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Sistemas de armazenamento de energia elétrica retiram energia de uma fonte de alimentação elétrica, a retêm em um meio de armazenamento e entregam eletricidade posteriormente. Baterias são um tipo. Outras tecnologias armazenam energia em água elevada, ar comprimido, massas rotativas, campos elétricos ou magnéticos, calor ou combustíveis fabricados. Sua utilidade depende da potência, duração e condições de operação exigidas.
A distinção principal é a saída: equipamentos que retornam eletricidade desempenham uma função diferente de equipamentos que fornecem calor ou refrigeração armazenados. Ambos podem ajudar a gerenciar a demanda elétrica, mas não são fontes intercambiáveis de energia de backup.
Tipos de Sistemas de Armazenamento de Energia Elétrica
Use a tabela para identificar primeiro a forma de energia armazenada, em seguida, verifique o equipamento de conversão e as restrições do local. É um mapa de tecnologia, não uma classificação de sistemas universalmente melhores ou piores.
| Tecnologia | Onde a energia é armazenada | Como a eletricidade é recuperada | Tarefa útil e condição limitante |
|---|---|---|---|
| Sistema de armazenamento de energia em bateria (BESS) | Reações eletroquímicas em células ou eletrólitos de bateria de fluxo | A descarga produz corrente contínua (DC); o equipamento de conversão fornece a saída necessária | Armazenamento em edifícios, industrial e na rede; química, gerenciamento térmico e capacidade utilizável são importantes |
| Hidrelétrica de acumulação por bombeamento | Potencial gravitacional de água elevada | A água flui através de uma turbina-gerador | Grandes projetos de deslocamento de energia; elevação adequada, reservatórios e licenciamento são essenciais |
| Armazenamento de energia por ar comprimido (CAES) | Ar pressurizado, com gerenciamento térmico dependendo do projeto | O ar em expansão aciona um gerador através de maquinário adequado | Armazenamento de energia dependente do local; alguns ciclos também consomem combustível durante a descarga |
| Armazenamento por volante de inércia | Energia cinética de uma massa em rotação | Um motor-gerador extrai energia à medida que o rotor desacelera | Trocas de energia rápidas e ciclagens; contenção, perdas e faixa de velocidade utilizável restringem a capacidade |
| Capacitores e supercapacitores | Carga armazenada; o comportamento do supercapacitor depende da tecnologia do eletrodo | Eletrônica de potência extrai energia à medida que a tensão cai | Trocas curtas e de alta potência; densidade de energia e autodescarga limitam a entrega prolongada |
| Armazenamento de energia magnética supercondutora (SMES) | Campo magnético associado à corrente em uma bobina supercondutora | Equipamento de conversão transfere energia para o sistema elétrico | Tarefas especializadas de resposta rápida; equipamento criogênico faz parte do sistema |
| Armazenamento térmico com recuperação elétrica | Calor em um material de armazenamento | Um motor térmico ou outro ciclo de conversão gera eletricidade | Aplicações de calor para energia; um tanque de material quente por si só não é um sistema de saída elétrica |
| Armazenamento elétrico baseado em hidrogênio | Energia química do hidrogênio produzida usando eletricidade | Uma célula de combustível ou gerador adequado converte o combustível de volta em eletricidade | Armazenamento estendido onde a cadeia de conversão completa se adapta ao local; a produção de hidrogênio por si só não fornece descarga elétrica |
Este agrupamento segue as formas de armazenamento descritas pelo Departamento de Energia dos EUA (DOE) em seu visão geral da tecnologia de energia distribuída e os mecanismos revisados em seu Revisão de Tecnologia de Armazenamento de Eletricidade. A U.S. Energy Information Administration (EIA) visão geral do armazenamento de eletricidade explica os caminhos de retorno de eletricidade comercial e a operação de ar comprimido assistido por combustível. Essas fontes descrevem tecnologias, não a certificação de uma instalação específica.
A ilustração mostra formas de energia armazenada, não um diagrama de fiação ou escala relativa de equipamentos. O armazenamento térmico necessita de um caminho de recuperação elétrica separado quando a eletricidade é a saída requerida.
EES, EESS, ESS e BESS: O que os Termos Significam
ESS significa sistema de armazenamento de energia e é um termo genérico amplo. EES significa armazenamento de energia elétrica; EESS também é usado para sistemas de armazenamento de energia elétrica. BESS (Sistema de Armazenamento de Energia em Baterias) identifica o subconjunto baseado em bateria. Um sistema de bateria é um ESS, mas um ESS não precisa conter baterias.
A Comissão Eletrotécnica Internacional IEC 62933-1:2024 fornece vocabulário para sistemas EES conectados à rede que retiram eletricidade de um sistema de energia, armazenam energia internamente e devolvem eletricidade. A carga e a descarga podem envolver conversão. Esse escopo é mais restrito do que todos os produtos comercializados casualmente como “sistemas de armazenamento de energia”, incluindo sistemas cuja saída final é calor ou um combustível vendido para outro uso.
Para racks de bateria, gerenciamento de bateria e conversão de energia com mais profundidade, use a guia de sistemas de armazenamento de energia em bateria. O mapa de tecnologia acima continua útil ao decidir se a tarefa é de armazenamento de bateria.
O Armazenamento Térmico é um Sistema de Armazenamento de Energia Elétrica?
Não automaticamente. Uma instalação de armazenamento de gelo pode mover o consumo do chiller para longe de um período de pico e fornecer refrigeração posteriormente. Ela não produz necessariamente eletricidade durante a descarga. Da mesma forma, um tanque de água quente pode armazenar calor útil sem nenhum gerador.
O armazenamento térmico pode suportar a produção de eletricidade quando o calor armazenado alimenta um ciclo de conversão de energia. Plantas solares térmicas podem carregar esse armazenamento diretamente da luz solar em vez de eletricidade, portanto, a fonte de carregamento também é importante. Explicação de solar e armazenamento do DOE distingue aquecimento ou resfriamento direto do armazenamento térmico usado para gerar eletricidade.
Faça duas perguntas ao ler uma especificação: O que carrega o armazenamento e o que sai dele durante a descarga? Isso evita que uma medida de economia de energia seja confundida com uma fonte capaz de alimentar cargas elétricas.
Como Funciona um Sistema de Armazenamento Elétrico
Existem três estágios funcionais: carregar o meio de armazenamento, reter a energia e descarregar através do equipamento exigido pela carga ou rede. Perdas de conversão e consumo auxiliar significam que a energia elétrica recuperada não é idêntica à energia de carregamento.
O equipamento físico varia. A hidrelétrica reversível usa maquinaria hidráulica; um volante de inércia usa um motor-gerador; um sistema de bateria conectado à corrente alternada (AC) comumente usa conversão de energia bidirecional. Eles compartilham a sequência de transferência de energia, não um layout de gabinete idêntico.
Este é um Exemplo de bateria conectada a AC, não um arranjo universal de ESS. Setas sólidas representam a troca de energia funcional; caminhos tracejados representam o controle. Proteção, isolamento, aterramento e fiação de terminal são intencionalmente omitidos e devem ser projetados separadamente.
Potência, Energia e Duração São Classificações Diferentes
Potência, em quilowatts (kW) ou megawatts (MW), descreve a taxa de entrega ou absorção elétrica. A energia, em quilowatt-hora (kWh) ou megawatt-hora (MWh), descreve uma quantidade acumulada ao longo do tempo. Uma grande capacidade de energia não estabelece que o conversor pode iniciar um motor grande, e uma alta classificação de potência não estabelece horas de autonomia.
Para uma carga constante, uma estimativa inicial de duração é:
Duração (h) = energia útil de saída (kWh) / potência da carga (kW)
Entradas ilustrativas na fronteira de saída AC:
Energia útil entregue = 100 kWh
Carga AC constante = 25 kW
Duração = 100 / 25 = 4 hAqui, “energia útil entregue” já considera a reserva operacional assumida, perdas de conversão e consumo auxiliar na fronteira declarada. Não deduza as mesmas tolerâncias uma segunda vez. Esta é uma ilustração aritmética, não um tempo de execução VIOX medido ou um projeto de backup completo.
Se os 100 kWh citados forem, em vez disso, a capacidade nominal da bateria, quatro horas não podem ser assumidas. Estabeleça a janela permitida de estado de carga, condições de temperatura e envelhecimento, perdas de conversão, auxiliares e o perfil de carga real. Verifique a potência contínua e de surto separadamente. Termos avançados de classificação de bateria pertencem ao guia de armazenamento kWh, MWh e MW.
O tempo de resposta é outro parâmetro. A rapidez com que um sistema altera a potência é diferente da duração com que pode sustentar essa potência. A avaliação de supercapacitores do DOE supercapacitor assessment ilustra essa troca: carregamento rápido e alta potência específica não implicam alta capacidade de energia para descarga prolongada.
Combine a Tecnologia de Armazenamento com a Tarefa
Comece com o serviço elétrico necessário, não com um material de armazenamento preferido.
| Tarefa necessária | Característica a estabelecer | O que pode descartar uma tecnologia promissora |
|---|---|---|
| Deslocar a geração renovável para um período posterior | Energia utilizável, oportunidade de carregamento e saída sustentada | Janela de carregamento insuficiente, perdas de retenção ou perfil de descarga incompatível |
| Reduzir o pico de demanda de uma instalação | Potência de saída em kW e a duração completa do pico | Potência do conversor abaixo do pico, energia utilizável insuficiente ou economia tarifária e de ciclo desfavorável |
| Fornecer suporte de energia rápido | Resposta, ciclos repetidos e energia de pulso necessária | Um dispositivo rápido que fica sem energia antes que o evento termine |
| Suportar cargas durante uma falha | Modo de operação suportado, potência da carga e autonomia | Um sistema conectado à rede que não pode estabelecer um suprimento isolado seguro |
| Armazenar energia por longos períodos | Retenção, viabilidade do local e cadeia completa de recuperação | Autodescarga, geografia inadequada, restrições de manuseio de combustível ou demanda auxiliar excessiva |
Por exemplo, a capacidade de mover energia por várias horas e a capacidade de responder a uma breve perturbação são objetivos de projeto diferentes. A EIA descreve o uso de armazenamento nessas diferentes escalas de tempo; a capacidade de um projeto específico ainda depende de seus equipamentos e controles.
O backup requer mais do que energia armazenada. A instalação deve suportar ilhamento intencional ou outra arquitetura de backup aprovada, separada com segurança da concessionária quando necessário, e fornecer as cargas pretendidas. orientação do DOE sobre microrredes explica tanto a operação autônoma quanto os perigos do ilhamento descontrolado. Não assuma que nenhuma bateria conectada à rede manterá um edifício energizado durante uma interrupção.
Onde se Encaixa a Proteção Elétrica
Para uma instalação de bateria, o meio de armazenamento, o equipamento de conversão e a distribuição elétrica têm diferentes necessidades de proteção. O gerenciamento da bateria monitora e controla as condições da bateria; a proteção e o isolamento do circuito também devem abordar condutores, fontes de falha e o caminho de energia completo.
Um dispositivo de proteção DC candidato precisa da classificação de tensão DC correta, capacidade de interrupção, classificação de corrente e adequação de fiação para esse circuito. O comportamento de falha da bateria e do conversor deve ser estabelecido na documentação do sistema. O guia de disjuntores CC explica por que uma classificação apenas AC não é evidência suficiente para uma aplicação DC.
Essas verificações de componentes não provam que o sistema de armazenamento completo atende aos requisitos de segurança contra incêndio, interconexão, instalação ou montagem. Nem os detalhes do sistema de bateria se aplicam automaticamente a equipamentos de bombeamento hidrelétrico, térmico ou de hidrogênio.
Uma vez estabelecida a arquitetura do sistema, o VIOX componentes de proteção para energia solar fotovoltaica e armazenamento de energia fornecem um ponto de partida relevante para a avaliação de componentes. Selecione com base na documentação real do sistema e nos requisitos do mercado de destino, não apenas no acrônimo ESS.
