sistemas de armazenamento de energia à escala

Sistemas comerciais de armazenamento de energia - explorando os componentes, tipos e aplicações

COMERCIAL INDUSTRIAL

Obter opções de armazenamento de energia eficazes e fiáveis é crucial no atual ambiente energético dinâmico. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia oferecem um meio crucial de armazenar a energia gerada durante os períodos de baixa procura e de a libertar quando a procura é elevada. É essencial aprofundar os seus componentes para compreender melhor estes sistemas.

Nesta publicação, vamos explorar em pormenor cada componente dos sistemas comerciais de armazenamento de energia, destacando as suas funções e importância na arquitetura geral do sistema. Iremos também aprofundar os diferentes tipos de tecnologias comerciais de armazenamento de energia atualmente disponíveis, juntamente com as suas respectivas vantagens e limitações.

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    O que são sistemas comerciais de armazenamento de baterias?

    Os sistemas comerciais de armazenamento de baterias são um tipo de armazenamento de energia, como grandes bancos de energia (um contentor com conjuntos de baterias) que têm a capacidade de armazenar e depois libertar eletricidade de várias fontes. Os sistemas de armazenamento de baterias comerciais existem em diferentes tamanhos e formas, consoante a aplicação e as necessidades do cliente.

    A estrutura modular destes sistemas e as suas capacidades de armazenamento variam entre 50 kWh e 1 MWh. São, portanto, uma excelente opção para organizações de pequena e média dimensão que procuram um sistema de armazenamento de energia. Muitas instalações comerciais, incluindo escolas, hospitais, estações de serviço, lojas, indústrias, etc., dependem deles para ajudar nas suas necessidades energéticas.

    Os sistemas comerciais de armazenamento de energia apoiam a rede, utilizando baterias para equilibrar as flutuações da procura, oferecer energia de reserva durante os cortes de energia e ajudar as fontes de energia renováveis, como a eólica e a solar. A adoção deste sistema pode ajudá-lo a poupar dinheiro, reduzindo as contas de eletricidade e criando novas oportunidades de rendimento.

    Que componentes constituem os sistemas comerciais de armazenamento de energia?

    Sistema de bateria: A bateria, constituída por células separadas que transformam a energia química em energia eléctrica, é sem dúvida o coração dos sistemas comerciais de armazenamento de energia. As células são dispostas em módulos, racks e strings, bem como ligadas em série ou em paralelo numa quantidade que corresponde à tensão e capacidade desejadas. O ião de lítio provou ser a melhor química de bateria para sistemas comerciais de armazenamento de energia.

    Sistema de gestão da bateria (BMS): O BMS é o principal ponto de controlo que garante a segurança do sistema, monitorizando a longevidade, a segurança e a eficiência do sistema de bateria. Isto faz com que a bateria funcione no seu melhor em termos de tensão, temperatura, corrente, estado de carga e saúde. Além disso, controla o sistema de arrefecimento e mantém o equilíbrio das células.

    Inversor ou sistema de conversão de energia (PCS): Este componente é normalmente referido como o "músculo" do sistema comercial de armazenamento de energia. Isto porque uma bateria fornece corrente contínua (DC), mas a rede ou a carga precisa de corrente alternada (AC) para funcionar, pelo que o Inversor ajuda nesta transformação. Além disso, controla a tensão de saída, a frequência e a qualidade da energia. A configuração do sistema de armazenamento de energia determina se este utiliza um inversor acoplado a CA ou acoplado a CC.

    Sistema de gestão de energia (SGE): O EMS é responsável por acompanhar e regular o fluxo de energia dentro do sistema de armazenamento de energia de acordo com as necessidades e preferências do utilizador. Comunica com a rede, a carga e outras fontes de energia, como a solar e a eólica. Realiza tarefas adicionais, como a redução de picos de consumo, a mudança de carga, o controlo de frequência, a energia de reserva e a arbitragem energética.Que componentes constituem um sistema comercial de armazenamento de energia

    Inversor bidirecional: Os sistemas comerciais de armazenamento de energia ligados à rede têm de ter um inversor bidirecional como componente crucial. Ele permite que o sistema de armazenamento de energia retire energia da rede ou a envie de volta para ela quando necessário. Além disso, sincroniza-se com a tensão e a frequência da rede.

    ● Transformador: Este é um componente vital de qualquer sistema de armazenamento de energia comercial ligado à rede que ajuda a aumentar ou diminuir o nível de tensão para corresponder ao da rede.

    Dispositivo de proteção: Este componente é essencial para proteger a rede e o sistema de armazenamento de energia de falhas, sobretensões, curto-circuitos, sobrecargas e outras circunstâncias anómalas.

    Sistemas de arrefecimento: Estes componentes mantêm a bateria e outros componentes dentro do intervalo de temperatura ideal para garantir eficiência e segurança.

    Sistema de controlo de alto nível: Este elemento funciona em conjunto com outros sistemas de controlo, como o EMS e o BMS, para melhorar o desempenho e a fiabilidade de qualquer sistema comercial de armazenamento de energia ligado à rede.

    Quais são os tipos mais comuns de sistemas comerciais de armazenamento de energia?

    Os sistemas comerciais de armazenamento de energia existem em diferentes tipos, mas podem geralmente ser divididos em cinco grupos principais. Mecânico, eletromagnético, térmico, químico e eletroquímico são as cinco categorias, e cada uma tem propriedades, benefícios e desvantagens únicas.

    Mecânica

    Estes sistemas utilizam forças ou movimentos mecânicos para armazenar e libertar energia. O sistema de hidroeletricidade por bombagem (PSH) é um exemplo que bombeia água para cima quando há excesso de eletricidade e liberta-a a jusante quando há procura de energia.

    Outro exemplo é o armazenamento de energia por ar comprimido (CAES), que comprime o ar em cavernas ou tanques subterrâneos e o expande para alimentar uma turbina. Por último, existe o armazenamento de energia por volante de inércia (FES), que gera energia através da rotação rápida de um rotor.

    Eletromagnético

    Dispositivos como os condensadores, os supercapacitores e o armazenamento magnético supercondutor de energia (SMES) utilizam campos eléctricos ou magnéticos para armazenar e libertar energia. Os condensadores armazenam carga eléctrica em duas placas separadas por um isolador. No entanto, os supercondensadores têm uma capacitância mais elevada e podem armazenar mais carga. No entanto, o SMES utiliza uma bobina supercondutora para criar um campo magnético capaz de conservar energia com perdas mínimas.

    Térmica

    Exemplos de sistemas de armazenamento térmico que utilizam o calor ou o frio para armazenar e libertar energia incluem o sal fundido, o ar líquido, o armazenamento criogénico de energia (CES) e o gelo/água. Por exemplo, o sal fundido pode armazenar o calor das centrais de energia solar concentrada e libertá-lo para gerar vapor para as turbinas.

    Da mesma forma, o ar líquido pode ser liquefeito quando o excesso de eletricidade é vaporizado para acionar uma turbina quando necessário. O CES utiliza azoto líquido ou outros fluidos criogénicos para armazenar energia fria. O gelo/água pode armazenar energia fria congelando a água durante a noite e derretendo-a durante o dia para efeitos de arrefecimento.

    Eletroquímica

    O tipo mais comum de sistemas comerciais de armazenamento de energia são as baterias, que armazenam e libertam energia através de processos electroquímicos. Estas baterias têm dois eléctrodos (ânodo e cátodo) e um eletrólito que permite o fluxo de iões, criando um conceito de carga e descarga. O ião de lítio é muitas vezes ideal para qualquer estabelecimento que pretenda utilizar um sistema de armazenamento comercial devido às suas vantagens.

    Quais são as aplicações dos sistemas comerciais de armazenamento de energia?

    Redução de picos

    Para minimizar o pico de carga e reduzir os custos de procura, esta ideia de aplicação inclui a drenagem de dispositivos comerciais de armazenamento de energia durante períodos de elevada procura de energia. Os clientes com rácios elevados entre o pico e a média ou aqueles que estão sujeitos a taxas de procura elevadas podem beneficiar significativamente com isto.

    Deslocação de cargas

    Os sistemas comerciais de armazenamento de energia são utilizados para combater a diferença de preços nesta situação. O sistema é carregado durante os períodos de preços baixos da eletricidade e descarregado durante os períodos de preços altos da eletricidade. Os clientes que estão sujeitos a tarifas de tempo de utilização ou a preços em tempo real podem beneficiar desta situação, poupando dinheiro.Aplicações dos sistemas comerciais de armazenamento de energia

    Utilizando um sistema de baterias de iões de lítio de 500 kW/3 MWh, por exemplo, um hotel no Havai conseguiu transferir a sua carga do dia para a noite e poupar $275 000 por ano.

    Integração de energias renováveis: Nesta utilização, os sistemas comerciais de armazenamento de energia são combinados com fontes de energia renováveis, como a solar ou a eólica, para aumentar a sua eficiência e eficácia.

    Energia de reserva

    Nesta aplicação, a energia de reserva é fornecida por sistemas comerciais de armazenamento de energia em caso de falhas na rede ou outras crises. Os benefícios podem incluir a melhoria da resiliência, a garantia da continuidade da empresa ou a oferta de serviços vitais.

    Microrrede

    Nesta aplicação, os sistemas comerciais de armazenamento de energia serão utilizados como componente de uma microrrede que pode funcionar separadamente da rede principal ou estar ligada a esta. Podem daí resultar benefícios como uma maior fiabilidade, menos emissões ou a capacitação da comunidade.

    Qual é a capacidade do armazenamento de energia comercial?

    Como já foi dito, as pequenas e médias empresas utilizam frequentemente "sistemas comerciais de armazenamento de energia", que normalmente têm uma capacidade de armazenamento de 50 kWh a 1 MWh e são utilizados para fins comerciais e municipais. Na realidade, a capacidade varia entre estes valores, mas a escolha da capacidade ideal depende do tipo de programa para o qual está a ser utilizado e da tarefa que está a tentar realizar.

    Quais são as vantagens dos sistemas comerciais de armazenamento de energia?

    ● Resiliência: As operações comerciais podem continuar sem problemas e em segurança com a ajuda de sistemas comerciais de armazenamento de energia, que podem oferecer energia de reserva em caso de falhas na rede ou outras calamidades. Isto é altamente crucial para instalações vitais como hospitais, centros de dados ou indústrias que não se podem dar ao luxo de perder eletricidade.

    Poupança de custos: Ao alterar a sua utilização das horas de ponta para as horas de vazio, quando a energia é menos cara, os sistemas comerciais de armazenamento de energia podem ajudar as empresas a reduzir os seus custos de eletricidade. Como resultado, os encargos de procura, que são pagamentos baseados na maior quantidade de eletricidade utilizada durante um período de faturação, podem ser reduzidos. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia também podem ajudar as empresas a gerar receitas adicionais, participando em programas de resposta à procura, que recompensam os consumidores por reduzirem a utilização de eletricidade durante os períodos de maior procura.

    ● Integração de energias renováveis: Os sistemas comerciais de armazenamento de energia permitem às empresas melhorar a utilização de fontes de energia renováveis, como a solar e a eólica. Para o efeito, armazena o excesso de energia durante os períodos de alta produção e liberta-o durante os períodos de baixa produção.

    Isto pode diminuir a dependência dos combustíveis fósseis e reduzir as emissões de gases com efeito de estufa. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia podem também contribuir para a estabilização da rede, equilibrando a oferta e a procura de energia e oferecendo serviços auxiliares, como o controlo da frequência ou o apoio à tensão.

    ● Benefícios adicionais da rede: Os sistemas comerciais de armazenamento de energia proporcionam benefícios adicionais para a rede e para a sociedade, como o aumento da segurança e da resiliência contra ciberataques ou catástrofes naturais, o aumento do valor económico e da competitividade através da criação de novos empregos e mercados e a diminuição do impacto ambiental através da redução da poluição atmosférica e do consumo de água.

    Quanto tempo duram os sistemas comerciais de armazenamento de energia?

    A vida útil dos sistemas industriais de armazenamento de energia é uma dúvida comum. É preciso ter a certeza de que se tira o máximo partido do investimento numa bateria de grande escala ou noutro dispositivo de armazenamento, uma vez que estes projectos de armazenamento de energia têm custos iniciais.

    A resposta não é direta porque diferentes sistemas de armazenamento de energia têm diferentes tempos de vida, dependendo da sua tecnologia, conceção, utilização e ambiente. No entanto, aqui estão alguns intervalos gerais de vida útil para algumas tecnologias comerciais comuns de armazenamento de energia:

    • Baterias de iões de lítio: 8 a 15 anos de vida útil até 8000 ciclos de carga para um ciclo de carga diário.
    • Baterias de fluxo Redox: 5 a 15 anos
    • Hidrogénio: 8 a 15 anos

    Independentemente do tempo de vida útil indicado acima, os sistemas comerciais de armazenamento de energia devem ser monitorizados e diagnosticados regularmente. Estes períodos são apenas estimativas, e o controlo do sistema pode fazer com que este dure o tempo necessário para a sua satisfação.

    Como conceber um sistema comercial de armazenamento de energia de acordo com as exigências da aplicação

    Não existe uma solução específica que funcione para todos os projectos de sistemas comerciais de armazenamento de energia. Em termos de potência e capacidade energética, tempo de reação, ciclo de vida, custo, segurança e efeito ambiental, as várias aplicações podem ter necessidades e limitações distintas. Por conseguinte, é crucial ter em conta as seguintes acções ao desenvolver um sistema comercial de armazenamento de energia de acordo com os requisitos da aplicação:

    Identificar as aplicações

    Que serviços ou funções principais oferecerá o sistema de armazenamento de energia? Por exemplo, controlo de frequência, integração de energias renováveis, energia de reserva e redução de picos de consumo. As aplicações específicas podem necessitar de soluções de armazenamento de energia múltiplas ou híbridas para atingir vários objectivos.

    Definir as métricas de desempenho: Que factores críticos determinarão o sucesso do sistema de armazenamento de energia? A título de exemplo, considere o seguinte: potência nominal, energia nominal, eficiência de ida e volta, taxa de rampa, duração da descarga, ciclo de vida, etc. A(s) aplicação(ões) e as circunstâncias da rede afectarão estas métricas.

    Seleção de tecnologias

    Que inovações em matéria de armazenamento de energia são mais adequadas para atingir os parâmetros de desempenho? As baterias de iões de lítio, as baterias de chumbo-ácido, a energia hidroelétrica armazenada por bombagem, o armazenamento de energia por ar comprimido, as baterias de fluxo redox, o hidrogénio, etc., são alguns exemplos. Cada tecnologia tem vantagens e desvantagens em termos de custo, desempenho, longevidade, segurança e efeito ambiental.Como conceber um sistema comercial de armazenamento de energia de acordo com as exigências da aplicação

    Conceber o sistema

    Como é que o sistema de armazenamento de energia será configurado e integrado com outros componentes? Por exemplo, quantos módulos ou unidades serão necessários? Como serão interligados e geridos? Qual será a sua relação com a rede e outras fontes de energia? Como serão supervisionados e protegidos?

    Avaliar o sistema

    Como é que o sistema de armazenamento de energia será testado e validado? Por exemplo, como serão medidos e verificados os parâmetros de desempenho? Como serão avaliadas a fiabilidade e a durabilidade? Como serão quantificados os benefícios económicos e ambientais?

    Como calcular o custo e o benefício do sistema comercial de armazenamento de energia?

    A determinação do custo e da utilidade dos dispositivos comerciais de armazenamento de energia não é simples. Muitos factores e variáveis afectam a economia do armazenamento de energia, como o custo de capital, o custo de operação e manutenção, o custo de degradação e substituição, os fluxos de receitas, os incentivos e políticas e as condições de mercado.

    Por conseguinte, é fundamental avaliar muitas possibilidades e situações utilizando uma abordagem sistemática e transparente.

    O custo nivelado de armazenamento (LCOS) é uma estatística típica usada para avaliar o custo e o valor de sistemas comerciais de armazenamento de energia. O LCOS é o custo médio por unidade de energia produzida pelo sistema de armazenamento que teria de ser vendida para cobrir todas as despesas do projeto ao longo do mesmo. É possível determinar o custo de vida útil do sistema de armazenamento dividindo a produção total de energia durante a vida útil do sistema.

    O custo total de vida útil do sistema de armazenamento inclui o custo de capital original, as despesas de operação e manutenção, os custos de deterioração e substituição e quaisquer custos adicionais relacionados com financiamento, impostos ou desativação.

    O desempenho e a eficiência do sistema, bem como o consumo e a aplicação, determinam a produção global de energia durante o tempo de vida do sistema. Por exemplo, a produção de energia de um sistema de armazenamento utilizado para a redução de picos de consumo será diferente de um sistema utilizado para o controlo da frequência.

    O LCOS pode ser comparado com os fluxos de receitas ou custos evitados que o sistema de armazenamento pode gerar ou permitir.

    Por exemplo, um sistema de armazenamento pode obter receitas fornecendo serviços de rede como a regulação da frequência ou a participação no mercado de capacidade. O aumento do autoconsumo de energia renovável, a diminuição dos encargos com a procura ou o adiamento de melhorias na transmissão ou distribuição são outras formas de um sistema de armazenamento reduzir os custos.

    É possível determinar a rentabilidade de um projeto de armazenamento comparando o LCOS com o rendimento ou os custos poupados. No entanto, as circunstâncias e regras do mercado podem fazer com que este diferencial se altere ao longo do tempo e em diferentes locais.

    Por conseguinte, ao estimar o custo e o valor de um sistema comercial de armazenamento de energia, é crucial ter em conta a incerteza e a sensibilidade destes parâmetros.

    Factores a considerar na escolha dos fabricantes de sistemas de armazenamento de energia para fins comerciais

    O desempenho, a fiabilidade e a rentabilidade do projeto de armazenamento de energia podem ser afectados pelo fabricante que escolher para os sistemas comerciais de armazenamento de energia. Há muitos factores a considerar ao selecionar um fabricante, tais como:

    ● Tecnologia: Um aspeto a ter sempre em conta é o tipo de tecnologia de armazenamento de energia que o fabricante que pretende comprar oferece. Muitos deles podem utilizar baterias de iões de lítio, baterias de chumbo-ácido, energia hidroelétrica por bombagem, armazenamento de energia por ar comprimido, baterias de fluxo redox, hidrogénio, etc. Todas estas tecnologias são excelentes à sua maneira e também têm os seus defeitos, por isso escolha a que corresponde aos requisitos da sua aplicação e às métricas de desempenho.

    Qualidade: O padrão dos produtos e serviços do fabricante também deve ser considerado constantemente. Considere a eficácia com que cumprem as regras e regulamentos do sector e como garantem que os seus produtos são fiáveis e seguros. Certifique-se de que possuem um percurso respeitável para testar e validar os produtos antes de serem entregues, ao mesmo tempo que gerem o apoio pós-venda e a garantia. Deve escolher um fornecedor com uma sólida reputação de fiabilidade e satisfação do cliente.Seleção de um fabricante de sistemas de armazenamento de energia para fins comerciais

    ● Experiência: O fabricante escolhido deve ter conhecimentos e experiência no sector do armazenamento de energia. Pode ter uma ideia das suas competências através do tempo de atividade e do número de projectos bem sucedidos que realizaram. Ao descobrir isso, pode determinar o grau de diversificação dos seus mercados e clientes, bem como o grau de vanguarda das suas ofertas. Deve escolher um fabricante com uma reputação sólida e um forte portfólio de projectos de armazenamento de energia.

    ● Custo: Uma vez que cada fabricante fixa os seus preços de forma diferente, deve determinar o custo do seu produto. Isto pode ajudá-lo a compreender até que ponto o preço é acessível em comparação com o de outras empresas.

    Graças à sua transparência de preços, pode fazer uma escolha sensata, verificando os diferentes modelos e enquadramentos de preços. Além disso, vários fabricantes oferecem alternativas de financiamento e períodos de pagamento flexíveis, o que torna simples a adesão a um plano de pagamento. Deve escolher um produtor que seja acessível e que ofereça valor.

    Apoio: É também essencial que o fabricante escolhido ofereça um bom serviço e apoio ao cliente. Pode descobrir a sua capacidade de resposta às suas perguntas e pedidos. Isto mostra até que ponto comunicam e colaboram consigo durante todo o ciclo de vida do projeto.

    Os sistemas comerciais de armazenamento de baterias podem ser ligados à energia fotovoltaica?

    É possível criar um sistema solar mais armazenamento ligando sistemas comerciais de armazenamento de baterias e sistemas fotovoltaicos (PV). Este sistema pode armazenar energia solar adicional durante o dia e utilizá-la à noite ou durante falhas na rede. De facto, reduz os custos de procura e as taxas de rede, aumentando simultaneamente o autoconsumo e a fiabilidade da eletricidade solar.

    Para além de participar nos mercados energéticos, como a resposta à procura ou a arbitragem energética, um sistema solar com armazenamento pode oferecer serviços de rede como a gestão da frequência ou o apoio à tensão. Um sistema solar com armazenamento pode ser uma opção financeiramente bem sucedida e ambientalmente responsável para as empresas.

    Onde posso comprar sistemas comerciais de armazenamento de energia?

    Pode comprar sistemas comerciais de armazenamento de energia a fabricantes, integradores ou distribuidores. Também pode contactar uma empresa de serviços energéticos para o ajudar a conceber e instalar um sistema personalizado para as suas necessidades.

    A Grevault é uma empresa profissional no sector do armazenamento de energia industrial e comercial, com vários anos de experiência prática.

    A vasta experiência da empresa permitiu à equipa acumular uma grande quantidade de conhecimentos e competências no terreno.

    Possuem uma grande capacidade de propor soluções energéticas adaptadas às necessidades específicas dos seus clientes, assegurando que estes recebem o melhor serviço possível.

    Conclusão

    Os sistemas comerciais de armazenamento de energia estão a aumentar a sua aceitação e acessibilidade à medida que a tecnologia melhora e os regulamentos incentivam a sua utilização. Estes sistemas podem armazenar e transmitir energia para várias utilizações, incluindo redução de picos, gestão de frequências, integração de energias renováveis, energia de reserva e muito mais. É necessário compreender a tecnologia e a conceção do sistema para tomar a melhor decisão.

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