Integração à Rede de Sistemas de Armazenamento de Energia Comercial e Industrial (C&I ESS)

À medida que a indústria automobilística evolui, novas fontes de energia, como solar, eólica e maremotriz, estão sendo cada vez mais integradas às estações de recarga de veículos. Equilibrar as disparidades entre oferta e demanda de energia em diferentes períodos e superar as restrições relacionadas ao local para estações de recarga de armazenamento de energia em larga escala tornaram os sistemas de armazenamento de energia comercial e industrial (C&I) um ponto focal nas aplicações de redes elétricas.

Este artigo aborda seus diversos casos de uso em redes elétricas, cobrindo características técnicas, princípios operacionais, etc. Também examina os desafios técnicos e econômicos enfrentados pelas implementações de armazenamento de energia C&I e prevê tendências de desenvolvimento futuro.

1. Contexto

Em meio à transição energética global e à crescente pressão ecológica, os sistemas de energia enfrentam desafios crescentes: intermitência/volatilidade das novas fontes de energia, crescimento contínuo na demanda de eletricidade e aumento dos requisitos de qualidade de energia. As estações de recarga de veículos elétricos e as instalações de armazenamento de energia C&I geralmente estão localizadas perto de áreas urbanas, enfrentando limitações rigorosas de tamanho do local. O armazenamento de energia C&I oferece uma solução flexível e eficiente para questões de estabilidade da oferta de energia, contornando as barreiras de construção de armazenamento em larga escala devido a restrições de espaço, pavimentando um novo caminho para a confiabilidade e acessibilidade da rede.

2 Visão Geral dos Sistemas de Armazenamento de Energia Comercial e Industrial
2.1 Princípio de Funcionamento

Um sistema de armazenamento de energia comercial e industrial armazena energia elétrica em meios específicos, como baterias e supercapacitores, por meio de um Sistema de Conversão de Potência (PCS). Quando necessário, libera a energia armazenada, permitindo o agendamento de energia elétrica e a regulação de potência. Geralmente, o sistema de armazenamento de energia consiste em baterias, um Sistema de Gerenciamento de Bateria (BMS), um Sistema de Gerenciamento de Energia (EMS), um módulo combinador DC, um PCS e um sistema de saída. O diagrama esquemático do sistema de armazenamento de energia é mostrado na Figura 1.

2.2 Tipos e Características

(1) Modo de gabinete all - in - one. Parecido com um painel de distribuição em aparência, ocupa relativamente pouco espaço, sendo adequado para instalação em cenários com espaço limitado. Com alto grau de modularização, é conveniente para transporte, expansão e manutenção.

(2) Modo de gabinete dividido

Devido à restrição de tamanho do gabinete, sua capacidade é relativamente pequena (geralmente 200 kWh), adequada para cenários de baixa capacidade. Vários gabinetes podem ser montados para necessidades maiores de armazenamento de energia.

O modo de gabinete dividido combina um gabinete de bateria e um gabinete de controle do sistema (geralmente ≤2 gabinetes de bateria, por exemplo, configurações 1 + 1/1 + 2). Embora consuma mais espaço (em comparação com o all - in - one), é adequado para cenários com limitações de espaço mais flexíveis.

As funções principais são modularizadas: o gabinete de bateria se especializa no armazenamento/gerenciamento de energia, com resfriamento independente (ar/líquido), projetos de prevenção de incêndios e antidesabamento. O gabinete de controle lida com a coordenação do sistema, a convergência de baterias e a conversão de potência.

Isso aumenta a confiabilidade e a manutenibilidade — falhas em um módulo não afetam os outros, e a quantidade de gabinetes de bateria pode ser adaptada flexivelmente a diversas demandas. Ambos os modos são ilustrados na Figura 2.

3 Aplicação dos Sistemas de Armazenamento de Energia Comercial e Industrial
3.1 Redução de Picos de Demanda

Os usuários comerciais e industriais apresentam diferenças de carga de eletricidade entre picos e vales. Ao carregar durante os períodos de baixa demanda e descarregar nos horários de pico, os sistemas de armazenamento de energia ajudam a equilibrar as cargas, reduzir os custos de eletricidade e aliviar a pressão de fornecimento da rede durante os horários de pico, melhorando assim a eficiência da operação da rede.

3.2 Melhoria da Qualidade da Energia

Os sistemas de armazenamento de energia podem responder rapidamente a problemas de qualidade de energia na rede. Eles melhoram a qualidade da energia fornecendo ou absorvendo potência reativa, estabilizando flutuações de tensão e mitigando harmônicos.

3.3 Fornecimento de Energia de Reserva

Quando ocorrem falhas ou interrupções na rede, os sistemas de armazenamento de energia atuam como fontes de energia de reserva, fornecendo eletricidade de curto prazo para usuários comerciais e industriais. Isso minimiza perdas e melhora a confiabilidade do fornecimento de energia.

3.4 Integração de Energia Renovável

Para usuários comerciais e industriais com energia renovável distribuída (por exemplo, solar, eólica, maremotriz), os sistemas de armazenamento de energia armazenam a geração excedente de energia renovável. Eles liberam a energia armazenada durante períodos de baixa geração de energia renovável (por exemplo, sem luz solar ou vento fraco), aumentando a utilização de energia renovável na rede e acelerando a transição energética. Um exemplo bem-sucedido é a estação de recarga integrada solar-energia-estocagem, que otimiza as características da energia fotovoltaica.

4 Desafios na Aplicação
4.1 Desafios Técnicos

(1) Em relação à vida útil, desempenho e eficiência de carga e descarga das baterias: Embora alguns produtos atuais alcancem zero de degradação de capacidade em 5 anos e eficiência de conversão do PCS superior a 95%, as inovações técnicas permanecem difíceis. A otimização das estratégias de gerenciamento de baterias e a melhoria da eficiência de conversão se tornaram chaves para a competição de produtos.

(2) Em relação à estabilidade das baterias e segurança do sistema: Comparado com o armazenamento de energia em larga escala, o armazenamento de energia comercial e industrial está mais próximo das áreas residenciais. Portanto, os sistemas de gestão térmica das baterias, sistemas antidesabamento e sistemas de combate a incêndios são críticos para garantir a estabilidade das baterias e a segurança do sistema.

4.2 Desafios Econômicos

(1) Custos iniciais elevados e longos períodos de retorno do investimento.

(2) Atualmente, as receitas do armazenamento de energia comercial e industrial vêm principalmente da arbitragem de preços de pico e vale, e a sustentabilidade e estabilidade dessas receitas precisam ser melhoradas.

5 Conclusão

Os sistemas de armazenamento de energia comercial e industrial têm amplas perspectivas e valor de aplicação significativo nas redes elétricas, desempenhando papéis diversos. Eles não apenas ajudam a melhorar a estabilidade e confiabilidade da rede, mas também trazem benefícios econômicos aos usuários, promovendo a utilização eficiente de energia e o desenvolvimento sustentável. No entanto, ainda existem numerosos desafios técnicos e econômicos. Mais esforços são necessários para fortalecer a inovação tecnológica, melhorar os mecanismos de mercado e políticas, e impulsionar a aplicação generalizada e o desenvolvimento saudável dos sistemas de armazenamento de energia comercial e industrial.