sistemas de armazenamento de energia à escala

Armazenamento de energia em baterias de iões de lítio - para conhecer os benefícios

armazenamento de energia de baterias de iões de lítio

O armazenamento de energia é essencial na sociedade atual para manter sob controlo a oferta e a procura de energia. Toda a gente se interroga sobre qual é o armazenamento de energia mais eficaz à medida que trabalhamos para um futuro com baixas emissões de carbono.

Uma solução que tem provado ser consistentemente eficaz ao longo dos anos é a utilização de baterias. Uma vez que as baterias de lítio estão cada vez mais disponíveis, são atualmente utilizadas com mais frequência em dispositivos de armazenamento de energia.

Para tirar o máximo partido do armazenamento de energia de baterias de iões de lítioPara além do preço, é necessário saber mais. Compreender os componentes e o funcionamento deste armazenamento de energia é essencial para um armazenamento e transferência eficientes de energia eléctrica. Para que possa tomar decisões informadas, abordaremos neste artigo todas as informações pertinentes sobre o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio.

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    O que é o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    O principal objetivo da tecnologia de armazenamento de energia das baterias de iões de lítio é preservar a energia eléctrica que pode ser utilizada como energia de reserva em situações de emergência. Trata-se de uma tecnologia altamente avançada que utiliza baterias recarregáveis feitas de compostos que contêm lítio para armazenar e libertar energia eléctrica.

    Esta solução inovadora pode ser combinada com fontes de energia renováveis, como a energia solar e eólica, para equilibrar a sua produção variável e intermitente. Além disso, pode fornecer uma vasta gama de serviços à rede, incluindo a regulação da frequência, a deslocação de picos, a gestão de energia e a integração de energias renováveis.

    Os utilizadores podem beneficiar de uma solução de energia mais eficiente e sustentável, adaptada às suas necessidades específicas, utilizando o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio. Os sistemas solares ou UPS utilizam frequentemente baterias de iões de lítio para armazenamento de energia devido ao seu longo ciclo de vida e maior resistência interna.

    Como funciona o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    Para o funcionamento das baterias de iões de lítio, os iões de lítio têm de se mover para trás e para a frente entre os eléctrodos positivo e negativo. Isto é possível com o funcionamento dos quatro componentes da bateria:

    ● Elétrodo positivo
    Eléctrodos negativos
    Um eletrólito (uma substância que conduz iões)
    Um separador (uma membrana que evita curto-circuitos)

    A ligação de uma bateria de iões de lítio a um circuito externo, como um dispositivo eletrónico ou um carregador, permite-lhe começar a funcionar, o que pode ser uma descarga ou uma carga.

    Durante este processo de carregamento, o elétrodo positivo, ou elétrodo negativo, recebe alguns dos iões de lítio libertados pelo cátodo, ou elétrodo positivo. Os iões de lítio são absorvidos pelo elétrodo negativo e aí armazenados. A diferença de potencial entre os eléctrodos aumenta devido à conversão de energia eléctrica em energia química.Como funciona o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio

    No entanto, o processo é invertido quando é ligado a um dispositivo e, durante esta descarga, os iões de lítio são descarregados do elétrodo negativo (cátodo) e deslocam-se através do eletrólito para o ânodo (elétrodo positivo). O elétrodo positivo absorve os iões de lítio, libertando os electrões para o circuito externo. A diferença de potencial entre os eléctrodos é reduzida devido a este processo, que transforma a energia química em energia eléctrica.

    Quais são os componentes do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    Sistema de bateria: A eficiência e a eficácia do sistema de armazenamento de energia dependem em grande medida do sistema de baterias. A tecnologia liga frequentemente células de iões de lítio em série e em paralelo para criar módulos de bateria, que são depois ligados em série para criar cadeias de baterias. Para obter a tensão e a corrente adequadas, é finalmente concebido um bastidor ligando estas cadeias e módulos de baterias em paralelo ou em série.Componentes do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio

    Sistema de gestão da bateria (BMS): Este sistema de monitorização em tempo real baseado em circuitos electrónicos garante a segurança e a fiabilidade do sistema de bateria. Monitoriza várias condições da bateria, incluindo tensão, corrente, temperatura, estado de carga e saúde.

    O BMS garante que o processo de carga e descarga do sistema de baterias é gerido de forma segura, evitando a sobrecarga e a descarga excessiva.

    O sistema também inclui um mecanismo de alerta e de proteção de emergência para resolver potenciais problemas do sistema de bateria. Ao calcular com precisão o estado de carga (SOC) do sistema de bateria e dos seus componentes a todos os níveis, o BMS melhora o desempenho do sistema de bateria.

    Sistema de gestão da energia (SGE): Outro componente essencial do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio é o EMS responsável pela gestão do funcionamento e otimização do sistema.

    O EMS monitoriza a bateria, o PCS, a rede e as fontes de energia renováveis, empregando também algoritmos e modelos para escolher as melhores técnicas de carga e descarga para várias circunstâncias e aplicações.

    O EMS também se liga a outros sistemas, como centros de controlo de serviços públicos ou operadores de mercado, para fornecer inúmeros serviços e vantagens à rede e aos consumidores.

    Sistemas auxiliares: Estes componentes apoiam a manutenção e o funcionamento do sistema. Estes sistemas consistem em sistemas de arrefecimento, de supressão de incêndios, de ventilação, de segurança, de comunicação, de medição e outros que garantem a segurança e a fiabilidade do sistema.

    Qual a eficiência do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    A eletricidade armazenada pelo elemento de armazenamento de energia para a energia de entrada é medida como eficiência de armazenamento de energia da bateria de iões de lítio. É influenciada por muitos factores, incluindo a taxa de corrente, a temperatura e a duração dos processos de carga e descarga, e pode ser associada ao tempo de vida e ao custo da bateria.

    Graças à sua excelente eficiência de ida e volta, as baterias de iões de lítio perdem menos energia durante o carregamento e o descarregamento. A eficiência de ida e volta pode atingir 99%, embora normalmente se situe entre 75 e 85% para aplicações à escala da rede. É importante compreender as variáveis que influenciam a eficiência do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio se pretender aumentá-la.

    Quais são as vantagens e desvantagens do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    Prós:
    Alta eficiência: A vantagem única do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio é o facto de perderem menos energia durante o carregamento e o descarregamento. Isto resulta da sua elevada eficiência de ida e volta, até 99% da energia de entrada para a energia de saída. Como retém bem a carga, é perfeita para uma utilização a longo prazo e pode utilizar a energia durante mais tempo do que poderia imaginar.

    Elevada flexibilidade: Outra vantagem do armazenamento de energia em baterias de iões de lítio é o facto de poder oferecer à rede e aos consumidores vários serviços, incluindo o controlo da frequência, a mudança de pico, a gestão da energia e a integração de fontes de energia renováveis. Pode também funcionar em vários modos, como isolado ou ligado à rede, e reagir rapidamente a alterações da procura ou da oferta de energia.

    Elevada escalabilidade: Dependendo da aplicação e da situação, pode simplesmente aumentar ou diminuir o armazenamento de energia da bateria de iões de lítio fornecida, adicionando ou removendo módulos ou bastidores. Também pode ser padronizado e modularizado para uma instalação simples.Elevada escalabilidade

    Manutenção reduzida: O ciclo de vida prolongado e a baixa taxa de auto-descarga da bateria de iões de lítio fazem dela uma boa escolha, uma vez que requer menos substituição ao longo do tempo. Ao contrário de outras baterias, é também mais simples de utilizar e manter, uma vez que não requer rega ou equalização de rotina.

    Respeito pelo ambiente: O armazenamento de energia em baterias de iões de lítio não emite gases com efeito de estufa ou poluentes durante o funcionamento, o que o torna amigo do ambiente. Dada a ausência de chumbo e cádmio, o armazenamento de energia em baterias de iões de lítio não representa qualquer risco para a saúde humana ou para o ambiente.

    Contras:

    Questões de custos: O armazenamento de energia em baterias de iões de lítio tem um custo inicial elevado entre todas as tecnologias de armazenamento de energia disponíveis, principalmente devido ao custo das células das baterias e dos BMS. Devido à necessidade de sistemas auxiliares como o arrefecimento e a supressão de incêndios, tem também um custo operacional elevado.

    Questões relacionadas com os recursos: O armazenamento de energia das baterias de iões de lítio depende de elementos raros e dispendiosos como o lítio, o níquel, o manganês, o cobalto e a grafite, que são influenciados pela incerteza geopolítica e do mercado. Para além de poderem prejudicar o ambiente e os direitos humanos, a extração e o processamento destes recursos também o podem fazer.

    Como é que o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio se compara com outros tipos?

    Armazenamento de energia por bombagem
    O armazenamento de energia hidroelétrica por bombagem utiliza a água para armazenar e libertar eletricidade. Apresenta as seguintes vantagens e desvantagens:

    Vantagem: O armazenamento de energia hidroelétrica por bombagem oferece as vantagens de uma grande capacidade, fiabilidade, durabilidade e acessibilidade. Tem um baixo custo de energia nivelado, produção de energia constante e contínua, uma longa vida útil com pouca deterioração e a capacidade de armazenar quantidades significativas de energia durante longos períodos.

    Desvantagem: Existem dificuldades ambientais, geográficas, regulamentares e de eficiência no armazenamento de energia hidroelétrica por bombagem. Pode ter impacto nos ecossistemas e na qualidade da água das albufeiras, necessita de uma área de terreno considerável e de um terreno adequado, enfrenta a oposição do público em geral e dificuldades na obtenção das licenças necessárias, e utiliza alguma energia durante a bombagem e a produção.Como é que o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio se compara a outros tipos

    Armazenamento de energia por ar comprimido
    O armazenamento de energia por ar comprimido utiliza o ar para armazenar e libertar eletricidade. Apresenta as seguintes vantagens e desvantagens:

    Vantagem: O armazenamento de energia por ar comprimido oferece várias vantagens, incluindo uma grande capacidade, escalabilidade, flexibilidade e baixo custo. Pode fornecer à rede vários serviços, como o nivelamento da carga ou o controlo da frequência, e tem um baixo custo nivelado da energia. Também pode ser facilmente aumentado ou diminuído através da adição ou remoção de compressores ou turbinas.

    Desvantagem: O armazenamento de energia por ar comprimido tem problemas tecnológicos, de eficiência, geográficos e ambientais. Ao queimar ou vazar ar, pode libertar gases com efeito de estufa ou outros poluentes, necessita de armazenar ar em cavernas ou tanques subterrâneos, utiliza alguma energia durante a compressão ou expansão e tem dificuldade em manter a pressão e a temperatura do ar estáveis.

    Armazenamento de energia no volante do motor
    O armazenamento de energia em volantes de inércia utiliza a energia cinética rotacional para armazenar e libertar eletricidade. Apresenta as seguintes vantagens e desvantagens:

    Vantagem: O armazenamento de energia do volante de inércia é muito eficaz, tem uma elevada densidade de potência, uma reação rápida, um ciclo de vida longo e é amigo do ambiente. Pode funcionar durante milhões de ciclos sem se deteriorar, armazenar mais energia por unidade de massa do que as tecnologias actuais, carregar e descarregar rapidamente com poucas perdas e não libertar gases com efeito de estufa ou poluentes.

    Desvantagem: O armazenamento de energia em volantes de inércia tem uma baixa capacidade, escalabilidade, durabilidade e segurança. As suas limitações incluem a sua capacidade limitada de armazenamento de energia a curto prazo, a sua dificuldade em aumentar ou diminuir a escala através da adição ou remoção de volantes de inércia devido a problemas de sincronização, a sua suscetibilidade a falhas mecânicas ou ao desgaste de rolamentos ou rotores e o seu potencial de explosão ou fragmentação em caso de danos ou excesso de velocidade.

    Quais são as aplicações mais comuns para o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    Algumas das aplicações que requerem baterias de iões de lítio para armazenamento de energia incluem

    Veículos eléctricos (VEs): Os veículos eléctricos estão a ganhar popularidade hoje em dia, uma vez que tornam o trânsito mais fácil, mais rápido e mais amigo do ambiente. Estes veículos eléctricos precisam de uma fonte de energia leve, duradoura e de carregamento rápido, que as baterias de iões de lítio oferecem. As baterias de iões de lítio possuem uma elevada densidade energética e uma baixa taxa de auto-descarga. Por conseguinte, são as mais adequadas para alimentar veículos eléctricos, permitindo percorrer longas distâncias com pouco tempo de carregamento.

    UPS: As baterias de iões de lítio armazenam grandes quantidades de energia durante períodos mais longos, o que as torna uma boa fonte de energia de reserva quando há uma quebra no fornecimento de energia. As UPS e outros sistemas de reserva de energia de emergência utilizam o armazenamento de energia das baterias de iões de lítio para fornecer uma reserva de energia instantânea em caso de falha de energia.

    Tecnologias de armazenamento de energia portátil: Os bancos de potência e outros sistemas portáteis de armazenamento de energia são construídos com baterias de iões de lítio. As baterias de iões de lítio são leves, uma vez que permite transportar o banco de potência.

    Dispositivos electrónicos portáteis: Os computadores portáteis e os dispositivos móveis utilizam as baterias de iões de lítio como fonte de energia fiável. As empresas que produzem dispositivos electrónicos portáteis preferem as baterias de iões de lítio pela sua durabilidade, carregamento rápido e fácil, elevada densidade de energia, leveza e fácil manutenção.

    Exemplos de projectos de armazenamento de energia de baterias de iões de lítio na indústria e no comércio

    Centro de armazenamento de energia FPL Manatee: Com uma capacidade de 409 MW/900 MWh, o Centro de Armazenamento de Energia FPL Manatee, na Florida, é o maior sistema integrado de baterias alimentadas por energia solar do mundo. Pode fornecer mais de duas horas de energia a 329.000 casas quando combinado com uma instalação de energia solar de 74,5 MW já existente. Pode também poupar aos clientes mais de $100 milhões ao reduzir a necessidade de produção de energia a partir de combustíveis fósseis.

    Instalação de armazenamento de energia de Moss Landing, Fase II: Com uma capacidade de 400 MW/1 600 MWh, o projeto da Fase II da Instalação de Armazenamento de Energia de Moss Landing, na Califórnia, é um dos maiores sistemas de baterias do mundo. Pode alimentar cerca de 300 000 agregados familiares durante quatro horas e está situado numa central eléctrica a gás desactivada. Pode também ajudar a reduzir as emissões de gases com efeito de estufa e a acrescentar mais energia renovável ao sistema.

    Armazenamento de energia Gambit: Com uma capacidade de mais de 100 MW/200 MWh, o projeto de armazenamento de energia Gambit, no Texas, é outro sistema de baterias notável nos Estados Unidos. Pode oferecer serviços de rede, incluindo gestão da frequência, apoio à tensão e transferência de carga, e é propriedade da Tesla. Além disso, pode melhorar a capacidade de resistência da rede a condições climatéricas adversas.

    Como calcular o custo do armazenamento de energia das baterias de iões de lítio?

    O custo nivelado do armazenamento de energia (LCOES), que é o rácio entre o custo global do sistema de baterias e a energia total fornecida durante a sua vida útil, pode ser utilizado para determinar o custo do armazenamento de energia das baterias de lítio. O custo inicial, os custos contínuos, a eficácia, o ciclo de vida e a profundidade de descarga da bateria são apenas algumas das variáveis que afectam o LCOES.

    Para calcular o LCOES, pode utilizar esta fórmula:

    LCOES = (custo inicial + custo operacional) / (energia total produzida durante o ciclo de vida)

    Conclusão

    A fim de armazenar e libertar eletricidade com elevada eficiência, flexibilidade, escalabilidade, manutenção mínima e respeito pelo ambiente, as baterias recarregáveis de iões de lítio são utilizadas no armazenamento de energia.

    Pode armazenar mais energia por unidade de volume ou de massa do que as baterias tradicionais, reagir rapidamente às alterações da procura ou da oferta de energia, funcionar em muitos modos, suportar centenas de ciclos e não emitir gases com efeito de estufa nem poluentes. Globalmente, é uma excelente forma de armazenar energia em pequena ou grande escala.

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