Os sistemas de armazenamento de energia de bateria (BESS) são os ativos mais flexíveis do sistema de energia moderno. Eles consistem no rack de baterias, no sistema de conversão de energia e na plataforma de controle. Ao contrário da bomba hidráulica ou do ar comprimido, o BESS pode responder aos sinais da rede em 100 milissegundos. Essa velocidade os torna inestimáveis para regulação de frequência primária. Espera-se que a capacidade global do BESS instalada para serviços de rede exceda 300 gigawatts-hora até o final de 2027. O rápido tempo de resposta do BESS proporciona uma contenção de frequência mais rápida e precisa do que as reservas giratórias convencionais.
Os operadores da rede mantêm a frequência em 60 hertz ou 50 hertz equilibrando a geração e a carga em tempo real. Quando ocorre uma perturbação, a frequência se desvia e o BESS pode injetar ou absorver energia instantaneamente. A receita para regulação de frequência é baseada na capacidade oferecida e na pontuação de desempenho do ativo. Um BESS de alto desempenho pode ganhar um pagamento de capacidade de 10 a 15 dólares por megawatt-hora de capacidade oferecida em alguns mercados. A pontuação de desempenho é calculada com base na correlação entre o sinal de resposta e a potência real. As unidades BESS normalmente alcançam pontuações acima de 0,95 em uma escala de 0 a 1.
O sistema de conversão de energia (PCS) é a interface entre a corrente contínua da bateria e a corrente alternada da rede. O PCS deve lidar com o fluxo de potência bidirecional e manter a qualidade da forma de onda de saída. A distorção harmônica total é um parâmetro chave e a maioria dos códigos de rede exige que ela seja inferior a 3%. A eficiência do PCS é crítica para a eficiência geral de ida e volta do BESS. Os projetos atuais de PCS alcançam eficiências de 98 a 99% em plena carga. O método de resfriamento do PCS normalmente é ar forçado ou líquido, dependendo da densidade de potência e das condições ambientais.
O fosfato de ferro-lítio é o produto químico dominante para o BESS devido ao seu longo ciclo de vida e estabilidade térmica. O ciclo de vida das células LFP a 80% da profundidade de descarga é normalmente de 6.000 a 8.000 ciclos. Esse desempenho é superior à química de níquel-manganês-cobalto, que é mais densa em energia, mas tem um ciclo de vida mais curto e custo mais alto. A seleção da célula impacta diretamente a faixa de temperatura operacional e a necessidade de resfriamento. As células LFP podem operar em temperaturas mais altas, mas a taxa de degradação ainda aumenta com a temperatura. Portanto, é necessário um sistema robusto de gerenciamento térmico, independentemente da química.
A arquitetura de controle de um BESS inclui o sistema de gerenciamento de bateria, o sistema de gerenciamento de energia e o controlador da planta. O sistema de gerenciamento de bateria monitora a tensão e a temperatura de cada célula para garantir uma operação segura. O sistema de gerenciamento de energia gerencia os comandos de despacho e otimiza o estado de carga. O controlador da planta se comunica com o operador da rede usando protocolos como IEC 61850 ou DNP3. A latência do link de comunicação é crítica para a regulação da frequência e os atrasos devem ser mantidos abaixo de 50 milissegundos. Caminhos de comunicação redundantes são frequentemente instalados para garantir confiabilidade.
INJET HanCang oferece um sistema totalmente integrado de conversão e gerenciamento de energia para sistemas de armazenamento de energia de bateria. Nossa plataforma inclui um controlador de alta velocidade que executa comandos de despacho do operador da rede com latência inferior a 30 milissegundos. O sistema de gerenciamento de energia da INJET HanCang inclui módulos de previsão que prevêem o estado da carga e a carga de resfriamento necessária. Esta integração reduz os requisitos de hardware externo e simplifica o processo de comissionamento. Nossas unidades PCS estão disponíveis em potências de 1 megawatt a 5 megawatts em um único gabinete.
A estratégia operacional de um BESS pode ser adaptada para retardar a degradação das células. Para regulação de frequência, o sinal de potência solicitado pode ser suavizado para reduzir flutuações de alta frequência que causam envelhecimento acelerado. O sistema de gerenciamento de bateria calcula a resistência interna das células para estimar o estado de envelhecimento. Ao ajustar as taxas de carga e descarga com base na resistência interna, o operador pode prolongar a vida útil da bateria. Esta estratégia é conhecida como controle consciente da degradação e demonstrou aumentar em 8% o total de energia fornecida ao longo da vida útil.
A viabilidade económica de um BESS dedicado à regulação de frequências depende da estrutura do mercado e do cenário competitivo. O custo de capital para um sistema de 20 megawatts e duração de 1 hora é de aproximadamente 6 a 7 milhões de dólares. O custo anual de operação e manutenção é normalmente de 1,5% do custo de capital. A receita da regulação de frequências é variável e depende do preço em tempo real do serviço. Em mercados com elevada penetração de energias renováveis, o preço da regulamentação pode atingir mais de 20 dólares por megawatt-hora. Um BESS bem concebido pode atingir um período de retorno de 5 a 7 anos com base em dados históricos de preços.
Os dados de campo das instalações do BESS no Reino Unido mostram que o tempo médio de resposta é de 85 milissegundos. A disponibilidade desses sistemas é superior a 98% anualmente. A eficiência do sistema desde a entrada CA até a saída CA é medida em 86 a 88 por cento para um ciclo completo. A taxa de degradação das células em aplicações de regulação de frequência é menor do que na arbitragem de energia porque a profundidade da descarga é menor. A profundidade média de descarga para um BESS regulamentado está entre 20 e 40 por cento, o que prolonga significativamente a vida útil do ciclo.
O impacto ambiental do BESS está principalmente associado à mineração de lítio, ferro e fosfato. O processo de fabricação é responsável por aproximadamente 40% da pegada de carbono total do sistema. A reciclagem de células de bateria está se tornando mais comum e a taxa de recuperação do lítio está atualmente acima de 70% em instalações avançadas. A utilização do BESS para regulação de frequência reduz a necessidade de centrais de gás natural de pico, o que reduz as emissões globais da rede. O efeito líquido é uma redução nas emissões de dióxido de carbono de 300 a 400 quilogramas por megawatt-hora de energia renovável integrada.
Os sistemas de armazenamento de energia em baterias são a solução mais eficaz para a regulação de frequência em redes com elevada penetração renovável. A velocidade de resposta, a precisão do fornecimento de energia e a escalabilidade da tecnologia tornam-nos indispensáveis. A INJET HanCang fornece sistemas críticos de conversão e controle de energia que permitem ao BESS funcionar de maneira confiável e lucrativa nessas aplicações exigentes.