Nos últimos 50 anos, houve um aumento contínuo no consumo global de eletricidade, com um uso estimado de cerca de 25.300 terawatt-hora no ano de 2021. Com a transição para a indústria 4.0, há um aumento nas demandas de energia em todo o mundo. Esses números estão aumentando a cada ano, sem incluir os requisitos de energia dos setores industriais e outros econômicos. Essa mudança industrial e consumo de alta potência estão acoplados a efeitos mais tangíveis das mudanças climáticas devido a emissões excessivas de gases de efeito estufa. Atualmente, a maioria das usinas e instalações de geração de energia depende muito de fontes de combustível fóssil (petróleo e gás) para atender a essas demandas. Essas preocupações climáticas proíbem a geração de energia adicional usando métodos convencionais. Assim, o desenvolvimento de sistemas de armazenamento de energia eficiente e confiável tornou -se cada vez mais importante para garantir um suprimento contínuo e confiável de energia de fontes renováveis.

O setor de energia respondeu mudando para soluções de energia renovável ou "verde". A transição foi ajudada por técnicas de fabricação aprimoradas, levando, por exemplo, para a fabricação mais eficiente de lâminas de turbinas eólicas. Além disso, os pesquisadores conseguiram melhorar a eficiência das células fotovoltaicas, levando a uma melhor geração de energia por área de uso. Em 2021, a geração de eletricidade de fontes solares fotovoltaicas (PV) aumentou significativamente, atingindo um recorde de 179 TWH e representando um crescimento de 22% em comparação com 2020. A tecnologia solar fotovoltaica agora é responsável por 3,6% da geração global de eletricidade e atualmente é a terceira maior renovação renovável Fonte de energia após hidrelétrica e vento.

No entanto, esses avanços não resolvem algumas das desvantagens inerentes aos sistemas de energia renovável, principalmente a disponibilidade. A maioria desses métodos não produz energia sob demanda como usinas de carvão e petróleo. As saídas de energia solar estão, por exemplo, disponíveis durante todo o dia, com variações, dependendo dos ângulos de irradiação solar e posicionamento do painel fotovoltaico. Ele não pode produzir energia durante a noite, enquanto sua produção é significativamente reduzida durante o inverno e em dias muito nublados. A energia eólica também sofre de flutuações, dependendo da velocidade do vento. Portanto, essas soluções precisam ser acopladas aos sistemas de armazenamento de energia para sustentar o fornecimento de energia durante períodos baixos de produção.

O que são sistemas de armazenamento de energia?

Os sistemas de armazenamento de energia podem armazenar energia para serem usados ​​posteriormente. Em alguns casos, haverá uma forma de conversão de energia entre energia armazenada e energia fornecida. O exemplo mais comum são baterias elétricas, como baterias de íons de lítio ou baterias de chumbo-ácido. Eles fornecem energia elétrica por meio de reações químicas entre os eletrodos e o eletrólito.

As baterias, ou Bess (sistema de armazenamento de energia da bateria), representam o método de armazenamento de energia mais comum usado em aplicações de vida diária. Existe outro sistema de armazenamento, como plantas hidrelétricas que convertem a energia potencial da água armazenada em uma barragem em energia elétrica. A água caindo girará o volante de uma turbina que produz energia elétrica. Outro exemplo é o gás comprimido, após a liberação, o gás girará a roda da potência de produção da turbina.

O que separa as baterias dos outros métodos de armazenamento são suas possíveis áreas de operação. De dispositivos pequenos e fonte de alimentação automobilística a aplicações domésticas e grandes fazendas solares, as baterias podem ser integradas perfeitamente a qualquer aplicativo de armazenamento fora da rede. Por outro lado, os métodos hidrelétricos e de ar comprimidos requerem infraestruturas muito grandes e complexas para armazenamento. Isso leva a custos muito altos que exigem aplicativos muito grandes para que sejam justificados.

Use casos para sistemas de armazenamento fora da grade.

Como mencionado anteriormente, os sistemas de armazenamento fora da rede podem facilitar o uso e a dependência de métodos de energia renovável, como energia solar e eólica. No entanto, existem outras aplicações que podem se beneficiar muito de tais sistemas

As grades de energia da cidade visam fornecer a quantidade certa de energia com base na oferta e demanda de cada cidade. O poder necessário pode flutuar ao longo do dia. Os sistemas de armazenamento fora da rede têm sido usados ​​para atenuar as flutuações e fornecer mais estabilidade nos casos de pico de demanda. De uma perspectiva diferente, os sistemas de armazenamento fora da grade podem ser altamente benéficos para compensar qualquer falha técnica imprevista na grade de energia principal ou durante períodos de manutenção programados. Eles podem atender aos requisitos de energia sem precisar procurar fontes de energia alternativas. Pode -se citar, por exemplo, a tempestade de gelo do Texas no início de fevereiro de 2023, que deixou aproximadamente 262.000 pessoas sem energia, enquanto os reparos foram atrasados ​​devido às condições climáticas difíceis.

Veículos elétricos são outra aplicação. Os pesquisadores investiram muito esforço para otimizar as estratégias de fabricação e descarga de baterias, a fim de extensão a vida útil e a densidade de potência das baterias. As baterias de íons de lítio estão na vanguarda desta pequena revolução e foram amplamente utilizadas em carros elétricos novos, mas também em ônibus elétricos. As melhores baterias nesse caso podem levar a uma milhagem maior, mas também reduzindo os tempos de carregamento com as tecnologias corretas.

Outros avanços tecnológicos gostam de UAVs e robôs móveis se beneficiaram muito do desenvolvimento da bateria. As estratégias de movimento e as estratégias de controle dependem muito da capacidade e energia da bateria fornecidas.

O que é um Bess

O sistema de armazenamento de energia do BESS ou da bateria é um sistema de armazenamento de energia que pode ser usado para armazenar energia. Essa energia pode vir da grade principal ou de fontes de energia renovável, como energia eólica e energia solar. É composto por múltiplas baterias organizadas em diferentes configurações (série/paralelo) e dimensionadas com base nos requisitos. Eles estão conectados a um inversor usado para converter a energia CC em energia CA para uso. Um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) é usado para monitorar as condições da bateria e a operação de carregamento/descarga.

Comparados a outros sistemas de armazenamento de energia, eles são particularmente flexíveis para colocar/conectar e não exigem uma infraestrutura altamente cara, mas ainda têm um custo considerável e exigem manutenção mais regular com base no uso.

Bess Dimensionamento e hábitos de uso

Um ponto crucial a ser resolvido ao instalar um sistema de armazenamento de energia da bateria é o tamanho. Quantas baterias são necessárias? Em que configuração? Em alguns casos, o tipo de bateria pode desempenhar um papel crucial a longo prazo em termos de economia de custos e eficiência

Isso é feito caso a caso, pois as aplicações podem variar de famílias pequenas a grandes plantas industriais.

A fonte de energia renovável mais comum para famílias pequenas, especialmente em áreas urbanas, é solar usando painéis fotovoltaicos. O engenheiro consideraria, em geral, o consumo médio de energia da família e avalia a irradiância solar ao longo do ano para o local específico. O número de baterias e sua configuração de grade são escolhidos para atender às demandas domésticas durante a menor fonte de alimentação solar do ano, sem drenar inteiramente as baterias. Isso assume uma solução para ter uma independência completa de poder da grade principal.

Manter um estado de carga relativamente moderado ou não descarregar completamente as baterias é algo que pode ser contra -intuitivo a princípio. Afinal, por que usar um sistema de armazenamento se não podemos extraí -lo em potencial total? Em teoria, é possível, mas pode não ser a estratégia que maximize o retorno do investimento.

Uma das principais desvantagens de Bess é o custo relativamente alto das baterias. Portanto, é essencial escolher um hábito de uso ou uma estratégia de cobrança/descarga que maximize a vida útil da bateria. Por exemplo, as baterias ácidas de chumbo não podem ser descarregadas abaixo da capacidade de 50% sem sofrer de dano irreversível. As baterias de íons de lítio têm maior densidade de energia, vida útil de ciclo longo. Eles também podem ser descarregados usando faixas maiores, mas isso tem um custo de aumento do preço. Há uma alta variação no custo entre diferentes químicas, as baterias de chumbo-ácido podem ser de centenas a milhares de dólares mais baratos que uma bateria de íon de lítio do mesmo tamanho. É por isso que as baterias de chumbo ácido são as mais utilizadas em aplicações solares em países do 3º mundo e comunidades pobres.

O desempenho da bateria é fortemente afetado pela degradação durante sua vida útil, não tem um desempenho constante que termine com falha súbita. Em vez disso, a capacidade e a fornecimento podem desaparecer progressivamente. Na prática, é considerado que uma vida útil da bateria acabou quando sua capacidade atingir 80% de sua capacidade original. Em outras palavras, quando experimenta uma capacidade de 20% desaparece. Na prática, isso significa que uma quantidade menor de energia pode ser fornecida. Isso pode afetar os períodos de uso para sistemas totalmente independentes e a quantidade de milhagem que um EV pode cobrir.

Outro ponto a considerar é a segurança. Com os avanços na fabricação e tecnologia, as baterias recentes foram em geral mais estáveis ​​quimicamente. No entanto, devido à degradação e histórico de abusos, as células podem entrar em fuga térmica, o que pode levar a resultados catastróficos e, em alguns casos, colocar a vida dos consumidores em perigo.

É por isso que as empresas desenvolveram melhor software de monitoramento de bateria (BMS) para controlar o uso da bateria, mas também monitoram o estado da saúde, a fim de fornecer manutenção oportuna e evitar consequências agravadas.

Conclusão

Dos sistemas de armazenamento de energia da rede oferecem uma grande oportunidade para alcançar a independência de energia da grade principal, mas também fornece uma fonte de energia de backup durante as pontas de inatividade e os períodos de pico de carga. O desenvolvimento facilitaria a mudança em direção a fontes de energia mais verdes, limitando assim o impacto da geração de energia nas mudanças climáticas enquanto ainda atende aos requisitos de energia com crescimento constante no consumo.

Os sistemas de armazenamento de energia da bateria são os mais usados ​​e os mais fáceis de configurar para diferentes aplicações diárias. Sua alta flexibilidade é combatida por um custo relativamente alto, levando ao desenvolvimento de estratégias de monitoramento para prolongar a respectiva vida útil o máximo possível. Atualmente, a indústria e a academia estão derramando muito esforço para investigar e entender a degradação da bateria sob diferentes condições.