Sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS): como funcionam, componentes principais, benefícios e tendências futuras.

Um sistema de armazenamento de energia em baterias armazena energia elétrica e a libera quando uma residência, empresa, usina de energia renovável ou rede elétrica necessita dela. A bateria é apenas uma parte de um sistema de armazenamento completo, que também requer conversão de energia, monitoramento, gerenciamento de energia, controle térmico, proteção e comunicação.

Essa visão sistêmica mais ampla explica por que o armazenamento em baterias se estende desde o fornecimento de energia residencial de reserva até o gerenciamento de picos de demanda na indústria e o armazenamento em larga escala para redes elétricas. Seu valor reside no controle dos momentos de carga e descarga de energia.

O que é um sistema de armazenamento de energia em baterias?

Um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS, na sigla em inglês) é um sistema elétrico integrado que armazena energia em baterias recarregáveis ​​e a devolve quando as condições de operação exigem. Sua arquitetura de controle interliga a bateria com as cargas, a rede elétrica, a geração de energia renovável ou outras fontes de energia aprovadas.

Qual a diferença entre um sistema de armazenamento completo e um banco de baterias?

Um banco de baterias é basicamente composto por células, módulos ou conjuntos conectados para fornecer a tensão e a capacidade necessárias. Um sistema de armazenamento completo também inclui a arquitetura operacional dessas baterias.

Esse sistema pode incluir gerenciamento de baterias, conversão de energia, gerenciamento de energia, proteção, refrigeração, proteção contra incêndio, medição e interfaces de comunicação. Uma bateria armazena energia; os controles determinam se ela pode ser carregada, descarregada, manter a capacidade de reserva ou alimentar a rede elétrica.

Como funciona o armazenamento de baterias, desde o carregamento até a descarga?

O ciclo operacional possui três etapas interligadas: carregamento, armazenamento e descarga controlada.

O carregamento converte a energia disponível em energia armazenada.

A eletricidade pode vir da rede elétrica, de geração solar, de geração eólica ou de outra fonte de energia permitida. O PCS gerencia a conversão bidirecional e o carregamento de energia. O BMS monitora a tensão, a corrente, a temperatura e o estado da bateria para manter a operação dentro dos limites definidos.

Uma residência pode ser carregada com o excedente de energia solar, enquanto uma fábrica pode ser carregada durante um período de tarifa mais baixa.

A energia armazenada permanece sujeita a limites operacionais.

A energia armazenada nem sempre é igual à energia utilizável. O estado de carga, os requisitos de reserva, a temperatura e os limites de proteção afetam a capacidade de despacho.

Para fins de segurança, parte da bateria pode permanecer reservada. Para redução de picos de demanda, o sistema pode conservar energia até um pico de demanda posterior, em vez de descarregá-la imediatamente.

A descarga segue a estratégia de controle.

Quando há necessidade de energia, o PCS converte a energia CC armazenada na bateria para cargas CA ou para a rede elétrica. O EMS pode decidir quando a descarga começa, quanta energia é fornecida e quando ela termina. Essa coordenação é importante porque vários objetivos podem compartilhar a mesma energia armazenada.

Quais são os principais componentes do sistema?

Os componentes principais desempenham funções diferentes, mas devem trocar dados confiáveis ​​e reagir como um único sistema.

Os conjuntos de baterias e o BMS formam a camada de armazenamento.

As células de bateria são montadas em módulos, conjuntos, racks ou unidades empilháveis, dependendo da escala. O fosfato de ferro-lítio, ou LFP, é amplamente utilizado em armazenamento estacionário, onde a vida útil e a estabilidade térmica são importantes.

O BMS monitora tensão, corrente, temperatura, estado de carga e condições anormais. Ele também ajuda a prevenir sobrecarga, descarga excessiva e operação fora dos limites definidos.

Fluxo de energia de controle PCS e EMS

O PCS realiza a conversão bidirecional entre a bateria e a corrente alternada. Sua potência nominal afeta a velocidade de carregamento e a quantidade de carga que o sistema pode suportar simultaneamente.

O EMS coleta dados do PCS, BMS, medidores, cargas e outros dispositivos. Ele pode programar o carregamento e descarregamento com base na demanda, preços, produção de energia renovável, requisitos de reserva ou instruções da rede.

Sistemas térmicos, de combate a incêndio e de comunicação dão suporte à operação.

Os sistemas de armazenamento podem utilizar refrigeração natural, a ar ou líquida, dependendo da densidade de potência e do ambiente. Proteção contra incêndio, painéis elétricos, sensores, transformadores e equipamentos de distribuição adicionam controle e proteção. CAN, RS485 e Ethernet transmitem dados e comandos entre os dispositivos.

O que significam kW, kWh, SOC e Duração?

Esses termos descrevem diferentes aspectos do desempenho do armazenamento de baterias.

kW descreve potência, enquanto kWh descreve energia.

A potência em kW indica quanta energia elétrica um sistema pode fornecer em um determinado momento. A energia em kWh ou MWh indica quanta eletricidade a bateria pode armazenar ou transferir ao longo do tempo.

Um sistema de alta potência com energia limitada pode suportar um pico de demanda momentâneo, mas não consegue sustentá-lo por horas. Um sistema de alta energia com potência insuficiente ainda pode não ser capaz de suportar uma grande carga instantânea.

SOC e duração definem a janela operacional.

O estado de carga indica quanta energia resta. As configurações de reserva mínima, os limites de proteção, as perdas e os requisitos de backup reduzem a parcela disponível para despacho de rotina.

A duração relaciona potência com energia. Um projeto que precisa suportar uma carga moderada por várias horas requer uma configuração diferente de um projeto para um evento curto de alta potência.

O que um sistema de armazenamento de energia em baterias pode fazer?

As aplicações variam de acordo com o local, mas diversas funções aparecem repetidamente.

Desloque a energia e reduza a demanda de pico.

O armazenamento de energia em baterias permite transferir energia de um período para outro. Instalações comerciais e industriais podem carregar a energia durante períodos de menor custo e descarregá-la posteriormente, enquanto o gerenciamento de picos de demanda pode reduzir períodos curtos de alta demanda na rede elétrica. Ambos dependem do momento da carga, das tarifas, da potência de carregamento e da capacidade utilizável.

Apoio a sistemas de backup e energias renováveis.

O sistema pode reservar energia para cargas críticas quando sua arquitetura suporta operação de reserva. Ele também pode armazenar o excedente de geração renovável e liberá-lo quando a produção cai ou a demanda aumenta, ajudando projetos de energia solar e eólica a gerenciar a diferença de tempo entre geração e consumo.

Proporcionar flexibilidade à rede elétrica

Sistemas de maior porte podem suportar regulação de pico, resposta de frequência, integração de energias renováveis, reserva de emergência e outras funções de despacho. O armazenamento de energia em baterias em escala de rede, portanto, atua como um recurso energético flexível, e não apenas como um reservatório de energia.

Onde são utilizados os sistemas de armazenamento de energia em baterias?

Os mesmos princípios se aplicam em diferentes escalas, mas a arquitetura muda de acordo com a aplicação.

Armazenamento residencial e para pequenos terrenos

Residências e propriedades menores frequentemente utilizam sistemas de armazenamento para autoconsumo de energia solar, consumo de eletricidade em horários específicos e como fonte de energia de reserva. Baterias modulares de alta tensão podem economizar espaço e permitir o aumento gradual da capacidade. (Sunway's) portfólio residencial de ESS Abrange diversos formatos de sistema.

Locais comerciais e industriais

Fábricas, armazéns, hotéis, instalações de refrigeração, parques empresariais e estações de carregamento de veículos elétricos podem utilizar o armazenamento de energia em baterias para redução de picos de demanda, gestão de tarifas, backup, deslocamento da energia solar ou resposta à demanda. Potência, duração, reserva, limites do transformador e expansão futura podem influenciar a configuração ideal.

Projetos de grande escala para concessionárias e redes elétricas

O armazenamento de energia em sistemas de geração distribuída utiliza baterias de maior capacidade, controles em nível de usina e interfaces com a rede elétrica. Esses projetos podem dar suporte ao despacho de energia, à suavização da geração renovável, à regulação de pico, aos serviços de frequência ou à operação de emergência.

Quais são os principais benefícios e limitações?

Um projeto de armazenamento útil começa com um problema operacional claro. A tecnologia é flexível, mas não é ilimitada.

Os benefícios advêm da energia controlável.

Os benefícios potenciais incluem o deslocamento do consumo de energia, a redução dos picos de demanda, o fornecimento de energia de reserva para cargas críticas, a integração de energias renováveis, a gestão da procura e o suporte à rede elétrica. O armazenamento modular de baterias também permite uma expansão faseada.

Os limites devem ser incluídos no projeto.

A capacidade da bateria é finita. A potência de carga e descarga é limitada. Cargas de conversão e auxiliares consomem energia. A reserva de energia reduz a capacidade disponível, enquanto as configurações de temperatura e proteção podem afetar o desempenho.

O valor do projeto também depende das tarifas, padrões de carga, regras da rede elétrica, condições de instalação e prioridades do sistema de gestão de energia (EMS). O dimensionamento deve seguir os requisitos operacionais reais.

O que os compradores devem comparar ao avaliar um sistema de armazenamento?

Uma especificação torna-se mais útil quando cada parâmetro está vinculado a um requisito do projeto. A potência nominal define a capacidade de carga ou descarga; a capacidade de energia define a energia armazenada. A composição química da bateria, o BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria), o EMS (Sistema de Gerenciamento de Energia), o resfriamento, a comunicação, a proteção e o projeto de expansão afetam a operação, a integração, a segurança e a flexibilidade.

Os compradores também devem confirmar a tensão da rede elétrica, o modo de backup, o ambiente de instalação e os requisitos de conformidade locais antes de fazer o pedido.

Como é, na prática, um sistema integrado de armazenamento de energia em baterias (BESS)?

Um sistema completo de armazenamento de energia em baterias (BESS) integra armazenamento de energia, conversão bidirecional de energia, gerenciamento de energia, controle térmico, proteção de segurança e comunicação em uma arquitetura coordenada. A configuração exata varia de acordo com a escala do projeto, mas essas funções precisam operar como um único sistema, e não como equipamentos separados.

No SunwayTrabalhamos com aplicações de armazenamento de energia residenciais, comerciais, industriais e de concessionárias. Isso torna a integração de sistemas especialmente relevante quando os projetos vão além de pequenas instalações de baterias e exigem gerenciamento de energia coordenado, controle térmico, monitoramento e proteção.

Para fins comerciais e industriais, o Sistema de armazenamento de energia refrigerado a líquido SUNWAY de 100 kW / 261 kWh Combina uma bateria LFP de 261 kWh com potência CA nominal de 125 kW em um gabinete externo com classificação IP55. Sua arquitetura integrada inclui PCS modular, EMS, BMS, distribuição de energia, proteção contra incêndio e controle ambiental. O resfriamento líquido inteligente auxilia no gerenciamento térmico, enquanto as comunicações CAN, Ethernet e RS485 fornecem interfaces para monitoramento e coordenação do sistema.

Este projeto integrado ilustra por que um sistema de armazenamento de energia em baterias deve ser avaliado considerando mais do que apenas a capacidade da bateria. Capacidade de potência, energia armazenada, estratégia de controle, refrigeração, proteção, comunicação e requisitos da rede elétrica devem funcionar em conjunto. A configuração final ainda deve ser adequada ao perfil de carga do local, à duração prevista, ao modo de operação, ao ambiente de instalação, às condições da rede elétrica e ao plano de expansão futura.

O que está mudando no futuro do armazenamento de energia em baterias?

O desenvolvimento futuro caminha para uma melhor coordenação, expansão flexível e interação mais estreita com os mercados de energia.

Os sistemas de gestão de emergências (EMS) e o software assumirão um papel mais importante.

O controle avançado pode combinar dados de carga, tarifas, geração renovável, estado da bateria e sinais da rede, permitindo que o despacho responda a condições variáveis ​​em vez de horários fixos.

Sistemas modulares permitirão expansão flexível

Baterias modulares e arquiteturas de conversão de energia podem simplificar o crescimento faseado. A expansão ainda requer versões de bateria compatíveis, capacidade de comunicação, margem elétrica, configurações de proteção e espaço.

O armazenamento se conectará com mais serviços de rede.

Usinas virtuais de energia, resposta à demanda, serviços auxiliares e armazenamento distribuído agregado criam funções adicionais para o armazenamento de baterias. Em larga escala, o armazenamento pode se tornar parte do planejamento de flexibilidade da rede, em vez de um ativo de reserva isolado.

Transforme os conceitos básicos de sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) em uma configuração específica para o seu projeto.

Saber o que o sistema faz é apenas o primeiro passo. Um projeto ainda precisa da potência adequada, capacidade energética, modo de operação, reserva de energia, arquitetura de comunicação e projeto de instalação corretos.

Compartilhe conosco seu perfil de carga, duração desejada do backup, tensão da rede, estrutura tarifária, entrada de carregamento, ambiente de instalação e plano de expansão. Analise os requisitos do seu projeto de armazenamento de baterias. antes de definir o tamanho da bateria ou a arquitetura do sistema.

Perguntas frequentes

P: Qual a diferença entre uma bateria e um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS)?

A: Uma bateria armazena energia elétrica. Um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) combina a bateria com monitoramento, conversão de energia, gerenciamento de energia, proteção, controle térmico e comunicações, permitindo que a energia armazenada seja carregada e descarregada de acordo com uma estratégia operacional.

P: Por quanto tempo o sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) consegue fornecer energia?

A: O tempo de execução depende da capacidade de energia utilizável, da potência da carga, dos limites do estado de carga, da reserva de energia de reserva, das perdas de conversão e das configurações do sistema. Uma classificação de kWh maior pode suportar uma determinada carga por mais tempo, mas a potência disponível em kW também deve ser suficiente.

P: Um único sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) pode suportar redução de picos de demanda, armazenamento de energia renovável e fornecimento de energia de reserva?

A: Sim, quando a arquitetura do sistema suporta essas funções. Elas compartilham a mesma energia da bateria e a energia armazenada, portanto, o EMS deve definir prioridades, limites de reserva e cronogramas de carga e descarga.