Vantagens dos sistemas de armazenamento de energia em baterias em contêineres

 

Para ser honesto, fiquei bastante apreensivo quando encontrei pela primeira vezarmazenamento de energia em contêineresprojetos há alguns anos.

Foi em 2021, em um projeto de geração e armazenamento de energia fotovoltaica em Qinghai. O cliente exigiu a construção e ligação à rede de um sistema de armazenamento de energia de 100 MWh no prazo de três meses. Usando métodos tradicionais-baseados em estações, isso teria sido uma tarefa quase impossível. Mas quando vi mais de 20 contentores de armazenamento de energia cuidadosamente dispostos no deserto de Gobi, conseguindo ligação à rede e geração de energia em apenas 67 dias, compreendi verdadeiramente o significado revolucionário desta abordagem tecnológica.

A modularização parece simples, mas é incrivelmente difícil de conseguir

O termo “modularização” tem sido usado em demasia na indústria de armazenamento de energia. No entanto, o que realmente nos diferencia muitas vezes não são as células da bateria em si, mas a habilidade na integração de sistemas.

Já vi muitos projetos onde as mesmas células de bateria da CATL ou BYD foram usadas, mas a qualidade da entrega final variou drasticamente. Por que? A diferença está nas capacidades de controle durante o processo de pré-fabricação na fábrica.

No ano passado, visitamos a base de produção do sistema de armazenamento de energia da Sungrow Power em Hefei. Um detalhe deixou uma impressão profunda: cada contêiner passa por um teste de-horas de-carga de energia-descarga completa antes de sair da fábrica – não uma verificação aleatória, mas uma inspeção completa. Muitos fabricantes menores nem conseguem fazer isso; o custo é proibitivo.

Então, quando alguém me pergunta como escolher um integrador de armazenamento de energia, meu conselho é-visitar diretamente a fábrica. Observe o nível de automação na linha de produção, o rigor do processo de testes e a padronização das operações dos trabalhadores. Essas coisas não podem ser vistas em uma apresentação do PowerPoint.

A verdadeira modularização não envolve apenas colocar equipamentos em contêineres; trata-se de trazer o controle de qualidade para o estágio de fábrica.

Quão rápido pode ser o armazenamento de energia em contêineres?

No final de 2023, uma província no leste da China lançou urgentemente um lote de projetos de armazenamento de energia e-redução de pico devido à pressão do pico da demanda no inverno. Eles deveriam estar conectados à rede até 15 de dezembro, que já era meados de{4}}outubro.

Dois meses, do zero à ligação à rede.

Isso teria sido impossível usando métodos tradicionais. Mas com uma solução em contêineres, eis como fizemos:

Durante todo o processo, o número máximo de trabalhadores-da construção no local foi de apenas trinta. Se fosse o edifício de uma central eléctrica, só a equipa de engenharia civil necessitaria de centenas de pessoas.

Muitos proprietários subestimaram inicialmente o valor desta vantagem temporal. Mas um cálculo simples deixa claro: conectar-se à rede um mês antes, sob a política de subsídios de redução de pico da época, poderia ter resultado em um lucro extra de 1,5 a 2 milhões de yuans para um projeto de 100 MWh. Isso nem inclui a economia em custos financeiros.

Na indústria de armazenamento de energia, tempo é realmente dinheiro.

Em relação à flexibilidade, aqui está um exemplo-potencialmente alucinante

Muitas pessoas acreditam que, uma vez construída uma central eléctrica de armazenamento de energia, esta é fixada no seu lugar. Isso não é necessariamente verdade.

Em 2022, o projeto de energia eólica e armazenamento de energia de uma empresa-estatal na Mongólia Interior enfrentou um ajuste de planejamento. O local original de armazenamento de energia teve que ser realocado para dar lugar às turbinas eólicas. Para um sistema-de armazenamento de energia baseado em estação, isso teria sido um desastre-a demolição e a reconstrução teriam resultado em dezenas de milhões de yuans indo pelo ralo.

No entanto, como foi utilizada uma solução contentorizada, a solução final foi simples e direta: vários grandes camiões-plataforma foram utilizados para içar e transportar os 16 contentores de armazenamento de energia como um todo para um novo local a 3 quilómetros de distância, onde foram religados e depurados. Todo o processo demorou menos de duas semanas. Este caso se espalhou por um pequeno círculo na indústria na época, e as pessoas perceberam: Ah, então os ativos de armazenamento de energia podem ser usados ​​desta forma.

Posteriormente, comunicamos com algumas instituições financeiras e elas ficaram muito interessadas no atributo “ativo móvel”. Em comparação com instalações estacionárias de armazenamento de energia fixadas no solo, as soluções contentorizadas oferecem avaliações de valor residual e estratégias de saída mais claras quando se trata de financiamento de arrendamentos e titularização de ativos.

Segurança é um tema que deve ser discutido com seriedade

Sei que muitas pessoas estão preocupadas com a segurança do armazenamento de energia, especialmente após a explosão da central eléctrica de armazenamento de energia "4.16" em Pequim em 2021. Esse acidente resultou em duas mortes e na perda de um bombeiro. Toda a indústria pagou um preço alto.

No entanto, por outro lado, esse acidente também estimulou uma atualização abrangente dos padrões de segurança. Os projetos de armazenamento de energia em contêineres colocados em operação após 2022 têm configurações de segurança que estão em um nível completamente diferente de antes.

No ano passado, observei uma simulação de incêndio em um projeto. O sistema de supressão de incêndio de um contêiner foi acionado deliberadamente; da detecção ao alarme e à liberação do agente extintor, todo o processo levou menos de 30 segundos.

A segurança nunca é 100% garantida. Contudo, através de uma concepção sistemática e de redundância, os riscos podem ser controlados dentro de limites aceitáveis.

Quais são as práticas dominantes agora?

• Primeira camada: Prevenção. O Sistema de gerenciamento de bateria (BMS) monitora as alterações de tensão, temperatura e resistência interna de cada célula em tempo real. Um bom BMS pode emitir um aviso antecipado 5 a 10 minutos antes de ocorrer a fuga térmica. Esta janela de tempo é crucial.
• Segunda camada: Detecção. Além dos detectores tradicionais de fumaça e temperatura, os detectores de gases combustíveis são agora amplamente instalados. A fuga térmica precoce das baterias libera CO e hidrogênio, e a detecção de gás pode detectar anomalias 2 a 3 minutos antes dos detectores de fumaça.
• Terceira camada: Supressão de incêndio. O heptafluoropropano ainda é usado, mas a perfluorohexanona está substituindo-o rapidamente. Pessoalmente, prefiro a perfluorohexanona-o efeito de supressão de incêndio é semelhante, mas seu desempenho ambiental é muito melhor, com um valor de GWP de apenas uma fração do heptafluoropropano.
• Quarta camada: Isolamento. Esta é uma vantagem natural das soluções em contêineres. Cada contêiner é uma zona independente-resistente ao fogo. Mesmo que um recipiente queime, os recipientes adjacentes têm distância de segurança suficiente para evitar uma reação em cadeia.

Como você calcula a economia?

Esta é a pergunta mais frequente, mas não existe uma resposta padrão. A economia varia muito dependendo do cenário de aplicação, da região e do modelo de negócios.

No entanto, algumas observações importantes podem ser feitas:

Atualmente, a aplicação mais rentável para armazenamento de energia é a regulação de frequência. Em regiões com mercados maduros de regulação de frequência, como Guangdong, Shanxi e Mongólia Interior, um projeto de armazenamento de energia com regulação de frequência de 50 MW/100 MWh pode gerar potencialmente 40-50 milhões de RMB em receitas anuais. O investimento é de aproximadamente 300-350 milhões de RMB, com um período de retorno estático de 6 a 7 anos. Considerando o valor residual das baterias, o retorno real é ainda maior.

O armazenamento de energia comercial e industrial é atualmente muito popular, mas escolher o local certo é crucial. Em regiões com diferenças de preços de pico{1}}no vale superiores a 0,7 RMB/kWh, como Guangdong, Zhejiang e Jiangsu, o armazenamento de energia comercial e industrial é viável. Tomando Zhejiang como exemplo, a diferença de preço do pico{4}}do vale para aplicações comerciais e industriais é geralmente de 0,8-0,9 RMB e, com uma curva de carga adequada, o período de retorno pode chegar a 5 a 6 anos. Contudo, em regiões com menores diferenças de preços entre picos e vales, como Henan e Shandong, a economia não é viável.

Falando francamente, a alocação obrigatória de armazenamento de energia para novas fontes de energia é atualmente orientada-por políticas e sua viabilidade econômica é geralmente baixa. Com uma taxa de alocação de 10% a 20% e um tempo de uso de 2 horas, as horas de utilização anuais podem ser de apenas trezentas a quatrocentas horas, dificultando o lucro. No entanto, este é o limite para a conexão à rede e não há outra maneira.

Dados da Associação da Indústria de Fontes de Energia Química e Física da China mostram que, em 2023, mais de 20 GW/40 GWh de novos projetos de armazenamento de energia foram colocados em operação na China, com mais de 80% adotando soluções em contêineres. Esta proporção em si reflecte a escolha do mercado.

O resfriamento líquido agora é uma prática padrão para projetos de armazenamento de energia em grande-escala.

O debate sobre o resfriamento líquido está praticamente encerrado. Há dois anos, as pessoas debatiam se o resfriamento a ar ou o resfriamento a líquido era melhor; agora, o debate está praticamente encerrado. A razão é simples: a capacidade das células da bateria está aumentando (de 280Ah para 314Ah, e agora 560Ah estão em produção em massa), a densidade de energia está aumentando e a geração de calor está aumentando. O resfriamento do ar simplesmente não consegue acompanhar.

Os benefícios do resfriamento líquido são diretos:

É claro que a refrigeração líquida também tem suas desvantagens:-alto custo, complexidade do sistema e risco de vazamento. No entanto, considerando tudo isso, para contêineres de grande-capacidade de 3 MWh ou mais, os benefícios da refrigeração líquida superam os custos.

O sistema de armazenamento de energia Tianheng da CATL, lançado em 2024, atinge 6,25 MWh em um único contêiner de 20 pés usando tecnologia avançada de refrigeração líquida. Esta densidade de energia era inimaginável há três anos.

Várias tendências em armazenamento de energia em contêineres

Tendência 1: A tendência para uma maior capacidade continuará.

As caixas de baterias de 20 pés cresceram de 2 MWh para 3,5 MWh e depois para 5 MWh, e as empresas líderes agora estão promovendo produtos de 6 MWh+. Alcançar 10MWh num caso de 40 pés não é impossível.

Tendência 2: A “involução” tecnológica está mudando das células para os sistemas.

O segmento de células já é altamente homogeneizado, com apenas alguns fornecedores líderes de baterias de fosfato de ferro-lítio. A futura concorrência diferenciada se concentrará mais nos recursos de integração de sistemas-gerenciamento térmico, projeto de segurança, operação e manutenção inteligentes e otimização de custos do ciclo de vida completo.

Tendência 3: As baterias de sódio entrarão no mercado, mas não prejudicarão a ordem existente.

As baterias de íon-de sódio são realmente mais baratas e têm melhor desempenho em-baixas temperaturas. No entanto, sua densidade de energia e ciclo de vida são atualmente inferiores aos do fosfato de ferro-lítio. Minha opinião é que as baterias de sódio ganharão uma certa participação de mercado em cenários-sensíveis a custos com requisitos de densidade de energia mais baixos (como armazenamento de energia-de pico nas regiões do norte), mas não abalarão a posição dominante das baterias de lítio dentro de três a cinco anos.

Tendência 4: A operação e a manutenção passarão de uma abordagem de “onda humana” para sistemas inteligentes.

Atualmente, muitas centrais elétricas de armazenamento de energia ainda dependem de inspeções manuais, o que é ineficiente e dispendioso. No futuro, através de gémeos digitais, diagnósticos de IA e manutenção preditiva, o modelo de operação e manutenção sofrerá uma mudança fundamental. Algumas empresas já estão explorando esta área com resultados promissores.

Por que o armazenamento de energia em contêineres está se tornando popular?

O meu entendimento é que representa essencialmente uma “mentalidade industrializada” que transforma a indústria de armazenamento de energia.

Transformar engenharia de sistemas complexos em produtos padronizados, transferir incertezas-no local para um ambiente de fábrica controlável e transformar-ativos únicos em módulos móveis e reutilizáveis-essas ideias são, na verdade, consistentes com os padrões de desenvolvimento de outras indústrias de manufatura.

É claro que as soluções contentorizadas não são perfeitas. A economia de projetos de escala ultra-grande-(como projetos de nível-de GWh) ainda precisa de otimização, a adaptabilidade a ambientes extremos tem espaço para melhorias e os sistemas de segurança precisam de iteração contínua.

Mas a direção está certa. Estou cada vez mais convencido disso.

Da próxima vez, se tiver oportunidade, gostaria de escrever mais sobre as “armadilhas” no desenvolvimento e operação de projetos de armazenamento de energia-afinal, apenas olhar as vantagens não é suficiente; saber como evitar as armadilhas é igualmente importante.