Energy Storage at Different Voltage Levels - Cap. 1 e 2

Energy Storage at Different Voltage Levels

Technology, integration, and market aspects

Ahmed F. Zobaa, Paulo F. Ribeiro, Shady H.E. Abdel Aleem, Sara N. Afifi

Capitulo 1 - Overview of energy storage technologies

Neste capítulo, foram mostradas as tecnologias armazenamento, e demonstrado como as ESS podem auxiliar no aumento da penetração das renováveis, proporcionando uma integração sustentável das fontes e em um portfólio tecno econômico.

As vantagens técnicas e econômicas de vários tipos de  ESSs foram mostradas, e os detalhes de cada tecnologia foram discutidos de forma concisa e comparados.

A partir da base demonstrada os autores extraíram as seguintes observações finais:

• Não existe tecnologia ESS capaz de atender aos requisitos ideais de armazenamento do sistema de energia. Algumas das tecnologias são maduras e econômicas, como PHESS (Pumped Hydro ESS).
• O ESS pode ser classificado como tecnologias de alta eficiência com mais de 90%. Alguns deles são de baixa eficiência abaixo dos 50%, como o HESS (Hydrogen ESS), o que motiva a maior pesquisa e desenvolvimento.
• Na seleção das melhores tecnologias de ESS, os custos de capital, as vidas úteis, as densidades de energia e potência e as pegadas ambientais devem ser considerados simultaneamente.

Como tendências futuras, os sistemas inteligentes de armazenamento de energia (SESSs), com procedimento de carregamento/descarregamento inteligente, controlável e flexível, são níveis inovadores de progresso tecnológico no campo dos ESSs. Os SESSs têm impactos consideráveis na integração confiável de veículo elétrico híbrido plug-in com a capacidade de fornecer sistemas V2G. Além disso, os SESSs podem ajudar o governo em todo o mundo a se desenvolver na evolução da rede inteligente. Uma das ferramentas imperativas é a realização do conceito de MG no nível de distribuição. Os SESSs podem garantir uma operação sustentável das MGs, principalmente no modo de ilha. A estratégia coordenada de gerenciamento de energia de geração distribuída e ESSs é uma função crítica no painel de controle da MG.

Capitulo 2 - Energy storage capacity requirements in the electricity mix scenarios at different levels

O capítulo 2 concentram-se principalmente nos sistemas de transmissão e distribuição (T&D) com sistemas de armazenamento, considerando o aumento significativo na inserção de fontes renováveis.

O portfólio tecnológico de soluções de armazenamento de energia elétrica abrange uma ampla gama de serviços exigidos pelo sistema de energia, que podem ser classificados com base na relação entre energia armazenada e energia disponível.

Para que um ESS seja bem-sucedido, a tecnologia de armazenamento deve:

• Ser bem projetado para aplicações com alta capacidade e longos períodos de descarga. Isso gera maior rentabilidade para as empresas de serviços públicos, pois elas podem tirar vantagem das flutuações nos preços da energia ao longo do dia.
• Ter uma vida útil economicamente viável.
• Ser eficiente (baixas perdas) e tenha um baixo custo de manutenção.

Os seguintes benefícios podem ser listados como prováveis aplicações de dispositivos de armazenamento de energia em sistemas de transmissão:

• Suporte de tensão;
• Estabilizador de rede;
• Redução de perdas;
• Aumento da confiabilidade;
• Adiamento de investimentos em linhas de transmissão;
• Melhoria da geração de fontes renováveis;
• Suavização da geração renovável;
• Mudança de geração renovável;
• Regulação de frequência;
• Inércia virtual;
• Substituição de reservas de fiação;
• Gerenciamento de rampa;
• Redução de custo de energia;
• Nivelamento de carga.

Padrões para dispositivos de armazenamento

Para sistemas de armazenamento maduros, já existem vários padrões que cobrem características técnicas e aspectos de incorporação de sistemas. Por outro lado, tecnologias não maduras têm alguns padrões que tratam de questões especiais, mas nenhuma lida com a integração completa da tecnologia. Tais padrões devem incluir:

• Terminologia;
• Características básicas de componentes e sistemas;
• Definições e métodos de medição para comparação;
• Avaliação técnica, como capacidade, energia, vida útil, tempo de descarga, comunicação entre componentes e protocolos de segurança.
• Requisitos de interconexão como desvios de tensão aceitáveis, qualidade de energia, sincronização de frequência e medição;
• Testes;
• Guias de implementação.

Aspectos do mercado

O estudo dos aspectos do mercado é obrigatório para determinar a viabilidade e incentivar o desenvolvimento de soluções e projetos de armazenamento de energia novos e inovadores.

Influência do armazenamento de energia no equilíbrio do mercado

A energia armazenada é geralmente obtida fora do horário de pico, o que diminui o efeito do aumento dos preços dos combustíveis, especialmente quando é inserido em um local de maior valor. Essas variações na demanda dos mercados por energia fora de pico e capacidade de fornecimento durante o período de pico levarão a novos equilíbrios operacionais do mercado, que devem ser avaliados para entender adequadamente o mercado real dos armazenamentos.

Estruturas de mercado

Um grande número de possibilidades para a aplicação de tecnologias de armazenamento de energia em diferentes níveis de tensão está disponível no mercado. No entanto, uma série de obstáculos regulatórios e de mercado impede as empresas de capitalizar essas oportunidades. O principal desafio para a implantação de dispositivos e sistemas de armazenamento de energia é o alto custo. Essa realidade é evidenciada pela existência de um pequeno número de novos projetos a nível internacional.

Os principais desafios podem ser classificados nas seguintes categorias:

• regulatório;
• mercado;
• modelo de negócios;
• tecnológico;
• custos.

Tecnologias emergentes, como resposta à demanda e armazenamento de energia, estão misturando as funções de cada setor com seus serviços e responsabilidades. Assuntos adicionais, como localização, licenciamento e requisitos de segurança, envolverão a participação dos reguladores, que terão que ajustar suas regras para certificar que as soluções de armazenamento de energia possam ser desenvolvidas de maneira técnica e economicamente viável.

Entre os desafios técnicos para implantar dispositivos de armazenamento associados à geração renovável e distribuída, os seguintes itens podem ser destacados:

• Padronização da interface do sistema com a rede;
• operação e controle;
• Planejamento e design.

Os desafios para o uso de dispositivos de armazenamento de energia elétrica também incluem a vida útil do equipamento e questões ambientais para baterias e materiais para volantes. As baterias de níquel metálico híbrido têm uma vida útil longa, mas menor densidade de energia. As baterias de enxofre e sódio têm se mostrado promissoras, mas atualmente são muito caras. Além disso, as eficiências da bateria estão entre 70% e 85%, indicando que 15% a 30% da energia armazenada é perdida.

Referências

[1] ZOBAA, Ahmed F. et al. (Ed.). Energy Storage at Different Voltage Levels: Technology, Integration, and Market Aspects. Energy Engineering, 2018.