Num mundo em constante evolução e com um consumo energético crescente, é fundamental encontrar soluções inovadoras para armazenar e gerir a eletricidade de forma eficiente. Armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos para as redes é a solução potencial para armazenar as enormes necessidades de energia.
Neste artigo, vamos explorar o armazenamento de baterias à escala da rede eléctrica pública como um meio para um fornecimento de energia mais limpo e fiável. Abordaremos os benefícios, a forma de conceber e os desafios da armazenagem de baterias à escala da rede eléctrica pública.
O que é o armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos?
A técnica de armazenamento de baterias à escala da rede eléctrica é um sistema concebido para armazenar grandes quantidades de energia eléctrica para utilização. Pode contribuir para preservar um estado de equilíbrio entre a oferta e a procura de eletricidade na rede eléctrica.
A utilização de baterias à escala dos serviços públicos pode aumentar a fiabilidade e a estabilidade do fornecimento de energia. Isto é particularmente útil quando confrontado com flutuações de fontes de energia renováveis, como a energia eólica e solar.
De que são feitas as baterias à escala dos serviços públicos?
As redes eléctricas beneficiam frequentemente de baterias à escala dos serviços públicos, que são dispositivos de armazenamento de energia em grande escala capazes de armazenar e fornecer energia. São constituídas por estruturas multicelulares que funcionam em conjunto para armazenar e libertar energia eléctrica.
Por exemplo, as baterias de iões de lítio apresentam atributos notáveis, como uma elevada densidade energética e um ciclo de vida prolongado. As baterias de sódio-enxofre utilizam sódio fundido e enxofre como eléctrodos e têm elevada eficiência e baixo custo.
A densidade energética das baterias de chumbo-ácido é bastante baixa e o seu ciclo de vida é limitado devido à qualidade insuficiente dos eléctrodos, que consistem em chumbo e óxido de chumbo. Estes são apenas alguns dos tipos mais comuns de baterias à escala dos serviços públicos.
Novo tecnologias de armazenamento de energia estão constantemente a surgir, e alguns deles utilizam materiais e técnicas alternativas para armazenar energia.
Qual é a eficiência do armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos?
A eficiência dos sistemas de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos é medida pela sua capacidade de preservar e utilizar a energia armazenada com perdas mínimas.
De acordo com a Administração de Informação sobre Energia dos Estados Unidos (EIA), o armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos no país atingiu uma eficiência média mensal de ida e volta de 82% em 2019.
Isto indica que, por cada 100 kWh de energia armazenada, apenas 82 kWh poderão ser utilizados em qualquer altura. Esta soma constitui uma fração significativa da energia potencial total.
Qual é o tempo de vida útil de uma bateria de armazenamento à escala da rede eléctrica?
O tempo de vida de um sistema de armazenamento de baterias à escala da rede pública é o período durante o qual pode funcionar de forma fiável sem ser substituído. O seu tempo de vida é afetado por diversas variáveis, incluindo, entre outras, o tipo de bateria, os ciclos de carga e descarga, a temperatura de funcionamento e os procedimentos de manutenção.
A Agência Internacional para as Energias Renováveis (IRENA) concluiu que as baterias à escala dos serviços públicos duram normalmente cinco a quinze anos, dependendo da tecnologia e do caso de utilização específico. Atualmente, armazenamento de energia de baterias de iões de lítio podem durar mais tempo e ter um melhor desempenho.
Quais são as opções de armazenamento à escala dos serviços públicos?
Existem várias opções de armazenamento à escala dos serviços públicos, cada uma com o seu próprio conjunto de prós e contras a considerar.
As formas mais comuns de armazenamento de utilidades em grande escala incluem:
● Armazenamento da bateria: Os dispositivos electroquímicos utilizados no armazenamento de baterias podem transformar energia eléctrica em energia química e vice-versa.
Reação rápida, grande eficiência e adaptabilidade são apenas alguns dos benefícios que as baterias ligadas à rede podem proporcionar. As desvantagens do armazenamento em bateria incluem o seu elevado custo inicial, a depreciação ao longo do tempo e os efeitos ambientais.
● Armazenamento hidroelétrico por bombagem: A acumulação hidroelétrica por bombagem é uma técnica utilizada para armazenar e posteriormente libertar energia. A acumulação por bombagem tem potencial para fornecer grandes quantidades de armazenamento barato e a longo prazo. No entanto, a acumulação por bombagem tem os seus inconvenientes, incluindo a disponibilidade limitada em algumas zonas, os efeitos negativos no ecossistema e os longos períodos de construção.
● Armazenamento de energia por ar comprimido: Uma técnica que utiliza o ar para armazenar e libertar eletricidade é chamada armazenamento de energia por ar comprimido. Pode servir como um meio de armazenamento de energia fiável e de longa duração. O armazenamento de energia por ar comprimido também tem algumas limitações, incluindo a baixa eficiência, a perda considerável de calor e a falta de locais adequados.
Armazenamento de energia no volante do motor: Os volantes de inércia podem ser utilizados para armazenar e libertar energia sob a forma de eletricidade através da utilização de energia cinética em rotação. A energia pode ser armazenada durante um curto período e em grandes quantidades utilizando volantes de inércia. Os volantes de inércia podem ser utilizados para armazenar energia, mas têm inconvenientes, incluindo um grande investimento inicial, desgaste mecânico e preocupações de segurança.
Quais são os benefícios do armazenamento de baterias para serviços públicos?
● Aproveitamento das energias renováveis: Um dos principais benefícios do armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos é a capacidade de utilizar fontes de energia renováveis de forma mais eficiente.
Por exemplo, a produção de energia solar e eólica depende das condições climatéricas e é, portanto, irregular. As baterias de grande escala podem armazenar a energia extra produzida em dias de sol ou vento e depois libertá-la quando o tempo se torna sombrio ou calmo.
● Estabilidade e fiabilidade da rede: O armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos melhora consideravelmente a estabilidade e a fiabilidade da rede eléctrica. É como ter um amortecedor instantâneo entre as oscilações da oferta e da procura. Estas baterias podem ser utilizadas para evitar cortes de energia e falhas na rede causadas por picos abruptos na procura de eletricidade.
● Gestão da procura de ponta: Os serviços de utilidade pública enfrentam sempre a questão de satisfazer os picos de procura, e as baterias de grande escala podem ser carregadas quando a procura de energia é baixa e descarregadas quando é alta. Reduzir o stress da rede e poupar dinheiro nas facturas de eletricidade são também benefícios da transferência de carga.
● Eficiência de custos: Os sistemas de armazenamento de baterias em grande escala utilizados pelos serviços públicos registaram reduções de preços significativas. Devido aos desenvolvimentos técnicos e às economias de escala, o custo de produção e instalação destas baterias diminuiu significativamente. Em última análise, isto significa preços de energia mais baixos para as empresas de eletricidade e os seus clientes.
● Apoio aos veículos eléctricos: O crescimento do mercado de veículos eléctricos (VE) está intimamente ligado ao armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos. Estas baterias podem servir como estações de carregamento para VEs, incentivando ainda mais a mudança para opções de transporte limpas. Esta sinergia entre o armazenamento de energia e o transporte é um passo significativo em direção a um futuro sustentável.
● Reduzir a pegada de carbono: A capacidade do armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos para diminuir o impacto ambiental é uma grande vantagem. Ajuda a reduzir a utilização de combustíveis fósseis, possibilitando a adição de mais energia renovável à rede.
A luta contra as alterações climáticas e a prossecução dos objectivos de sustentabilidade dependem desta mudança para fontes de energia mais sustentáveis.
Qual é a diferença entre o armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos e residencial?
Tanto os sistemas de armazenamento de baterias à escala da rede pública como os sistemas de armazenamento de baterias residenciais podem ser utilizados para armazenar energia, embora tenham funções distintas.
Os operadores de sistemas de energia utilizam o armazenamento de baterias à escala da rede eléctrica para estabilizar a tensão, integrar fontes de energia renováveis e reforçar a capacidade da rede eléctrica para resistir a perturbações.
Estas enormes baterias podem armazenar e libertar megawatts de energia durante horas, o que as torna ideais para aplicações em grande escala.
O armazenamento residencial de baterias serve como uma fonte de energia de reserva fiável para os proprietários de casas. Não só os ajuda a reduzir as suas despesas de eletricidade, como também aumenta a sua independência energética.
As baterias residenciais são normalmente pequenas, flexíveis e baratas, com a capacidade de armazenar e fornecer quilowatts de energia durante algumas horas.
Como conceber um sistema de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos?
A conceção de um sistema de armazenamento de baterias à escala da rede pública envolve várias etapas e considerações, tais como:
● Fase 1: Escolher a tecnologia e o tamanho adequados da bateria para a aplicação e o local pretendidos. A densidade de energia, a densidade de potência, a eficiência, a longevidade, o custo, a segurança e os efeitos ambientais dos vários sistemas de baterias variam muito.
As necessidades de potência (em megawatts) e de energia (em megawatts-hora) para o tempo de funcionamento previsto (em horas) determinam a dimensão do sistema de baterias. Devido à sua elevada densidade de energia, ciclo de vida prolongado e reação rápida, as baterias de iões de lítio são muito utilizadas em aplicações à escala dos serviços públicos.
● Fase 2: Seleção do sistema de conversão de energia adequado e equilíbrio dos componentes do sistema para o sistema de baterias, tais como os inversores e transformadores, bms de iões de lítio, etc.
O hardware e o software para manter o controlo, regular, proteger e ligar o sistema de baterias à rede constituem o resto do sistema. Estes factores têm impacto na eficiência, fiabilidade, segurança e resultados finais do sistema de baterias.
● Fase 3: Conceber a configuração e a disposição ideais do sistema de baterias. A tensão e a corrente de saída de um conjunto de baterias podem ser ajustadas através da reorganização e ligação das suas células individuais em série e em paralelo.
O plano descreve a disposição e a distribuição dos vários módulos de bateria, racks, contentores e outras peças no local. As perdas eléctricas, a gestão térmica, a disponibilidade de espaço, a acessibilidade e a estética são considerações importantes para a configuração e disposição.
● Fase 4: Avaliar a viabilidade económica e o impacto ambiental do sistema de baterias. O custo de capital, os custos de operação e manutenção, os fluxos de rendimento e os incentivos para o sistema de baterias são factores que contribuem para a sua viabilidade económica.
As emissões do ciclo de vida, o consumo de recursos, a criação de lixo e o potencial de reciclagem são todos factores do potencial efeito ambiental do sistema de baterias. Pode ser comparado com outras tecnologias ou cenários que servem de concorrência para avaliar os benefícios e as falhas de um sistema de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos.
Os sistemas de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos incluem frequentemente as seguintes características e especificações:
● Capacidade de potência: A capacidade de energia do armazenamento de baterias à escala da rede pública é medida em megawatts (M.W.) ou quilowatts (kW), e é a quantidade máxima de energia que pode ser fornecida ou absorvida pelo sistema de baterias num determinado momento.
● Capacidade energética: As unidades de medida da capacidade energética são os megawatts-hora (MWh) e os quilowatts-hora (kWh), e é a quantidade máxima de energia que pode ser armazenada ou descarregada pelo sistema de baterias durante um período de tempo.
● Duração: É o tempo que um sistema de bateria pode fornecer ou absorver a sua capacidade de energia máxima. Pode dividir a capacidade de energia pela capacidade de potência para obter a resposta: as unidades são horas e minutos.
● Eficiência na viagem de ida e volta: A eficácia de um sistema de bateria ao longo de um ciclo de carga-descarga é medida pela sua eficiência de ida e volta. Representa a eficiência do sistema de bateria em armazenar e descarregar energia com perdas mínimas. É utilizada uma percentagem para a representar.
● Vida útil do ciclo: Os sistemas de bateria têm um ciclo de vida, medido pelo número de ciclos de carga-descarga que podem suportar antes de o seu desempenho descer abaixo de um determinado valor de referência. Mostra quanto tempo o sistema de bateria pode continuar a funcionar antes de ter de ser substituído.
Quais são os desafios do armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos?
● Custo elevado: Os sistemas de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos ainda têm um custo total de propriedade (TCO), O&M (Operação e Manutenção) e Desativação (DCO) elevado quando comparados com outras fontes de energia e soluções de armazenamento.
● Degradação: Factores como os ciclos de carga e descarga, a temperatura de funcionamento e os procedimentos de manutenção contribuem para um declínio no desempenho e na longevidade dos sistemas de armazenamento de baterias à escala da rede pública. O desempenho, a capacidade e a fiabilidade dos dispositivos de armazenamento de baterias degradam-se com o tempo.
● Impacto ambiental: Os sistemas de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos têm implicações ambientais ao longo do seu desenvolvimento, funcionamento e desativação, incluindo, entre outras, as emissões de gases com efeito de estufa, o consumo de recursos, a formação de resíduos e possíveis riscos.
Conclusão
Este artigo discutiu todos os conceitos óbvios para o ajudar a conhecer a armazenagem de baterias à escala da utilidade. A armazenagem de baterias à escala dos serviços públicos é uma tecnologia revolucionária. A armazenagem de baterias à escala dos serviços públicos torna-se mais importante à medida que a sociedade se esforça por satisfazer necessidades energéticas futuras mais sustentáveis e respeitadoras do ambiente.
Perguntas frequentes
De acordo com o Laboratório Nacional de Energias Renováveis (NREL), o custo médio de capital para sistemas de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos nos Estados Unidos em 2019 foi estimado em $375 por quilowatt-hora (kWh). Prevê-se uma descida projectada do preço, com uma redução estimada para $143 por quilowatt-hora (kWh) até 2030 e uma nova descida para $87 por kWh até 2050.
Um exemplo é a instalação de armazenamento de energia de Moss Landing, na Califórnia, com 300 MW/1.200 MWh, que utiliza baterias de iões de lítio para serviços de rede e integração de energias renováveis. Outro exemplo é a reserva de energia de Hornsdale, de 150 MW/194 MWh, na Austrália do Sul, que utiliza baterias de iões de lítio para controlo da frequência, transferência de carga e energia de reserva de emergência.
A Administração de Informação sobre Energia (EIA) dos EUA estima que, até ao final de 2022, estarão em funcionamento no país 7,8 GW de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos, com os promotores e operadores de centrais eléctricas a planearem utilizar mais 1,4 GW de capacidade de baterias. Eles planejam instalar 20,8 GW de capacidade de armazenamento de bateria até 2023-2025. Isto indica que os EUA poderão ter 30,0 GW de armazenamento de baterias à escala dos serviços públicos até 2025.
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