Guia de sistemas comerciais de armazenamento de energia

O que são sistemas comerciais de armazenamento de bateria?

Bateria de 100 kWheBateria de 200 kWhOs sistemas comerciais de armazenamento de baterias são soluções avançadas de armazenamento de energia projetadas para armazenar e liberar eletricidade de várias fontes. Eles funcionam como bancos de energia em grande escala, utilizando baterias alojadas em contêineres para gerenciar o fluxo de energia de maneira eficaz. Esses sistemas vêm em vários tamanhos e configurações para atender às necessidades específicas de diferentes aplicações e clientes.

O design modular desistemas de armazenamento de bateria comercialpermite escalabilidade, com capacidades de armazenamento normalmente variando de 50 kWh a 1 MWh. Esta flexibilidade torna-os adequados para uma vasta gama de negócios, incluindo pequenas e médias empresas, escolas, hospitais, postos de gasolina, lojas de retalho e instalações industriais. Esses sistemas ajudam a gerenciar as demandas de energia, fornecem energia de reserva durante interrupções e apoiam a integração de fontes de energia renováveis, como solar e eólica.

A flexibilidade dos designs modulares garante que estes sistemas possam ser personalizados para atender a requisitos energéticos específicos, proporcionando uma solução económica para melhorar a eficiência energética e a fiabilidade em vários setores.

Componentes de sistemas comerciais de armazenamento de energia e suas aplicações

Sistemas comerciais de armazenamento de energiaconsistem em vários componentes principais, cada um desempenhando uma função específica para atender às diversas necessidades da aplicação. Aqui está uma descrição detalhada desses componentes e suas aplicações específicas em cenários do mundo real:

1. Sistema de bateria:
   • Componente principal: O sistema de bateria é composto por células de bateria individuais que armazenam energia elétrica. As baterias de íons de lítio são comumente usadas devido à sua alta densidade de energia e longa vida útil.
   • Aplicativos: Na redução de pico e na mudança de carga, o sistema de bateria carrega durante períodos de baixa demanda de eletricidade e descarrega a energia armazenada durante o pico de demanda, reduzindo efetivamente os custos de energia.
2. Sistema de gerenciamento de bateria (BMS):
   • Função: O BMS monitora o status e os parâmetros de desempenho da bateria, como tensão, temperatura e estado de carga, garantindo uma operação segura e eficiente.
   • Aplicativos: Em aplicações de energia de reserva e de microrrede, o BMS garante que o sistema de bateria possa fornecer energia de emergência estável durante interrupções na rede, garantindo a continuidade dos negócios.
3. Inversor ou Sistema de Conversão de Energia (PCS):
   • Função: O PCS converte a energia CC armazenada no sistema de bateria em energia CA exigida pela rede ou pelas cargas, mantendo a tensão de saída e a qualidade da energia estáveis.
   • Aplicativos: Em sistemas conectados à rede, o PCS permite o fluxo de energia bidirecional, suportando balanceamento de carga e controle de frequência da rede para aumentar a confiabilidade e a estabilidade da rede.
4. Sistema de Gestão de Energia (EMS):
   • Função: O EMS otimiza e gerencia o fluxo de energia dentro do sistema de armazenamento, coordenando-se com a rede, cargas e outras fontes de energia. Ele executa tarefas como redução de pico, mudança de carga e arbitragem de energia.
   • Aplicativos: Na integração das energias renováveis, o SGA melhora a previsibilidade e a estabilidade da energia solar e eólica, otimizando a utilização e o armazenamento de energia.
5. Inversor Bidirecional:
   • Função: Os inversores bidirecionais permitem a troca de energia entre o sistema de bateria e a rede conforme necessário, apoiando o gerenciamento flexível de energia e a operação autônoma durante falhas da rede.
   • Aplicativos: Na microrrede e no fornecimento de energia em áreas remotas, os inversores bidirecionais garantem a autonomia do sistema e colaboram com a rede principal para aumentar a confiabilidade e a sustentabilidade do fornecimento de energia.
6. Transformador:
   • Função: Os transformadores ajustam o nível de tensão de saída do sistema de bateria para atender aos requisitos da rede ou das cargas, garantindo transmissão eficiente de energia e estabilidade do sistema.
   • Aplicativos: Em aplicações de energia industrial e comercial de grande escala, os transformadores otimizam a eficiência da transmissão de energia e a estabilidade operacional do sistema, fornecendo correspondência de tensão apropriada.
7. Dispositivos de proteção:
   • Função: Os dispositivos de proteção monitoram e respondem a picos de tensão, curtos-circuitos e outras anomalias da rede dentro do sistema, garantindo uma operação segura e minimizando danos ao equipamento.
   • Aplicativos: Na integração à rede e em ambientes com mudanças rápidas de carga, os dispositivos de proteção protegem o sistema de baterias e a rede, reduzindo custos de manutenção e riscos operacionais.
8. Sistemas de refrigeração:
   • Função: Os sistemas de refrigeração mantêm temperaturas operacionais ideais para baterias e inversores, evitando superaquecimento e degradação do desempenho, garantindo a estabilidade do sistema a longo prazo.
   • Aplicativos: Em ambientes de alta temperatura e cargas de descarga de alta potência, os sistemas de refrigeração fornecem a capacidade necessária de dissipação de calor, prolongando a vida útil do equipamento e otimizando a eficiência energética.
9. Sistemas de controle avançados:
   • Função: Sistemas de controle avançados integram-se com EMS e BMS para monitorar e otimizar a operação e o desempenho de todo o sistema de armazenamento de energia.
   • Aplicativos: Em aplicações comerciais e industriais de grande escala, os sistemas de controle avançados melhoram a capacidade de resposta do sistema e a eficiência operacional por meio de análise de dados em tempo real e suporte à decisão.

Esses componentes e suas aplicações demonstram as funções críticas e os usos práticos dos sistemas comerciais de armazenamento de energia no gerenciamento moderno de energia. Ao aproveitar estas tecnologias e estratégias de forma eficaz, as empresas podem obter poupanças de energia, reduzir as emissões de carbono e aumentar a fiabilidade e a sustentabilidade do seu fornecimento de energia.

Tipos de sistemas comerciais de armazenamento de energia

1. Armazenamento Mecânico: Utiliza movimentos físicos ou forças para armazenar energia. Os exemplos incluem hidroeletricidade de armazenamento bombeado (PSH), armazenamento de energia de ar comprimido (CAES) e armazenamento de energia de volante (FES).
2. Armazenamento Eletromagnético: Usa campos elétricos ou magnéticos para armazenar energia. Os exemplos incluem capacitores, supercapacitores e armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES).
3. Armazenamento térmico: Armazena energia na forma de calor ou frio. Os exemplos incluem sal fundido, ar líquido, armazenamento de energia criogênica (CES) e sistemas de gelo/água.
4. Armazenamento Químico: Converte e armazena energia por meio de processos químicos, como armazenamento de hidrogênio.
5. Armazenamento Eletroquímico: Envolve baterias que armazenam e liberam energia por meio de reações eletroquímicas. As baterias de íon-lítio são o tipo mais comum usado em ambientes comerciais devido à sua alta eficiência e densidade de energia.

Cada tipo de sistema de armazenamento tem vantagens e limitações exclusivas, tornando-os adequados para diferentes aplicações e requisitos operacionais.

Aplicações de sistemas comerciais de armazenamento de energia

Os sistemas comerciais de armazenamento de energia têm diversas aplicações que proporcionam benefícios económicos e contribuem para objetivos energéticos e ambientais mais amplos. Essas aplicações proporcionam economia de custos e aumento da eficiência operacional. Aqui está uma visão geral detalhada:

1. Corte de Pico:

   Reduz as cobranças de demanda descarregando a energia armazenada durante períodos de alta demanda de energia. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia liberam a energia armazenada durante os períodos de pico de demanda de eletricidade, reduzindo assim as cobranças de demanda para as empresas. Isto é particularmente benéfico para instalações com elevadas taxas de pico/média ou aquelas sujeitas a taxas de procura elevadas, tais como escolas, hospitais, postos de gasolina, lojas e indústrias.

2. Mudança de carga:

   Armazena energia durante os períodos de preços baixos da eletricidade e descarrega-a quando os preços estão altos, economizando custos para os clientes no momento do uso. Esses sistemas armazenam o excesso de energia durante os períodos de preços baixos da eletricidade e descarregam-na durante os períodos de pico dos preços. Isso beneficia os clientes em termos de tempo de uso ou taxas de preços em tempo real. Por exemplo, um hotel no Havai utilizou um sistema de bateria de iões de lítio de 500 kW/3 MWh para transferir a sua carga eléctrica do dia para a noite, poupando 275.000 dólares anualmente.

3. Integração Renovável:

   Melhora a utilização de fontes de energia renováveis, armazenando o excesso de geração e liberando-o quando necessário. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia armazenam o excedente de energia solar ou eólica e libertam-na durante os picos de procura de energia ou quando a produção de energia renovável é baixa. Isto reduz a dependência de combustíveis fósseis e reduz as emissões de gases com efeito de estufa. Além disso, estabiliza a rede, melhorando sua confiabilidade e segurança.

4. Energia de reserva:

   Fornece energia de emergência durante interrupções na rede, garantindo a continuidade dos negócios e a resiliência operacional. Esses sistemas fornecem energia de reserva durante falhas ou emergências na rede, garantindo que instalações críticas como hospitais, data centers e instalações industriais permaneçam operacionais. Esta capacidade é crucial para instalações que não podem permitir interrupções de energia.

5. Microrrede:

   Opera como um sistema de energia independente ou em conjunto com a rede principal, aumentando a confiabilidade e reduzindo as emissões. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia são parte integrante das microrredes, operando de forma independente ou conectados à rede principal. As microrredes melhoram a fiabilidade da rede local, reduzem as emissões e aumentam a independência e flexibilidade energética da comunidade.

Estas aplicações não só produzem benefícios económicos diretos, mas também contribuem para objetivos energéticos e ambientais mais amplos, como a redução das emissões de carbono e a melhoria da estabilidade da rede. Os sistemas comerciais de armazenamento de energia, ao melhorarem a eficiência energética e reduzirem os riscos operacionais, criam vantagens competitivas e oportunidades para o desenvolvimento sustentável tanto nas empresas comerciais como nas comunidades.

Capacidade dos Sistemas Comerciais de Armazenamento de Energia

Os sistemas comerciais de armazenamento de energia normalmente variam de 50 kWh a 1 MWh, atendendo a diversas necessidades comerciais e municipais. A escolha da capacidade depende da aplicação específica e das métricas de desempenho necessárias.

A avaliação precisa das necessidades energéticas e o planejamento cuidadoso são essenciais para determinar a capacidade de armazenamento ideal para uma determinada aplicação, garantindo tanto a relação custo-benefício quanto a eficiência operacional.

Vantagens dos sistemas comerciais de armazenamento de energia

1. Resiliência
   Os sistemas comerciais de armazenamento de energia oferecem energia de reserva crítica durante interrupções, garantindo que as operações possam continuar sem interrupção. Isto é especialmente vital para instalações como hospitais, data centers e fábricas, onde interrupções de energia podem resultar em perdas financeiras significativas ou comprometer a segurança. Ao fornecer uma fonte de energia confiável durante falhas na rede, esses sistemas ajudam a manter a continuidade dos negócios e a proteger equipamentos sensíveis contra flutuações de energia.
2. Economia de custos
   Um dos principais benefícios financeiros dos sistemas comerciais de armazenamento de energia é a capacidade de mudar o uso de energia dos períodos de pico para os períodos fora de pico. Os custos de eletricidade são muitas vezes mais elevados durante os períodos de pico de procura, pelo que o armazenamento de energia fora dos horários de pico, quando as tarifas são mais baixas, e a sua utilização durante os horários de pico podem resultar em poupanças substanciais de custos. Além disso, as empresas podem participar em programas de resposta à procura, que oferecem incentivos financeiros para reduzir o consumo de energia durante períodos de elevada procura. Estas estratégias não só reduzem as faturas de energia, mas também otimizam os padrões de consumo de energia.
3. Integração Renovável
   A integração de sistemas comerciais de armazenamento de energia com fontes de energia renováveis, como solar e eólica, aumenta a sua eficácia e fiabilidade. Esses sistemas de armazenamento podem capturar o excesso de energia gerada durante períodos de alta produção renovável e armazená-la para uso quando a geração for baixa. Isto não só maximiza a utilização de energias renováveis, mas também reduz a dependência de combustíveis fósseis, levando a menores emissões de gases com efeito de estufa. Ao estabilizar a natureza intermitente das energias renováveis, os sistemas de armazenamento facilitam uma transição energética mais suave e sustentável.
4. Benefícios da grade
   Os sistemas comerciais de armazenamento de energia contribuem para a estabilidade da rede, equilibrando as flutuações da oferta e da procura. Fornecem serviços auxiliares, como regulação de frequência e suporte de tensão, que são cruciais para manter a integridade operacional da rede. Além disso, estes sistemas melhoram a segurança da rede, proporcionando camadas adicionais de resiliência contra ataques cibernéticos e catástrofes naturais. A implantação de sistemas de armazenamento de energia também apoia o crescimento económico, criando empregos na produção, instalação e manutenção, ao mesmo tempo que promove a sustentabilidade ambiental através da redução das emissões e do consumo de recursos.
5. Benefícios Estratégicos

   Eficiência Energética: Ao otimizar o uso de energia e reduzir o desperdício, os sistemas de armazenamento ajudam as empresas a alcançar maior eficiência energética, o que pode levar a custos operacionais mais baixos e a uma pegada de carbono reduzida.

   Redução de Risco Operacional: Ter uma fonte de energia de reserva confiável reduz o risco de interrupções operacionais devido a cortes de energia, minimizando assim possíveis perdas financeiras e melhorando a estabilidade geral dos negócios.

Vida útil dos sistemas comerciais de armazenamento de energia

A vida útil dos sistemas comerciais de armazenamento de energia varia de acordo com a tecnologia e o uso. As faixas gerais incluem:

• Baterias de íon de lítio: 8 a 15 anos
• Baterias de fluxo redox: 5 a 15 anos
• Sistemas de armazenamento de hidrogênio: 8 a 15 anos

A implementação de ferramentas avançadas de monitoramento e diagnóstico pode ajudar a prever e prevenir possíveis problemas, prolongando ainda mais a vida operacional dos sistemas de armazenamento de energia.

Como projetar um sistema comercial de armazenamento de energia de acordo com as demandas da aplicação

Projetar um sistema comercial de armazenamento de energia é um processo complexo que envolve várias etapas importantes e escolhas tecnológicas para garantir que o sistema atenda efetivamente aos requisitos de aplicação e aos critérios de desempenho.

1. Identificando cenários de aplicativos:

   Definição de serviços primários: A primeira etapa envolve a especificação dos principais serviços que o sistema fornecerá, como redução de pico, mudança de carga e energia de reserva. Diferentes aplicações podem exigir soluções personalizadas de armazenamento de energia.

2. Definição de métricas de desempenho:

   Classificações de potência e energia: Determine a capacidade máxima de manipulação de energia e armazenamento de energia exigida pelo sistema.

   Eficiência: Considere a eficiência de conversão de energia do sistema para minimizar perdas durante a transferência de energia.

   Ciclo de vida: Avalie a vida útil esperada dos ciclos de carga-descarga por dia, semana ou ano, o que é crucial para a relação custo-benefício.

3. Selecionando Tecnologia:

   Tecnologias de armazenamento: Com base nas métricas de desempenho, escolha tecnologias de armazenamento adequadas, como baterias de íons de lítio, baterias de chumbo-ácido, baterias de fluxo ou armazenamento de energia de ar comprimido. Cada tecnologia oferece vantagens exclusivas e é adequada a diferentes necessidades operacionais. Por exemplo, as baterias de íons de lítio fornecem alta densidade de energia e ciclo de vida longo, tornando-as ideais para requisitos de armazenamento de energia de longo prazo.

4. Projeto do sistema:

   Configuração e Integração: Projetar o layout físico e as conexões elétricas do sistema para garantir uma interação eficaz com a rede, outras fontes de energia e cargas.

   Controle e Gestão: Incorpore sistemas como sistemas de gerenciamento de bateria (BMS), sistemas de gerenciamento de energia (EMS) e inversores para manter o desempenho ideal do sistema. Esses sistemas equilibram tensão, temperatura, corrente, estado de carga e integridade geral do sistema.

5. Avaliação do sistema:

   Teste de desempenho: Realize testes abrangentes para validar o desempenho do sistema sob diversas condições de carga e rede.

   Garantia de confiabilidade: Avalie a confiabilidade e estabilidade do sistema a longo prazo, incluindo gerenciamento de temperatura, previsões de vida útil da bateria e recursos de resposta a emergências.

   Análise de Benefícios Econômicos: Analisar os benefícios económicos globais do sistema, incluindo poupanças de energia, redução dos custos de electricidade, participação nos serviços da rede (por exemplo, resposta à procura) e prolongamento da vida útil da infra-estrutura da rede.

Projetar sistemas comerciais de armazenamento de energia requer uma consideração holística de fatores tecnológicos, econômicos e ambientais para garantir que o sistema ofereça o desempenho e os retornos esperados durante a operação.

Calculando Custo e Benefício

O Custo Nivelado de Armazenamento (LCOS) é uma métrica comum usada para avaliar o custo e o valor dos sistemas de armazenamento de energia. É responsável pelos custos totais ao longo da vida divididos pela produção total de energia ao longo da vida. Comparar o LCOS com potenciais fluxos de receita ou economia de custos ajuda a determinar a viabilidade econômica de um projeto de armazenamento.

Integração com energia fotovoltaica

Os sistemas comerciais de armazenamento de baterias podem ser integrados com sistemas fotovoltaicos (PV) para criar soluções de armazenamento solar. Esses sistemas armazenam o excesso de energia solar para uso posterior, melhorando o autoconsumo de energia, reduzindo as cobranças de demanda e fornecendo energia de reserva confiável. Também apoiam serviços de rede, como regulação de frequências e arbitragem energética, tornando-os uma opção económica e amiga do ambiente para as empresas.

Conclusão

Os sistemas comerciais de armazenamento de energia estão a tornar-se cada vez mais viáveis ​​e atraentes à medida que os avanços tecnológicos e as políticas de apoio são implementadas. Estes sistemas oferecem benefícios significativos, incluindo poupanças de custos, maior resiliência e melhor integração de fontes de energia renováveis. Ao compreender os componentes, aplicações e vantagens, as empresas podem tomar decisões informadas para aproveitar todo o potencial dos sistemas comerciais de armazenamento de energia.

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