Os Sistemas de Armazenamento de Energia Eléctrica (EESS) são tecnologias concebidas para captar e armazenar energia eléctrica para utilização posterior, desempenhando um papel crucial no equilíbrio entre a oferta e a procura de energia, particularmente no contexto de fontes de energia renováveis como a solar e a eólica.
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O que é o EESS?
Os sistemas de armazenamento de energia eléctrica (EESS) são tecnologias inovadoras que permitem o armazenamento de eletricidade produzida a partir de várias fontes, incluindo as energias renováveis, para utilização posterior. Estes sistemas desempenham um papel vital na resposta aos desafios da produção intermitente de energia e da flutuação da procura. Ao converterem a energia eléctrica noutras formas de energia armazenável e de novo em eletricidade quando necessário, os EESS ajudam a estabilizar a rede eléctrica e a aumentar a fiabilidade do fornecimento de energia. Esta capacidade é particularmente crucial para a integração de fontes de energia renováveis como a solar e a eólica, que são inerentemente variáveis na sua produção, na infraestrutura energética mais alargada.
Principais funções do EESS
- Redução dos picos de consumo e nivelamento da carga: Os EESS armazenam o excesso de energia durante os períodos de baixa procura e descarregam-na durante as horas de ponta, suavizando as curvas de carga de energia e melhorando a eficiência da rede.
- Estabilidade da rede: Estes sistemas proporcionam uma rápida regulação da frequência e apoio à tensão, mantendo a qualidade da energia e a fiabilidade da rede.
- Integração das energias renováveis: Os EESS atenuam a intermitência das fontes renováveis armazenando o excesso de energia para utilização quando a produção é baixa, facilitando uma maior penetração das energias limpas.
- Resiliência e cópia de segurança: Durante interrupções ou emergências, os EESS oferecem energia de reserva crítica, aumentando a resiliência global da rede.
- Redução de custos: Ao permitir a arbitragem de energia e ao reduzir a dependência de centrais de produção de energia dispendiosas, as EESS ajudam a reduzir os custos globais da energia para os consumidores e para os serviços públicos.
Tipos de sistemas de armazenamento de energia
Os sistemas de armazenamento de energia englobam uma variedade de tecnologias, cada uma com caraterísticas e aplicações únicas:
- Sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS): Utilizando principalmente baterias de iões de lítio, estes sistemas dominam o mercado devido à sua elevada densidade energética e custos decrescentes. Outros tipos de baterias incluem baterias de estado sólido e de fluxo.
- Armazenamento mecânico: Esta categoria inclui a acumulação hídrica por bombagem, que utiliza o excesso de eletricidade para bombear água para altitudes mais elevadas, e a acumulação de energia por ar comprimido (CAES), em que o ar é comprimido em cavernas subterrâneas.
Projeto de armazenamento mecânico do Southwest Research Institute
- Armazenamento de energia térmica: Estes sistemas armazenam energia sob a forma de calor, como o sal fundido, ou de frio, como o gelo, para utilização posterior em aplicações de aquecimento ou arrefecimento.
- Armazenamento de energia no volante do motor: Esta tecnologia armazena energia cinética numa massa rotativa, adequada para aplicações de curta duração que requerem uma libertação rápida de energia.
Projeto de armazenamento de energia com volante de inércia em Shenzhen, China
Comparação de sistemas de armazenamento
Os sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) oferecem vantagens distintas em relação a outros sistemas de armazenamento de energia, particularmente em termos de densidade de energia e versatilidade. Os BESS, especialmente os que utilizam tecnologia de iões de lítio, proporcionam uma maior densidade energética em comparação com alternativas como os supercapacitores, permitindo soluções de armazenamento mais compactas e eficientes. Ao contrário dos sistemas mecânicos, como o armazenamento por bombagem de água ou de ar comprimido, os BESS podem ser facilmente escalonados e utilizados em vários contextos, desde aplicações residenciais a aplicações à escala dos serviços públicos.
No entanto, as BESS enfrentam desafios em termos de ciclo de vida e de armazenamento a longo prazo em comparação com algumas alternativas. Por exemplo, as baterias de fluxo têm uma vida útil mais longa e a capacidade de se descarregarem profundamente sem sofrerem danos, o que as torna adequadas para serviços de maior duração. Os supercapacitores, embora tenham uma densidade de energia inferior, destacam-se pelas suas capacidades de carga e descarga rápidas, o que os torna ideais para aplicações de alta potência e curta duração. A escolha entre BESS e outros sistemas de armazenamento depende, em última análise, dos requisitos específicos da aplicação, incluindo capacidade de energia, potência de saída, tempo de resposta e considerações de custo.
Saber mais sobre o BESS
Meios de armazenamento de energia
Os meios de armazenamento de energia eléctrica englobam uma variedade de tecnologias concebidas para armazenar energia eléctrica para utilização posterior. Os tipos mais comuns incluem:
- Baterias electroquímicas: Estas incluem baterias de iões de lítio, de chumbo-ácido e de fluxo. As baterias de iões de lítio dominam o mercado devido à sua elevada densidade energética e à diminuição dos custos.
- Condensadores e supercapacitores: Estes dispositivos armazenam energia num campo elétrico e são adequados para aplicações de carga e descarga rápidas.
- Armazenamento de energia magnética por supercondutores (SMES): Esta tecnologia armazena energia num campo magnético criado pelo fluxo de corrente contínua numa bobina supercondutora.
- Armazenamento térmico: Sistemas como o armazenamento de sal fundido ou de gelo convertem a energia eléctrica em energia térmica para utilização posterior.
Aplicações do EESS
Os sistemas de armazenamento de energia eléctrica têm diversas aplicações em vários sectores. Na rede eléctrica, desempenham um papel crucial na estabilização da oferta e da procura, especialmente quando se integram fontes de energia renováveis intermitentes. Os EESS permitem a deslocação temporal do consumo de energia, permitindo aos utilizadores armazenar eletricidade durante as horas de vazio para utilização durante os períodos de maior procura. Estes sistemas são também componentes vitais das microrredes, fornecendo energia de reserva durante as interrupções e aumentando a resiliência global da rede. No sector dos transportes, as tecnologias EESS, em especial os sistemas de baterias, são fundamentais para o funcionamento dos veículos eléctricos. Além disso, os EESS apoiam as aplicações industriais e comerciais, ajudando a gerir os picos de carga e a reduzir os custos energéticos.
Vantagens do EESS
A implementação de sistemas de armazenamento de energia eléctrica oferece inúmeras vantagens para a gestão e sustentabilidade da energia. Estes sistemas contribuem para a estabilidade da rede, equilibrando a oferta e a procura, reduzindo a necessidade de centrais eléctricas dispendiosas para os picos de consumo. Os EESS facilitam uma maior integração das fontes de energia renováveis, ajudando a atenuar os problemas de intermitência associados à energia solar e eólica. Ao permitir que os utilizadores armazenem energia durante os períodos de baixo custo e a utilizem durante os períodos de elevada procura, os EESS podem conduzir a poupanças de custos significativas. Além disso, estes sistemas aumentam a fiabilidade da energia, fornecendo apoio durante as interrupções, e contribuem para a sustentabilidade ambiental, optimizando a utilização de recursos renováveis e reduzindo as emissões de gases com efeito de estufa.
EESS no apoio a microrredes
Os sistemas de armazenamento de energia (ESS) desempenham um papel crucial na melhoria do desempenho e da fiabilidade das microrredes. Fornecem serviços essenciais, como a melhoria da qualidade da energia, a regulação da frequência e o apoio à tensão, que estabilizam a rede durante as interrupções e evitam que as interrupções ocorram em cascata. Os ESS também permitem que as microrredes integrem eficazmente as fontes de energia renováveis, armazenando o excesso de energia quando a produção é elevada e descarregando-a quando necessário, ultrapassando assim os problemas de intermitência.
Em aplicações de microrredes, os ESS oferecem vários benefícios fundamentais:
- Melhoria da resiliência: A ESS actua como um amortecedor, fornecendo energia de reserva durante as falhas e permitindo capacidades de isolamento.
- Gestão energética melhorada: Permite a redução dos picos de consumo, o nivelamento da carga e a arbitragem energética, optimizando os custos de energia.
- Aumento da integração das energias renováveis: Os ESS facilitam uma maior penetração de fontes renováveis variáveis, como a energia solar e eólica.
- Estabilidade da rede: Fornece uma resposta rápida para a regulação da frequência e apoio à tensão, mantendo a qualidade da energia.
- Flexibilidade operacional: Os ESS permitem que as microrredes funcionem de forma independente ou em conjunto com a rede principal, melhorando a fiabilidade global do sistema.
Desafios na expansão do EESS para utilização global
A expansão dos sistemas de armazenamento de energia eléctrica (EESS) para utilização global enfrenta vários desafios significativos:
- Custos de implementação elevados: Apesar da descida dos preços das baterias, o investimento inicial para uma EESS em grande escala continua a ser substancial. Isto é particularmente difícil para os países em desenvolvimento e para as pequenas empresas de serviços públicos.
- Limitações técnicas: As actuais tecnologias de armazenamento têm limitações de capacidade, o que dificulta a sua escalabilidade. A integração de sistemas de armazenamento em grande escala nas redes eléctricas existentes também apresenta obstáculos técnicos.
- Escassez de material: A produção de baterias para armazenamento de energia depende de minerais de terras raras, o que suscita preocupações quanto à disponibilidade de recursos e ao impacto ambiental.
- Barreiras regulamentares: A incoerência das políticas e das estruturas de mercado entre regiões complica a implantação dos EESS, criando incerteza para os investidores e promotores.
A superação destes desafios exige uma inovação tecnológica contínua, políticas de apoio e um maior investimento em investigação e desenvolvimento para tornar a EESS mais acessível e eficiente à escala mundial.
Custos de implantação do EESS
O custo de implantação de sistemas de armazenamento de energia eléctrica (EESS) varia significativamente com base na tecnologia, escala e aplicação. Para sistemas de armazenamento de baterias à escala da rede, os custos totais instalados em 2021 variavam entre $356/kWh e $449/kWh para sistemas de 100 MW, 10 horas, dependendo da química da bateria. As projecções para 2030 mostram potenciais reduções de custos, prevendo-se que as baterias de fosfato de ferro-lítio (LFP) atinjam $291/kWh para um sistema de 100 MW, 4 horas.
Os principais factores que influenciam os custos de implantação do EESS incluem
- Custos de hardware (baterias, inversores, componentes de equilíbrio do sistema)
- Despesas de instalação e de colocação em funcionamento
- Custos de operação e manutenção em curso
- Despesas de fim de vida, estimadas em 5-10% do custo inicial do sistema.
Com o avanço da tecnologia e o aumento da produção, prevê-se que os custos do EESS continuem a diminuir, podendo atingir a gama de $200-$500/MWh para os custos globais nivelados do armazenamento. No entanto, estes custos continuam a ser mais elevados do que os custos nivelados típicos da produção de eletricidade a partir de fontes renováveis, o que realça o desafio permanente de tornar o armazenamento de energia economicamente competitivo em grande escala.
