Cobrança reversa |  Notícias do MIT

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Os proprietários de carros elétricos estão acostumados a conectá-los a estações de carregamento em casa e no trabalho e a abastecer suas baterias com eletricidade da rede elétrica. Mas em breve, quando esses motoristas se conectarem, seus carros também terão a capacidade de reverter o fluxo e enviar elétrons de volta à rede. À medida que o número de veículos elétricos aumenta, as baterias da frota podem servir como uma fonte de energia em grande escala e econômica, com efeitos potencialmente dramáticos na transição energética, de acordo com um novo artigo publicado pela equipe do MIT na revista Electric Vehicles. Progresso energético.

“Em larga escala, o veículo para a rede (V2G) pode alimentar o crescimento da energia renovável, eliminando a necessidade de armazenamento de energia estática e reduzindo a dependência da empresa. [always-on] “Geradores, como gás natural, que são tradicionalmente usados ​​para equilibrar vento e intermitência solar”, diz Jim Owens, principal autor e aluno de doutorado do Departamento de Engenharia Química do MIT. Autores adicionais incluem Emre Gençer, principal pesquisador da MIT Energy Initiative (MITEI), e Ian Miller, especialista em pesquisa do MITEI na época do estudo.

O trabalho do grupo é a primeira análise abrangente baseada em sistemas de futuros sistemas de energia, com base em uma nova combinação de modelos computacionais que integram fatores como metas de emissões de carbono, geração variável de energia renovável (VRE), custos de construção de armazenamento de energia, produção e transmissão a infraestrutura.

“Exploramos não apenas como os veículos elétricos podem trazer o serviço de volta à rede – tendo em mente que esses veículos são quase como armazenar energia sobre rodas – mas também o valor das aplicações V2G para todo o sistema de energia e se os veículos elétricos podem reduzir o custo da descarbonização da energia.sistema de energia”, diz Genser. Os resultados foram surpreendentes. Eu pessoalmente não conseguia acreditar que teríamos tanto potencial aqui.”

Deslocamento de nova infraestrutura

À medida que os Estados Unidos e outros países perseguem metas agressivas de redução de emissões de carbono, a eletrificação do transporte decolou, com a taxa de adoção de veículos elétricos acelerando. (Algumas projeções mostram que os veículos elétricos substituirão os veículos de combustão interna nos próximos 30 anos.) E com o advento da direção livre de emissões, haverá uma demanda crescente por energia. “O desafio é garantir que haja eletricidade suficiente para carregar os veículos e que essa eletricidade venha de fontes renováveis”, diz Gençer.

Mas as energias solar e eólica são intermitentes. Sem suporte adequado para essas fontes, como instalações estacionárias de armazenamento de energia que usam baterias de íon-lítio, por exemplo, ou gás natural em larga escala ou usinas de hidrogênio, atingir as metas de energia limpa estará fora de alcance. O mais preocupante é que os custos de construção de uma nova infraestrutura de energia chegam a centenas de bilhões.

É exatamente aqui que o V2G pode desempenhar um papel importante e bem-vindo, relatam os pesquisadores. Em seu estudo de caso de um sistema de energia teórico na Nova Inglaterra que atende a rigorosas restrições de carbono, por exemplo, a equipe descobriu que a participação de apenas 13,9% dos 8 milhões de veículos elétricos leves (de passageiros) na região deslocou 14,7 gigawatts de armazenamento estacionário de energia . Isso economizou até US$ 700 milhões – os custos esperados da construção de nova capacidade de armazenamento.

O artigo também descreveu o papel que as baterias de veículos elétricos podem desempenhar durante os períodos de pico de demanda, como os dias quentes de verão. “A tecnologia V2G tem a capacidade de injetar eletricidade de volta no sistema para cobrir esses circuitos, portanto não precisamos instalar ou investir em turbinas a gás natural adicionais”, diz Owens. “A maneira como os EVs e V2G podem afetar o futuro de nossos sistemas de energia é um dos aspectos mais empolgantes e inovadores de nosso estudo.”

Poder de modelagem

Para investigar os efeitos do V2G no sistema de energia virtual da Nova Inglaterra, os pesquisadores combinaram os modelos de serviço de viagens EV e V2G com duas das ferramentas de modelagem existentes do MITEI: o Ambiente de Modelagem de Análise de Sistema de Energia Sustentável (SESAME) para projetar a frota de veículos e o crescimento da demanda de eletricidade, GenX , que determina os custos de investimento e operação dos sistemas de geração, armazenamento e transmissão de energia elétrica. Eles combinaram entradas como diferentes taxas de participação de veículos elétricos, custos de geração para fornecedores de energia convencional e renovável, atualizações de infraestrutura de carregamento, demanda de viagens de veículos, mudanças na demanda de eletricidade e custos de bateria de veículos elétricos.

Sua análise encontrou benefícios de aplicações V2G em sistemas de energia (em termos de substituição de armazenamento de energia e geração corporativa) em todos os níveis de restrições de emissões de carbono, incluindo aqueles sem limite de emissões. No entanto, seus modelos indicam que o V2G oferece o maior valor do sistema de energia quando as restrições de carbono são mais severas – a 10 gramas de dióxido de carbono por carga de kWh. A economia total do sistema com o V2G variou de US$ 183 milhões a US$ 1.326 milhões, refletindo taxas de participação de veículos elétricos entre 5% e 80%.

“Nosso estudo está começando a revelar o valor inerente do V2G para o sistema de energia do futuro, demonstrando que há muito dinheiro que podemos economizar que pode ser gasto em armazenamento e construção de negócios”, diz Owens.

Arnês V2G

Para os cientistas que procuram maneiras de descarbonizar a economia, ver os milhões de veículos elétricos estacionados em garagens ou escritórios e conectados à rede por 90% de suas vidas operacionais é uma provocação irresistível. “Existe todo esse armazenamento lá fora, enorme capacidade disponível que só vai crescer e está sendo desperdiçada, a menos que façamos uso total dela”, diz Gençer.

Esta não é uma possibilidade remota. As startups estão atualmente testando um software que permitiria a comunicação bidirecional entre veículos elétricos e operadores de rede ou outras entidades. Com os algoritmos certos, os veículos elétricos carregam e enviam energia para a rede de acordo com perfis adaptados às necessidades de cada proprietário do veículo, nunca esgotando a bateria e comprometendo a mobilidade.

“Não assumimos que todos os veículos estarão disponíveis para enviar energia de volta à rede ao mesmo tempo, às 18h, por exemplo, quando a maioria dos passageiros volta para casa no início da noite”, diz Genser. Ele acredita que os horários altamente variados dos motoristas de veículos elétricos fornecerão energia de bateria suficiente para cobrir o aumento no uso de eletricidade em um período médio de 24 horas. E há outras fontes potenciais de energia da bateria na estrada, como ônibus escolares elétricos que são usados ​​apenas por curtos períodos durante o dia e depois ficam ociosos.

A equipe do MIT reconhece os desafios da compra de V2G pelo consumidor. Embora os proprietários de veículos elétricos desfrutem de uma direção limpa e ecológica, eles podem não estar tão entusiasmados em entregar o acesso à bateria de seus veículos a uma concessionária ou coletor que trabalha com operadores de sistemas de energia. Políticas e incentivos ajudarão.

“Como você fornece um serviço para a rede, como os usuários de painéis solares, você pode ser pago por sua participação e recebe um prêmio quando os preços da eletricidade são muito altos”, diz Gençer.

“As pessoas podem não estar prontas para participar” o tempo todo, mas se tivéssemos cenários de blecaute como o que tivemos no Texas no ano passado, ou um congestionamento de dia quente nas linhas de transmissão, talvez pudéssemos operar esses veículos por 24 a 48 horas e enviar energia de volta ao sistema”, acrescenta Owens. “Se houver uma queda de energia e as pessoas acenarem com um maço de dinheiro para você, você pode estar disposto a conversar.”

“Basicamente, acho que é porque estamos todos juntos nisso, certo?” diz Gençer. “Quando você contribui com a sociedade oferecendo este serviço à rede, você obtém o benefício total de reduzir os custos do sistema, além de ajudar a descarbonizar o sistema mais rapidamente e em maior medida.”

Insights acionáveis

Owens, que está construindo sua tese em torno da pesquisa V2G, agora está analisando o impacto potencial dos veículos elétricos pesados ​​na descarbonização do sistema de energia. “As vans de entrega de última milha de empresas como Amazon e FedEx provavelmente serão as primeiras a adotar os veículos elétricos”, diz Owen. “Eles são atraentes porque têm rotas regulares durante o dia e retorno à estação à noite, o que os torna muito úteis para o fornecimento de eletricidade e serviços de balanceamento no sistema elétrico.”

Owens está empenhado em “fornecer percepções acionáveis ​​para planejadores de sistemas, operadores e, até certo ponto, investidores”, diz ele. Seu trabalho pode desempenhar um papel na determinação de que tipo de infraestrutura de carregamento construir e onde.

“Nossa análise é realmente oportuna porque o mercado de veículos elétricos ainda não está desenvolvido”, diz Genser. “Isso significa que podemos compartilhar nossa visão com fabricantes de veículos e operadores de sistema – potencialmente influenciando-os a investir em tecnologias V2G, evitar os custos de construção de armazenamento em grande escala e possibilitar a transição para um futuro mais limpo. É uma grande vitória, dentro de nossa alcançar.”

A pesquisa para este estudo foi financiada pelo Center for Future Energy Systems do MITEI.

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