Energy Storage Systems: The great obstacle for a sustainable society

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1 Energy Storage Systems: The great obstacle for a sustainable society João Marcus Abreu Curti M.Sc. Electrical Engineer, PMP Workshop Interno de Competências

2 2 Main topics The importance of Energy Storage Systems; Applicability for intermittent energy generation systems using renewable energy; Alternatives.

3 3 Pollution Carbon Emission Profile in Large Urban Areas São Paulo Brazil Bergamo/Folhapress Air pollution is a major environmental risk to health. By reducing air pollution levels, we can help countries reduce the global burden of disease from respiratory infections, heart disease, and lung cancer. World Health Organization (WHO) Nova Déli India simc-wire.com

4 4 Solutions Electric Vehicles Technology already available and commercialized worldwide by several vehicle manufacturing companies. In 2012, units were sold just in U.S. market. (EDTA - Electric Drive Transportation Association) Wind Energy Solar Energy Energy generation consolidated in several countries. Total power of generation installed around the world reached 102 GWp, and the generation forecasted for 2013 is 110 TWh. (Report IEA-PVPS T1-22:2013) Energy generation adopted by some countries with specific territorial characteristics. The total power of generation installed around the world is 282 GW, and the generation in 2011 was 480 TWh. (GWEC Global Wind Report 2012 / Global Wind Energy Outlook 2012)

5 4 Solutions? Electric Vehicles Technology already available and commercialized worldwide by several vehicle manufacturing companies. In 2012, units were sold just in U.S. market. 3.38% do Market share (EDTA - Electric Drive Transportation Association) Wind Energy Solar Energy Energy generation consolidated in several countries. Total power of generation installed around the world reached 102 GWp, and the generation forecasted for 2013 is 110 TWh. 0.5% world energy demand (Report IEA-PVPS T1-22:2013) Energy generation adopted by some countries with specific territorial characteristics. The total power of generation installed around the world is 282 GW, and the generation in 2011 was 480 TWh. (GWEC Global Wind Report 2012 / Global Wind Energy Outlook 2012) 2.18% world energy demand

6 5 Applicability issues Electric Vehicles Solar Energy Wind Energy Regulation and Incentives Regulation and Incentives Regulation and Incentives Autonomy Intermittent generation Intermittent generation Recharge time Quality of Service Quality of Service Infrastructure for charging Cost/Benefit Cost/Benefit Infrastructure for installation and distribution Cost/Benefit

7 5 Applicability issues Electric Vehicles Solar Energy Wind Energy Regulation and Incentives Regulation and Incentives Regulation and Incentives Autonomy Intermittent generation Intermittent generation Recharge time Quality of Service Quality of Service Infrastructure for charging Cost/Benefit Cost/Benefit Infrastructure for installation and distribution Cost/Benefit Energy Storage System

8 Electric Vehicles 6 Tesla Motors - Model S Specifications Market Price (60kWh) USD$ Autonomy (km) 335 km (EPA) Weight (kg) kg Storage Lithium-ion Battery Recharge System 10 kw (85-265V, 45-65Hz, 1-40A) Warranty 8 years or km Facts: After 8 years the battery system is changed (USD$ ). Full Recharge (60 kwh) estimated around 6 hours and a half. Low maintenance fee.

9 Electric Vehicles 7 But what about a low cost model? Direct development of energy storage components Autonomy Charging time Supercapacitors, flywheels, Li-ion batteries. Supercapacitor Complementary technologies for storage systems: Wireless Power Transfer Quick battery change station Quick Chargers

10 8 Solar Energy Intermittency effects Resiliency Quality of Service IEC Grid Integration, October 2012

11 8 Solar Energy Intermittency effects Resiliency Quality of Service IEC Grid Integration, October 2012 Baterias Estacionárias de Chumbo-ácido ainda apresentam o melhor custo benefício para esta aplicação.

12 11 Wind Energy Intermittency effects Resiliency Quality of Service IEC Grid Integration, October 2012

13 10 Grid Energy Storage Systems Duke Energy Business Services Notrees Wind Storage Demonstration Project Goldsmith, Texas, United States Advanced Lead Acid Battery 36,000 kw AES Tait Battery Array Dayton, Ohio, United States Lithium Ion Battery 40,000 kw Rokkasho Village Wind Farm Rokkasho, Aomori, Japan Sodium Sulfur Battery 34,000 kw Advantages Time-shift of Energy Delivery Capacity Credit Grid Operational Support Transmission and Distribution Support Power Quality and Reliability Integration of Intermittent Renewables Generation

14 9 Grid Energy Storage Systems Duke Energy Business Services Notrees Wind Storage Demonstration Project. Technology Type Advanced Lead Acid Battery Rated Power in kw 36,000 Duration at Rated Power (HH:MM) 0:40.0 Description Duke Energy has deployed a wind energy storage demonstration system at the 153 MW Notrees Wind power project in western Texas. Cost & Performance Performance Performance metrics not available. CAPEX ($) $43,610, Benefits Renewables Capacity Firming Electric Energy Time Shift Frequency Regulation Funding Federal/National American Recovery and Reinvestment Act of 2009 RD&D US Department of Energy, Office of Electricity - ARRA Grant

15 Controle de Fornecimento em Sistemas Elétricos Industriais no Brasil A Resolução Normativa da ANEEL Nº 77, de 18 de Agosto de Descontos específicos nas tarifas de uso dos sistemas elétricos de transmissão e de distribuição. Atuação do Sistema de Armazenamento Período de Alta Tarifação Sem Geração Período de Tarifação Intermediária Com Geração Período de Baixa Tarifação Sem Geração Manutenção de carga mínima para ativação de segurança 12 Resolução Normativa da ANEEL Nº 517, de 11 de Dezembro de A energia ativa injetada no sistema de distribuição pela unidade consumidora, retornará como crédito de consumo. Recarga do Sistema de Armazenamento

16 13 Final Considerations Research on Energy Storage Systems are fundamental for sustainable development. Energy Generation Systems (Solar, wind, e.g.) can have its advantages amplified by new developments in ESS topics.

17 14 Discussion Which is the biggest barrier for renewable energy application nowadays? Is it related with generation technology or a complementary technology?

18 Muito obrigado pela atenção! Thanks for your attention! ありがとうございました! Contact Tel.: +55 (61) LinkedIn: João Marcus Abreu Curti

19 A Grid Energy Storage Systems Data: 03/11/2013 Fonte: Site da ONS Geração de Energia no Horário de Ponta em MW Submercado Geração Disponível Sincronizada Geração Verificada Reserva Girante Reserva de Potência Recomendada SE/CO ** S NE N ** 272 SIN ** Advantages Time-shift of Energy Delivery Capacity Credit Grid Operational Support Transmission and Distribution Support Power Quality and Reliability Integration of Intermittent Renewables Generation

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