Ao aprender sobre energias renováveis, depara-se frequentemente com o termo "ESS". O que é que ele representa? Este artigo fornece uma explicação pormenorizada e princípios numa linguagem simples.
O que significa "ESS" no campo da energia?
No sector da energia, ESS é o acrónimo de "Sistema de armazenamento de energia" Refere-se a um método de armazenamento temporário de energia utilizando uma abordagem específica e libertando-a quando necessário. É frequentemente utilizado no domínio das energias renováveis. Quer se trate de energia hidroelétrica, energia solar, energia eólica, energia das marés, etc., a eletricidade gerada por estas forças naturais é vasta e contínua. Para evitar que a energia produzida seja desperdiçada, o SEE é construído para maximizar a utilização da energia.
Os ESS são também aplicados no armazenamento de energia comercial e industrial para evitar sobrecargas durante os picos de procura de eletricidade e para poupar custos. Algumas empresas optam por construir um sistema ESS para armazenar eletricidade quando os preços da rede são baixos e depois libertá-la quando os preços são altos, poupando assim custos.
De facto, a ESS não é exclusiva de grandes projectos. Com as actualizações tecnológicas das baterias de lítio nos últimos anos, surgiram no mercado muitas baterias de armazenamento de energia para uso doméstico, permitindo às pessoas armazenar energia solar e utilizá-la em dias nublados ou à noite.
Como funciona o SEE
O princípio básico de um ESS é converter e armazenar a energia obtida, libertando-a depois quando necessário. Através de um conversor, a energia eléctrica é convertida numa forma adequada para armazenamento, normalmente em energia eléctrica armazenada em baterias de iões de lítio.
Componentes do ESS
Os SEE são normalmente constituídos por vários componentes-chave, cada um dos quais desempenha um papel essencial na funcionalidade global do sistema:
Dispositivo de armazenamento de energia:
O dispositivo de armazenamento de energia é a parte central do SEE, utilizado para armazenar energia.
Sistema de conversão de energia (PCS):
O sistema de conversão de energia é responsável pela conversão de energia durante o armazenamento e a libertação de energia. Inclui inversores (que convertem corrente contínua em corrente alternada) e rectificadores (que convertem corrente alternada em corrente contínua).
Sistema de gestão da bateria (BMS):
Para sistemas baseados em baterias, o sistema de gestão de baterias é um componente crítico. O BMS monitoriza e gere a tensão, a corrente, a temperatura e o estado de carga do conjunto de baterias para garantir o funcionamento seguro da bateria, evitando a sobrecarga, a descarga excessiva e o sobreaquecimento. O BMS também pode equilibrar a tensão entre as células da bateria para prolongar a vida útil global da bateria.
Sistema de Gestão de Energia (SGE):
O Sistema de Gestão de Energia é utilizado para otimizar o funcionamento de todo o sistema. O EMS monitoriza a entrada e saída de energia, gere os tempos de carga e descarga do dispositivo de armazenamento de energia, assegurando que o sistema pode maximizar a utilização da energia armazenada com base na procura de carga e nas flutuações do preço da eletricidade.
Sistema de arrefecimento:
O sistema de arrefecimento é utilizado para manter a estabilidade da temperatura do dispositivo de armazenamento de energia, especialmente em sistemas de armazenamento de energia mecânicos ou de baterias. A gestão da temperatura é crucial para prolongar a vida útil do sistema e garantir um funcionamento seguro. São normalmente utilizados sistemas de arrefecimento por líquido ou por ar.
Dispositivos de proteção:
Os dispositivos de proteção incluem disjuntores, fusíveis, isoladores e dispositivos de ligação à terra. Estes dispositivos são utilizados para proteger o sistema contra sobrecargas, curto-circuitos, flutuações de tensão e outras falhas eléctricas, assegurando que o sistema pode ser desligado em segurança em caso de condições anormais.
Sistema de monitorização e controlo:
Este sistema fornece funções de monitorização e controlo de dados em tempo real. Pode monitorizar o estado do ESS, como o nível de carga da bateria, a temperatura e a potência de saída, quer remota quer localmente.
Sistema de comunicação:
O sistema de comunicação é utilizado para ligar o sistema a sistemas de controlo externos ou à rede. Permite a troca de dados entre o EMS, o BMS e outros sistemas de controlo.
Que tipos de ESS existem?
Com base nos princípios do conversor, os ESS podem ser divididos em vários ramos. De seguida, apresentarei alguns tipos utilizados na vida real e as respectivas vantagens e desvantagens:
Bateria ESS (BESS)
Princípio: Os sistemas de armazenamento de energia baseados em baterias armazenam energia eléctrica sob a forma química numa bateria. Os tipos mais comuns são as baterias de iões de lítio, em que os iões de lítio se movem entre o ânodo e o cátodo durante os ciclos de carga e descarga. Outros tipos incluem as baterias de fluxo, que armazenam energia em electrólitos líquidos.
Vantagens: Alta densidade de energia e ciclo de vida longo; alta eficiência de carga e descarga; o design modular permite o dimensionamento com base nas necessidades.
Desvantagens: Custo inicial elevado; a duração da bateria é afetada pelas condições ambientais.
Caso de utilização: Projeto comercial de bateria de armazenamento de energia solar da PKNERGY.
Armazenamento de energia térmica
Princípio: Os sistemas de armazenamento de energia térmica (TES) armazenam energia sob a forma de calor ou frio, que pode mais tarde ser utilizada para gerar eletricidade ou fornecer aquecimento/arrefecimento. Os materiais mais comuns para o TES incluem água, gelo ou sais fundidos. Estes sistemas funcionam frequentemente em conjunto com a energia solar ou outras fontes renováveis.
Vantagens: Longo tempo de armazenamento de energia; sistema relativamente simples com baixos custos de manutenção; pode equilibrar as necessidades energéticas sazonais.
Desvantagens: Baixa densidade energética; a perda de calor pode reduzir a eficiência; é necessário um grande espaço para armazenar os materiais.
Caso de utilização: A central de energia solar Gemasolar, em Espanha, utiliza sal fundido para armazenar o calor.
Armazenamento de energia por ar líquido (LAES)
Princípio: O armazenamento de energia em ar líquido (LAES) envolve o arrefecimento do ar a temperaturas criogénicas (cerca de -196°C) para o liquefazer, que é depois armazenado em tanques isolados. Quando a energia é necessária, o ar líquido é exposto à temperatura ambiente, o que faz com que se expanda rapidamente e volte a transformar-se em gás. Este processo de expansão acciona uma turbina para gerar eletricidade. Os sistemas LAES também podem utilizar calor ou frio residual para melhorar a eficiência.
Vantagens: Pode armazenar energia em grande escala, adequada para a regulação da rede; utiliza matérias-primas baratas e não tóxicas (ar); longa vida útil do sistema com baixa necessidade de manutenção; maior densidade energética, especialmente quando combinada com calor ou frio residual.
Desvantagens: Eficiência de conversão mais baixa, normalmente cerca de 50-60%; custos de construção elevados que exigem infra-estruturas em grande escala; requer tecnologia de armazenamento a baixa temperatura, o que implica perdas de energia.
Caso de utilização: O projeto de armazenamento de energia em ar líquido da Highview Power no Reino Unido.
Armazenamento de energia por ar comprimido (CAES)
Princípio: Os sistemas CAES utilizam a eletricidade excedente para comprimir o ar e armazená-lo em cavernas ou tanques subterrâneos. Quando a procura de energia é elevada, o ar comprimido é libertado, aquecido e expandido para acionar turbinas que geram eletricidade.
Vantagens: Adequado para o armazenamento de energia em grande escala; baixo custo, especialmente quando se utilizam cavernas subterrâneas naturais; permite o armazenamento de energia a longo prazo.
Desvantagens: Baixa eficiência do sistema com perdas de energia significativas; requer um grande espaço subterrâneo; impactos ambientais, como as emissões de carbono durante o aquecimento do ar.
Caso de utilização: A instalação CAES em McIntosh, EUA.
Armazenamento de energia no volante do motor
Princípio: Os sistemas de armazenamento de energia do volante de inércia convertem a energia eléctrica em energia cinética, fazendo girar um rotor a alta velocidade. Quando a energia é necessária, a energia cinética do rotor é convertida novamente em energia eléctrica.
Vantagens: Elevada densidade de potência; requisitos de manutenção extremamente baixos; capacidade de carga e descarga rápidas.
Desvantagens: Baixa densidade energética; custos de construção elevados; tempo de armazenamento de energia curto, adequado para necessidades de equilíbrio a curto prazo.
Caso de utilização: O sistema de armazenamento de energia com volante de inércia da Beacon Power.
Armazenamento de energia química
Princípio: O armazenamento de energia química envolve a conversão de energia eléctrica em energia química, normalmente sob a forma de hidrogénio ou de outros transportadores químicos. Esta energia pode mais tarde ser convertida novamente em eletricidade através de células de combustível ou outros processos químicos.
Vantagens: Elevada densidade energética; permite o armazenamento de energia a longo prazo; matérias-primas amplamente disponíveis com aplicações flexíveis.
Desvantagens: Eficiência de conversão inferior; tecnologia complexa com custos elevados; necessidades significativas de infra-estruturas, especialmente para o armazenamento e transporte de hidrogénio.
Caso de utilização: A instalação Power-to-Gas, na Alemanha, converte o excesso de eletricidade em hidrogénio para armazenamento.
Principais factores que afectam o custo do SEE
O custo de um sistema de armazenamento de energia (SEE) é influenciado principalmente por factores como o tipo de bateria, a dimensão do sistema, os custos de material, as despesas de fabrico e instalação, os custos de manutenção e funcionamento (OPEX), bem como o tempo de vida útil do sistema e o número de ciclos. A escala e a complexidade do ESS, os requisitos de qualidade e os custos de manutenção e substituição a longo prazo têm impacto na relação custo-eficácia global do ESS. Para além disso, quanto maior for o tempo de vida do sistema e o número de ciclos que pode completar, menor será o custo a longo prazo.
Conclusão
Como meio de armazenamento de energia, os sistemas ESS podem reduzir significativamente a dependência da sociedade dos combustíveis fósseis tradicionais. Especialmente para países com elevada procura de eletricidade, tanto os pequenos ESS domésticos como os grandes sistemas comerciais de armazenamento de energia oferecem boas soluções. Isto significa que o mercado de armazenamento de energia tornar-se-á cada vez mais popular. Contacte a PKNERGY agora para saber mais sobre a construção de um ESS.
FAQ:
Como funciona um sistema de armazenamento de energia solar?
O princípio de funcionamento de um sistema de armazenamento de energia solar consiste em armazenar a energia excedente gerada pelos painéis solares. Quando o sol está a brilhar, os painéis solares produzem eletricidade, que pode ser utilizada imediatamente ou armazenada num Sistema de Armazenamento de Energia (SEE) para utilização posterior.
É possível ter uma bateria de reserva sem energia solar?
Sim, é possível carregar a partir da rede eléctrica para utilizar como fonte de energia de reserva sem necessitar de um sistema solar.
Que quantidade de eletricidade pode ser armazenada numa bateria?
Depende do tamanho da bateria que utiliza. As baterias domésticas comuns de armazenamento de energia incluem 5kWh, 10kWh, 15kWh
Poupar dinheiro, proteger o ambiente
A PKNERGY ajuda-o a reduzir as suas facturas de energia para a sua casa armazenamento de energia solar, armazena a sua energia solar para utilização em qualquer altura - à noite ou durante um corte de energia.
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