos dos motoristas. Esses sistemas podem utilizar tecnologias como aprendizado de máquina para traçar o perfil dos usuários, prever a demanda de energia no grid e recomendar estratégias de recarga que atendam a essas características.

Projetos relacionados a V2G

No final de 2019, a Dominion Energy, uma concessionária de energia do sul dos Estados Unidos, anunciou um programa para a eletrificação da frota de 1050 ônibus escolares que atendem a região de Virgínia. A iniciativa terá benefícios diretos para a sociedade, como a melhora na qualidade do ar (através da redução das emissões de carbono) e a redução dos custos operacionais e de manutenção com o transporte escolar.

A Dominion Energy também tem como objetivo utilizar as baterias da frota de ônibus para armazenar energia e injetá-la no grid em períodos de alta demanda, quando os ônibus não são utilizados para transporte. O projeto pode ser considerado um grande piloto para a tecnologia V2G e ajudará a empresa a aumentar a participação de fontes de energia solar e eólica em sua rede, sem comprometer sua estabilidade.

No Brasil, por uma limitação da regulamentação do setor, ainda não é possível aplicar a tecnologia V2G em casos práticos, mas a expectativa é de adequação da regulamentação nos próximos anos para viabilizar a tecnologia e possíveis novos modelos de negócios que sejam derivados desse conceito.

Conclusão

A mobilidade elétrica tem um papel importante na redução das emissões de gases do efeito estufa e no combate direto ao aquecimento global. Além disso, os bancos de bateria desses veículos possibilitarão o armazenamento de energia, ajudando a impulsionar o uso de energia renovável de fontes intermitentes como a solar e a eólica.

A tecnologia V2G terá um papel importante nesse contexto para viabilizar o uso da energia armazenada nos veículos elétricos para abastecimento do grid. Os fabricantes de equipamentos, órgãos de padronização de protocolos e desenvolvedores de sistemas de software vem trabalhando para viabilizar a criação de soluções usando a tecnologia.

Nos próximos anos, veremos novos projetos piloto (como o da Dominion) explorando e validando a tecnologia. Iniciativas de P&D também devem avançar não apenas para amadurecer a tecnologia, como para identificar e indicar mudanças regulatórias necessárias para viabilizar o V2G.

O Venturus está atuando no setor de mobilidade elétrica, participando ativamente da construção desse futuro mais tecnológico e sustentável. Vem com a gente construir esse futuro!