Como o armazenamento de energia em baterias em escala de rede auxilia os sistemas de energia modernos?

O armazenamento de energia em baterias em escala de rede é um ativo controlável do sistema elétrico que pode absorver eletricidade, armazená-la para uso posterior e devolvê-la quando a rede precisar de energia ou quando houver uma mudança no fornecimento. Seu papel vai além do armazenamento do excedente de geração solar ou eólica. Um projeto também pode seguir instruções de despacho, suportar frequência ou tensão, gerenciar uma restrição local ou reservar capacidade para eventos operacionais específicos. A questão importante não é simplesmente o tamanho da bateria, mas como sua potência, energia, controles e conexão à rede funcionam em conjunto.

O que diferencia o armazenamento de energia em baterias em escala de rede?

O armazenamento comercial geralmente atende a um edifício, fábrica ou campus atrás do medidor do cliente. O armazenamento de baterias em escala de rede normalmente opera como um ativo conectado à rede elétrica ou como parte de uma usina de energia. Suas decisões de carga e descarga podem seguir instruções da concessionária, cronogramas de mercado, produção de energia renovável ou condições da rede, em vez da conta de luz de um local específico.

A distinção baseia-se na função e na conexão, e não em um limite de capacidade universal. Uma grande bateria de fábrica pode permanecer atrás do medidor, enquanto uma instalação menor em uma subestação com recursos limitados pode desempenhar uma função na rede. Proteção, medição, projeto de transformadores, comunicações e normas de interconexão afetam o que a usina pode fazer.

Como a eletricidade se move através de um sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS) em escala de rede?

A energia segue um caminho elétrico, enquanto as instruções de despacho seguem um caminho de controle. Ambos devem permanecer coordenados. Um comando válido não pode produzir a resposta esperada se a bateria, o PCS (Sistema de Controle de Potência), o transformador, o painel de distribuição ou a conexão à rede elétrica atingirem um limite.

O caminho de carregamento

Durante o carregamento, a eletricidade pode vir da rede elétrica ou de uma usina solar ou eólica próxima. Em um sistema acoplado em CA, a energia CA chega ao sistema de conversão de energia através do equipamento de conexão. O PCS a converte em CC dentro dos limites de tensão e corrente da bateria. Usinas de energia renovável acopladas em CC utilizam um caminho de conversão diferente. O sistema de gerenciamento de baterias verifica a tensão, a temperatura, a corrente, o estado de carga e as falhas das células antes de autorizar a solicitação.

A cobrança nem sempre está atrelada a preços baixos. Uma usina pode absorver a produção de energia renovável que, de outra forma, seria desperdiçada, seguir um cronograma de despacho ou criar espaço antes de um pico de geração previsto. A meta determina quanta capacidade deve permanecer disponível.

O caminho de descarga

Durante a descarga, o processo se inverte. A bateria fornece energia CC dentro dos limites definidos pelo BMS. O PCS converte essa energia em CA compatível com a rede e controla a saída ativa e reativa. A eletricidade então passa por painéis de distribuição, medidores, dispositivos de proteção e, geralmente, um transformador elevador antes de chegar à subestação ou ao ponto de interconexão.

A usina não pode simplesmente exportar qualquer valor solicitado. A classificação do PCS (Sistema de Controle de Potência), a condição da bateria, a capacidade do transformador, o consumo auxiliar, as configurações de proteção e o contrato de interconexão estabelecem o limite prático. A potência nominal por si só não garante a potência entregável na conexão à rede.

O caminho de controle

Uma concessionária de energia, plataforma de mercado ou controlador de planta pode emitir uma meta operacional. O EMS (Sistema de Gerenciamento de Energia) a traduz em uma instrução de carga, descarga, espera ou reserva. O SCADA (Sistema de Controle e Análise de Dispositivos Automatizados) fornece o status da planta, alarmes e comunicação com o operador. O BMS (Sistema de Gerenciamento de Bateria) define o limite de segurança da bateria e o PCS (Sistema de Controle de Potência) executa o comando aprovado.

Se uma solicitação do sistema de gerenciamento de energia (EMS) exceder a potência permitida pela temperatura ou estado de carga da bateria, o limite de segurança terá prioridade. Uma meta de rede não pode sobrepor-se à proteção da bateria. A mesma hierarquia aplica-se à potência reativa, tensão, controle do fator de potência e limites de exportação.

Quais aplicações de armazenamento de energia em rede elétrica necessitam de diferentes modos de operação?

As aplicações de armazenamento de energia em rede não impõem a mesma demanda à bateria. Algumas transferem energia por horas, enquanto outras requerem mudanças frequentes de potência. A especificação do projeto deve identificar a função principal e explicar como as funções secundárias compartilham a capacidade.

Mudança de energia e integração de energias renováveis

O armazenamento de energia em baterias permite armazenar eletricidade em um período e liberá-la em outro. Com energia solar ou eólica, uma bateria pode absorver parte do excedente de produção e descarregar após a queda na produção. O valor do armazenamento de energia em baterias em escala de rede para energias renováveis ​​depende da geração, da capacidade da rede, do controle de geração, das regras de despacho e da duração do período.

O armazenamento de energia renovável em baterias não torna a geração variável contínua. A energia armazenada é finita e períodos prolongados de baixa produção podem exceder o período de descarga planejado. Previsões e configurações de reserva continuam sendo importantes.

Resposta de frequência e reservas operacionais

O suporte de frequência exige alterações na potência ativa em resposta a um sinal da rede. O sistema pode aumentar a descarga, reduzir o carregamento ou absorver energia adicional, dependendo do evento e das regras de mercado. As reservas operacionais também exigem que a capacidade seja mantida em reserva, em vez de ser usada para a negociação rotineira de energia.

Esses serviços precisam de controles aprovados, comunicação confiável, medição adequada e margem de segurança em ambas as direções. Uma bateria totalmente carregada não consegue absorver muita energia adicional, enquanto uma bateria com carga mínima não suporta descargas adicionais.

Suporte de tensão e rede

O PCS pode regular a potência reativa ou trabalhar para atingir uma meta de tensão ou fator de potência quando o equipamento e o acordo com a rede o permitirem. Potência ativa e reativa são variáveis ​​de controle separadas. O controle do fator de potência é uma meta alcançada principalmente pela alteração da potência reativa; ele não substitui o despacho de potência ativa.

Outras aplicações de armazenamento de energia em rede incluem capacidade de pico, gerenciamento de congestionamento e controle de rampa. Partida a frio, operação em ilha e transferência contínua não devem ser presumidas. Elas exigem capacidade de formação de rede, equipamentos de comutação, lógica de proteção, energia auxiliar e uma sequência aprovada.

Por que MW, MWh e duração são importantes separadamente?

MW mede a potência: a rapidez com que o sistema pode carregar ou descarregar. MWh mede a energia: quanta eletricidade está disponível ao longo do tempo. A duração relaciona as duas medidas. De forma simplificada, a energia utilizável dividida pela potência de descarga fornece as horas de operação nessa potência, antes de se considerar as perdas e as necessidades de reserva.

Por isso, a distinção entre MW e MWh no armazenamento de baterias é uma questão de projeto e não de terminologia. A resposta em frequência pode exigir alta potência com movimentação de energia limitada. A transição para energias renováveis ​​no período noturno pode exigir um período de descarga mais longo. Um sistema projetado para uma determinada aplicação pode não ter a relação potência/energia adequada para outra.

A comparação entre MW e MWh para armazenamento de energia em baterias em escala de rede deve ser feita no momento correto. A potência de saída do PCS (Controlador de Potência de Partida), as perdas no transformador, as cargas auxiliares, a faixa de estado de carga utilizável e a reserva afetam a quantidade de energia que chega à rede. Os compradores devem comparar o desempenho garantido sob condições operacionais definidas, e não apenas a capacidade do gabinete.

Como o armazenamento de baterias em escala de serviços públicos é conectado e controlado?

Uma conexão elétrica estabelece o limite físico; a arquitetura de controle determina como a planta se comporta dentro dele. Ambos devem ser projetados em torno do mesmo código de rede, regime de operação e divisão de responsabilidades.

Conexão e proteção elétrica

A conexão típica inclui compartimentos ou contêineres de baterias, unidades PCS, transformadores, painéis de distribuição de média ou alta tensão, relés de proteção, medidores, alimentação auxiliar e uma interface de subestação. O arranjo exato depende da tensão do projeto, da capacidade, do layout do local, da redundância e dos requisitos locais.

A proteção deve isolar falhas sem desligamentos desnecessários em toda a planta. A medição deve suportar a liquidação e as verificações de desempenho. Quando a exportação for restrita, o controle de potência reversa utiliza medidores e lógica de controle para detectar a direção e ajustar a saída antes que o limite acordado seja ultrapassado.

Despacho, supervisão e limites operacionais

EMS, SCADA, BMS e PCS formam camadas de controle interligadas, porém distintas. Uma explicação clara do Funções do PCS, BMS e EMS Ajuda a evitar especificações sobrepostas. O SCADA adiciona então supervisão em nível de planta, acesso do operador, registros de eventos e comunicação com sistemas de controle externos.

O projeto de controle deve definir a responsabilidade pelos comandos, a prioridade dos limites, o comportamento em caso de perda de comunicação e o retorno ao serviço após uma interrupção. Deve também especificar se o controle abrange potência ativa, potência reativa, tensão, frequência ou fator de potência. Rótulos semelhantes podem descrever funções diferentes.

Quais são os limites do desempenho real do armazenamento em redes elétricas?

O armazenamento de energia em baterias de grande escala não permite atribuir a mesma capacidade a todos os serviços simultaneamente. A energia reservada para um pico noturno não estará disponível para uma descarga anterior, a menos que o cronograma seja alterado. A margem reservada para resposta de frequência pode reduzir o volume de negociação de energia. Portanto, o agrupamento de serviços exige prioridades explícitas.

Temperatura, estado de carga, balanceamento de células, envelhecimento, limites do PCS (Sistema de Controle de Potência), carga do transformador e demanda auxiliar podem reduzir a produção. Ciclos repetidos alteram a capacidade utilizável. Aumento de capacidade, reserva, acesso para manutenção e garantias de disponibilidade devem ser considerados antes da definição do layout.

As condições da rede criam outra limitação. Termos de interconexão, regras de mercado, comunicações ou medição podem impedir que uma usina, mesmo que capaz, forneça o serviço. Operações de formação de rede, suporte de tensão e funções de restauração exigem engenharia e aprovação separadas.

O que os desenvolvedores devem definir antes da seleção do sistema?

Antes de comparar equipamentos, a equipe do projeto deve definir:

• o serviço principal e quaisquer obrigações secundárias de receita ou confiabilidade;
• MW necessários, MWh utilizáveis, duração da descarga e estado de carga da reserva;
• Ciclos esperados, padrão de rampa e entrada de carregamento;
• tensão da rede, ponto de interconexão, limites de exportação e âmbito de proteção;
• Requisitos de potência ativa, potência reativa, tensão e fator de potência;
• Interfaces EMS e SCADA, comportamento em caso de perda de comunicação e propriedade dos dados;
• limites ambientais, gestão térmica, proteção contra incêndio e acesso para manutenção;
• Suposições de degradação, estratégia de aumento e método de teste de desempenho.

Na SUNWAY, utilizamos essas informações do projeto para refinar a arquitetura antes da seleção das especificações dos equipamentos. Os desenvolvedores podem analisar opções mais abrangentes. opções de armazenamento de energia em escala de serviços públicos Assim que o regime de operação e a interface com a rede estiverem claros.

Conclusão

O armazenamento de energia em baterias em escala de rede dá suporte aos sistemas de energia modernos, movimentando energia ao longo do tempo e ajustando a potência em resposta às necessidades da rede. Seu desempenho depende de mais do que apenas a capacidade da bateria. A capacidade do PCS (Sistema de Controle de Potência), os transformadores, a proteção, os controles, a medição, a estratégia de reserva e a aprovação da rede influenciam o resultado final.

Um projeto bem-sucedido começa com um serviço definido, uma relação realista entre MW e MWh e uma hierarquia de comandos clara. Para auxiliar na tradução desses requisitos em uma arquitetura de sistema, Discuta o período de operação necessário com nossa equipe de projeto..

Perguntas frequentes

P: Como funciona o armazenamento de energia em baterias em escala de rede?

A: Ele é carregado pela rede elétrica ou por uma usina geradora, armazena energia em baterias e descarrega através de um PCS quando instruído. O EMS e o SCADA coordenam o alvo, enquanto o BMS mantém a operação dentro dos limites de segurança da bateria.

P: Como o armazenamento de baterias em escala de serviços públicos é conectado à rede elétrica?

A: Normalmente, um projeto se conecta por meio de equipamentos PCS, transformadores, painéis de distribuição, relés de proteção, medidores e um ponto de interconexão definido. O projeto depende da tensão, da capacidade, das normas da rede local, da proteção e dos serviços necessários.

P: Por que são necessários tanto MW quanto MWh ao especificar o armazenamento em rede?

A: MW define a potência de carga ou descarga. MWh define a energia armazenada ao longo do tempo. Ambos são necessários porque serviços de rede rápidos e deslocamentos de energia mais longos impõem diferentes requisitos de potência, energia, reserva e ciclagem.