Armazenamento de Energia de Curta e Longa Duração Essencial para a Transição de Energia Limpa

A adoção de energia renovável está se acelerando globalmente, particularmente energia eólica e solar, à medida que governos e empresas trabalham para atingir as metas de redução de emissões relacionadas às mudanças climáticas e aumentar a segurança energética. A Agência Internacional de Energia (IEA) prevê que o crescimento da capacidade de energias renováveis será 50% maior de 2021 a 2026 do que de 2015 a 2020.¹ Apesar dessa forte perspectiva, será necessário um desenvolvimento de energia renovável ainda mais rápido para atingir emissões líquidas globais zero até meados do século e manter o aquecimento global abaixo de 1,5°C até 2100.² Em nossa opinião, a adoção generalizada de sistemas de armazenamento de energia é fundamental para alcançar os altos níveis de geração de energia renovável necessários para reduzir as emissões no setor de energia.

Neste relatório, exploramos como a proliferação global de energia renovável pode impulsionar o rápido crescimento no armazenamento de energia nos próximos anos, com sistemas de armazenamento de energia de curta e longa duração essenciais para a transição para a energia verde.

Principais conclusões

• A capacidade de armazenamento e geração de energia deve crescer rapidamente nos próximos anos, impulsionada pela proliferação global de energia renovável, desafios de fornecimento de rede, apoio governamental e preços mais baixos de tecnologia.
• Esperamos que a rápida adoção de sistemas de armazenamento de energia de bateria de curta duração crie oportunidades de investimento nas cadeias de valor de energias renováveis e baterias, incluindo desenvolvedores de energias renováveis, fabricantes de sistemas de armazenamento e mineradores de minerais críticos.
• O crescente apoio do governo a sistemas de armazenamento de energia de longa duração pode apoiar redes elétricas enquanto acelera significativamente o desenvolvimento de energia eólica, solar e de hidrogênio. Para atingir as metas líquidas zero do setor de energia, o crescimento desses sistemas pode representar uma oportunidade de investimento de US$ 1,5 a 3,0 trilhões.³

Uma transição de energia limpa bem-sucedida requer soluções de armazenamento de energia

Em 2021, a capacidade de geração de energia renovável cresceu 9,1% para pouco menos de 3.065 gigawatts (GW).⁴ Globalmente, as energias renováveis representaram 81% de todas as novas adições de capacidade no ano passado, impulsionadas pelos setores de energia eólica e solar.⁵ Esperamos que o crescimento robusto das energias renováveis continue, com previsões de capacidade para atingir 4.800 GW até 2026.⁶ Para contextualizar, 4.800 GW é aproximadamente equivalente à capacidade global de combustível fóssil e energia nuclear combinada.⁷ No total, prevê-se que as energias renováveis representem 95% de todo o crescimento da capacidade de energia entre 2022 e 2026.⁸

As perspectivas robustas de crescimento para as energias renováveis se deve a diversos fatores. Muitos governos estão intensificando os esforços de mitigação das mudanças climáticas, incluindo apoio à adoção de energia renovável por meio de créditos fiscais, subsídios e licitações e leilões de projetos renováveis. Nos EUA, o presidente Biden estabeleceu uma meta para alcançar um setor de energia livre de poluição por carbono até 2035.⁹ Além disso, as empresas estão buscando seu próprio fornecimento de energia renovável para atender às metas de sustentabilidade. Em 2021, as corporações adquiriram 31,1 GW de energia renovável globalmente por meio de contratos de compra de energia (PPAs).¹⁰ Os três maiores compradores corporativos de energia limpa no ano passado foram Amazon, Microsoft e Meta.¹¹

Além disso, os avanços tecnológicos, incluindo turbinas eólicas e módulos solares, tornam a energia eólica e solar cada vez mais competitivas em relação às fontes de energia tradicionais, ao mesmo tempo em que aumentam o desempenho geral e a eficiência. Criticamente, as tecnologias de sistemas de armazenamento de energia também estão melhorando e se tornando mais competitivas em termos de custos devido à queda nos custos das baterias e ao aumento do apoio governamental em muitos países, incluindo os EUA e a China.¹² Prevê-se que o armazenamento global de energia exploda de 17 GW/34 gigawatt-hora (GWh) em 2020 para 358 GW/1.028 GWh em 2030, de acordo com a BloombergNEF.¹³ Os EUA e a China parecem ser os maiores mercados de armazenamento de energia, com a Índia, Austrália, Alemanha, Japão e Reino Unido também esperando um forte crescimento.¹⁴

O cenário de armazenamento de energia inclui soluções de armazenamento de energia de curta e longa duração. O armazenamento de energia de curta duração (SDES), também conhecido como armazenamento de energia de curto prazo, é definido como qualquer sistema de armazenamento capaz de descarregar energia por até 10 horas em sua potência nominal. Armazenamento de energia de longa duração (LDES) é qualquer sistema que seja capaz de descarregar energia em sua potência nominal por 10 ou mais horas.¹⁵ Esperamos que ambos os tipos de armazenamento sejam necessários para equilibrar as redes de energia cada vez mais renováveis em escalas horárias, diárias, semanais e até sazonais.

Em nossa opinião, a adoção generalizada de sistemas de armazenamento de energia é essencial para que as energias renováveis compreendam grandes parcelas do sistema global de energia, e a crescente implantação de armazenamento de energia tem o potencial de acelerar o crescimento da energia eólica e solar. Como fontes de energia intermitentes, a produção de energia eólica e solar geralmente não se alinha com a demanda de energia de pico.¹⁶ A variabilidade cria desafios para os governos que enfrentam desafios crescentes de fornecimento de rede, principalmente em meio aos riscos crescentes de eventos climáticos extremos que interrompem a produção de eletricidade.¹⁷  Nos EUA, a crise de energia no Texas devido a temperaturas extremamente frias em fevereiro de 2021 e o risco de apagões na Califórnia devido à prevalência de incêndios florestais são dois exemplos que destacam a importância da adoção de tecnologias de estabilização da rede. A energia renovável combinada com sistemas de armazenamento de energia oferece uma solução potencial.¹⁸

O crescimento no armazenamento de energia de bateria abrange as cadeias de suprimentos de energia renovável e bateria

Os projetos de sistemas de armazenamento de energia da bateria (BESS) normalmente têm curta duração de armazenamento de 4 a 6 horas.¹⁹ Os projetos BESS podem usar uma variedade de químicas de bateria, incluindo íons de lítio, à base de níquel, à base de sódio e ácido de chumbo.²⁰ No entanto, os sistemas de íons de lítio dominam o espaço. Mais de 90% da capacidade instalada de armazenamento de energia nos EUA veio de sistemas de íons de lítio no final de 2019, semelhante ao resto do mundo.^21,22

Espera-se que o BESS de íon de lítio continue a dominar o mercado de armazenamento de energia globalmente na próxima década devido à crescente competitividade de custos e à cadeia de suprimentos estabelecida.²³ Dada a forte perspectiva de crescimento, o mercado global de armazenamento de energia de bateria pode crescer de US$ 10,9 bilhões em 2022 para US$ 31,2 bilhões em 2029. Para toda a década, o mercado de armazenamento de energia da bateria pode crescer a uma taxa de crescimento anual composta de 16,3% (CAGR).²⁴

O crescente mercado de BESS cria oportunidades para desenvolvedores de projetos de energias renováveis. Os principais desenvolvedores de energias renováveis, como NextEra Energy Resources, Enel Green Power, AES Corp e Vistra Corp. estão expandindo rapidamente suas tubulações de projetos de armazenamento de energia com baterias.²⁵ Projetos operacionais notáveis incluem o Manatee Energy Storage Center de 409MW/900 megawatt-hora (MWh) da Florida Power & Light, uma concessionária regulamentada da NextEra, e o Moss Landing Energy Storage Facility de 400MW/1.600MWh da Vistra na Califórnia. Os dois projetos estão entre os maiores BESS do mundo.²⁶ A Vistra planeja expandir Moss Landing com um sistema de bateria adicional de 350MW/1.400MWh.²⁷

Os desenvolvedores de energias renováveis podem encontrar oportunidades adicionais de desenvolvimento eólico e solar à medida que o armazenamento de energia aumenta, sendo o armazenamento de energia uma solução potencial para infraestrutura de transmissão e distribuição insuficiente e congestionada.²⁸ Notavelmente, os sistemas de armazenamento de energia oferecem vários benefícios potenciais, incluindo aumentar a confiabilidade da rede, adiar atualizações de transmissão e aliviar o congestionamento da transmissão.^29,30 A falta de linhas de transmissão ou as congestionadas são a principal barreira para o desenvolvimento generalizado de energias renováveis em muitos países, incluindo os EUA e o Chile.^31,32

Como resultado, os desenvolvedores de energia renovável estão cada vez mais combinando projetos eólicos e solares com projetos BESS para criar sistemas de energia híbridos. Dos 14,5 GW de capacidade de armazenamento de bateria registrados no final de 2020 para entrar em operação nos EUA até 2024, 63% devem ser colocados em projetos de energia solar e 9% adicionais com projetos de energia eólica.³³ As energias renováveis híbridas mais os projetos de armazenamento têm o potencial de reduzir os custos iniciais de atualização de transmissão e interconexão, reduzir a quantidade de produção de eletricidade que é reduzida em tempos de excesso de oferta e expandir a janela de tempo em que um projeto pode enviar eletricidade para a rede.³⁴

A rápida aceitação do BESS também pode criar oportunidades em toda a cadeia de fornecimento de armazenamento de energia da bateria. Os principais fabricantes de sistemas de armazenamento de energia de bateria, incluindo Tesla e Fluence Energy, uma joint venture entre a Siemens e a AES Company, relataram forte demanda até o primeiro trimestre de 2022.^35,36 A Fluence Energy adicionou 600 MW em pedidos de projetos de armazenamento de energia, um aumento de 525% em relação ao primeiro trimestre de 2021.³⁷ O crescimento do armazenamento de energia também pode aumentar a demanda por mineradores de lítio e outros minerais críticos, incluindo cobre, cobalto, níquel e elementos de terra raros. Dependendo da taxa de crescimento das tecnologias de energia limpa, como veículos elétricos e armazenamento de energia, a demanda de lítio pode ser 13 a 43 vezes maior em 2040 do que em 2020. A demanda de cobalto e níquel pode ser cerca de 6 a 20 vezes maior.³⁸

Desenvolvimento de sistemas LDES tem novo impulso

Os sistemas de armazenamento de energia de longa duração oferecem uma produção de energia estável que varia de 10 horas a dias, semanas e até estações do ano, proporcionando maior confiabilidade da rede em comparação com sistemas de armazenamento de energia de curta duração.³⁹ Os sistemas LDES existem há décadas, principalmente na forma de sistemas hidrelétricos de armazenamento bombeado. No entanto, custos, licenças e barreiras tecnológicas, além da falta de suporte regulatório, impediram que os sistemas LDES fossem adotados em larga escala.^40,41

No entanto, esperamos que isso mude, à medida que surgirem oportunidades de crescimento significativas para as tecnologias LDES. Para atingir as metas globais do setor de energia líquida zero, o LDES deve ser ampliado em cerca de 400 vezes dos níveis atuais para 85–140TWh até 2040.⁴² Essa expansão equivale a uma oportunidade de investimento de US$ 1,5 a 3,0 trilhões.⁴³ O interesse do governo em sistemas LDES está crescendo, inclusive nos EUA. Em julho de 2021, o Departamento de Energia dos EUA anunciou uma iniciativa chamada Long Duration Storage Shot, que busca reduzir os custos para LDES em 90% até 2030.⁴⁴

Esperamos que o crescimento dos sistemas LDES também possa criar oportunidades de investimento em energia renovável. Semelhante ao BESS, os sistemas LDES podem ajudar a liberar o potencial da energia eólica e solar na geração de energia, principalmente quando as energias renováveis começam a atingir 60 a 70% de participação de mercado.⁴⁵ Uma maior estabilização da rede pode tornar as energias renováveis uma opção mais adequada em comparação com as fontes de energia de carga de base estáveis tradicionais, como gás natural, carvão e nuclear.

Além disso, a necessidade de sistemas LDES apresenta um caso de uso considerável para o hidrogênio, particularmente o hidrogênio verde. Como mostra a tabela abaixo, o armazenamento de energia baseado em hidrogênio tem o potencial de armazenar energia por semanas a meses, de modo que esses projetos podem ser usados para explicar as diferenças sazonais na produção de eletricidade.⁴⁶ Os projetos de escala industrial de energia para hidrogênio para energia ainda estão nos estágios iniciais de desenvolvimento. Dito isto, espera-se que os projetos-piloto entrem em operação nos próximos anos, incluindo o projeto HYFLEXPOWER de 12 MW na França.⁴⁷

Semelhante ao armazenamento baseado em hidrogênio, a maioria das outras tecnologias LDES também estão nos estágios iniciais de adoção. Os tipos de sistemas LDES que esperamos decolar em escala comercial incluem armazenamento de energia de ar comprimido, armazenamento de energia de ar líquido, baterias de íons de lítio e sistemas de armazenamento de energia baseados em hidrogênio. Espera-se que a adoção dessas tecnologias varie devido à adequação do local e às restrições de custo.

Conclusão: O armazenamento de energia mais energias renováveis criam oportunidades

As fontes de energia renovável, principalmente eólica e solar, devem responder pela maior parte do crescimento no setor de energia nos próximos anos. Mas aproveitar ao máximo esse crescimento potencial requer sistemas confiáveis de armazenamento de energia que possam reforçar as redes de energia já sob pressão da crescente variabilidade e das mudanças climáticas. Esperamos que as oportunidades de investimento se materializem nas cadeias de valor de energia renovável e armazenamento de energia de bateria, incluindo mineradoras de minerais críticos, fabricantes de tecnologias BESS e desenvolvedores de energias renováveis. A longo prazo, esperamos que o potencial dos sistemas de armazenamento de energia de longa duração finalmente ganhe força, acelerando as oportunidades nos espaços de energia renovável, armazenamento de energia e hidrogênio.