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Type: Tese
Title: Economic viability of long-duration energy storage systems: a state-wise study in the United States
Author: Silva, Patrícia de Sousa Oliveira
First Advisor: Marcato, André Luís Marques
Co-Advisor: Silva, Alexandre Moreira da
Referee Member: Queiroz, Anderson Rodrigo de
Referee Member: Louzada, Daniel Ramos
Referee Member: Passos Filho, João Alberto
Referee Member: Dias, Bruno Henriques
Resumo: A necessidade urgente de descarbonização no setor energético tem levado a uma ênfase crescente na integração de fontes de energia renovável, como eólica e solar, nas redes elétricas. Embora esses recursos ofereçam benefícios ambientais significativos, eles também introduzem desafios relacionados à intermitência e variabilidade. As tecnologias de armazenamento de energia de longa duração (LDES - Long-Duration Energy Storage) surgiram como uma solução muito promissora para lidar com esses desafios, armazenando o excesso de energia durante os períodos de alta geração e fornecendo-a quando a demanda é alta ou quando os recursos renováveis são escassos por um período de tempo prolongado. Esta pesquisa apresenta uma nova metodologia para estimar o custo limite da tecnologia de sistemas LDES para a viabilidade econômica em sistemas de energia descarbonizados. Nossa metodologia é aplicada para estimar os custos limite em 2050 para cada estado dos Estados Unidos contíguos de acordo com suas características, com o objetivo de alcançar a aposentadoria total de usinas de energia a gás e carvão. As ambiciosas metas de descarbonização dos EUA e a transição para um sistema elétrico baseado em energia renovável apresentam um contexto ideal para examinar o papel do LDES. Os resultados também oferecem insights sobre o planejamento necessário para a expansão da capacidade e a contribuição operacional do LDES no cenário energético do estado, levando em consideração os perfis de demanda de energia únicos e a disponibilidade de recursos renováveis da região. Nossas descobertas têm como objetivo fornecer informações complementares para orientar os tomadores de decisão, planejadores de energia e quaisquer outras partes interessadas na tomada de decisões informadas sobre o investimento em LDES no contexto de um futuro de energia descarbonizada. Além disso, descobrimos que apenas 4 estados (de 48) seriam capazes de remover a geração convencional firme apoiada por sistemas LDES sem aumentar os custos totais do sistema, sob a meta de custo atual do Departamento de Energia dos EUA de US$ 1100 kW−1 para LDES de “vários dias”.
Abstract: The urgent need for decarbonization in the energy sector has led to an increased emphasis on the integration of renewable energy sources, such as wind and solar, into power grids. While these resources offer significant environmental benefits, they also introduce challenges related to intermittency and variability. Long-duration energy storage (LDES) technologies have emerged as a very promising solution to address these challenges by storing excess energy during periods of high generation and delivering it when demand is high or renewable resources are scarce for a sustained amount of time. This research introduces a novel methodology for estimating the boundary technology cost of LDES systems for economic viability in decarbonized energy systems. Our methodology is applied to estimate the boundary costs in 2050 for each state of the contiguous United States according to its characteristics to achieve full retirement of gas and coal power plants. The U.S.’s ambitious decarbonization goals and transition to a renewable energy-based power system present an ideal context for examining the role of LDES. The results also offer insights into the needed capacity expansion planning and the operational contribution of LDES in the state’s energy landscape, taking into account the unique energy demand profiles and renewable resource availability of the region. Our findings are intended to provide complementary information to guide decisionmakers, energy planners, and any other stakeholders in making informed choices about LDES investment in the context of a decarbonized energy future. In addition, we find that only 4 states (out of 48) would be able to remove firm conventional generation supported by LDES systems without increasing their total system costs under the current US Department of Energy cost target of US$ 1100 kW−1 for multi-day LDES.
Keywords: Planejamento e economia de sistemas de energia
Sistemas de armazenamento de longa duração
Avaliação de tecnologias emergentes
Power systems planning and economics
Long-duration storage systems
Valuation of emergent technology
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: Faculdade de Engenharia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Elétrica
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/20522
Issue Date: 31-Mar-2026
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Elétrica (Teses)



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