Um sistema completo de armazenamento de energia de bateria (BESS) requer atenção a dois principais indicadores de desempenho: um relacionado à capacidade e utilização de armazenamento de energia, ou seja, relacionado à capacidade; e outra relacionada à capacidade de repor ou liberar energia, ou seja, relacionada à potência. A relação entre esses dois aspectos é frequentemente usada para distinguir se o sistema de armazenamento de energia é orientado-para energia ou-orientado para energia.
Capacidade do sistema de armazenamento de energia da bateria
Essa métrica representa a capacidade energética máxima teórica que um sistema de armazenamento pode conter, normalmente expressa em quilowatt-hora (kWh) ou megawatt-hora (MWh). Este é um dos parâmetros mais importantes de um sistema de armazenamento de energia; no entanto, sua capacidade utilizável real é afetada pela profundidade de descarga (DOD) da bateria e pela eficiência do sistema.
A capacidade de um BESS (Battery Energy Storage System) enfatiza a quantidade de energia que pode ser produzida ou utilizada, o que é diferente da definição de capacidade da bateria. A capacidade da bateria geralmente se refere à capacidade de uma bateria sob certas condições (taxa de descarga, temperatura, tensão de terminação, etc.) e é medida em amperes-horas (Ah), representando a integral da corrente ao longo do tempo.
Sistema de armazenamento de energia da bateria: Potência máxima do sistema
A potência máxima do sistema reflete a capacidade máxima de carga e descarga do sistema de armazenamento de energia e é geralmente expressa em quilowatts (kW) ou megawatts (MW). Este indicador de desempenho é determinado pelo projeto de todo o circuito principal, incluindo bateria, circuito de transmissão CC, PCS e conexão CA, e até mesmo pelas perdas durante a operação na potência máxima (essas perdas serão convertidas principalmente em calor), o que afeta o projeto do sistema de controle de temperatura e outros equipamentos auxiliares. Os sistemas de armazenamento de energia com a mesma capacidade podem ter funcionalidades significativamente diferentes devido a diferenças na potência máxima; mesmo o mesmo sistema de armazenamento de energia experimentará uma diferença quadrática na eficiência devido aos diferentes níveis de potência operacional.
Quando o parâmetro de potência é relativamente grande comparado ao parâmetro de capacidade, como 1 MW/500 kWh, ele é chamado de sistema de armazenamento de energia do tipo-potência; inversamente, se for 500 kW/1 MWh, é chamado de sistema de armazenamento de energia do tipo-energia. Portanto, o conceito de tempo é por vezes introduzido, sendo o primeiro rotulado como 1 MW/0,5 h, e o último como 500 kW/2 h.
Sistema de armazenamento de energia da bateria: Perda e eficiência de energia
A eficiência de um sistema de armazenamento de energia reflete a perda de energia durante o processo de carga e descarga. Pode ser entendida como a relação entre a energia liberada pelo sistema e a energia nele carregada, também conhecida como eficiência do ciclo. Esta perda não está apenas relacionada com o tipo técnico da bateria de armazenamento de energia, mas também depende de componentes elétricos como o sistema de conversão de energia (PCS). Num sentido estrito, a eficiência do sistema reflete principalmente as perdas no circuito principal durante a carga e descarga, desde a bateria, barramento CC, PCS e, finalmente, até o transformador (se presente). Contudo, em aplicações práticas de engenharia, o consumo de energia de equipamentos auxiliares, como o sistema de controle de temperatura, é frequentemente incluído na perda total, afetando assim a eficiência geral.
Figura: Relação do balanço energético do BESS
Sistema de armazenamento de energia da bateria: Número de ciclos
O número de ciclos de carga-descarga de uma bateria determina sua vida útil. Num sistema de armazenamento de energia, devido ao elevado valor da bateria, a sua vida útil também determina a vida útil de todo o sistema. A degradação do ciclo de vida leva a um aumento na resistência interna, que por sua vez aumenta as perdas e a geração de calor, acelerando ainda mais o processo de degradação. Além disso, sobrecargas e{4}descargas frequentes causam a dissolução e deposição repetidas de substâncias metálicas no eletrólito, o que também afeta significativamente o ciclo de vida e a segurança da bateria.
Para um determinado tipo de bateria de íon-de lítio, o número de ciclos sob condições de carga e descarga 1C mostra diferenças significativas em diferentes profundidades de descarga (DOD), conforme mostrado na figura.
Custo do sistema de armazenamento de energia da bateria
O custo dos sistemas de armazenamento de energia está intimamente relacionado à capacidade, potência e ambiente operacional do sistema. Geralmente, em sistemas de armazenamento-de energia, o custo das baterias representa uma proporção relativamente alta; enquanto em sistemas de armazenamento-do tipo energia, o custo das baterias é relativamente menor. Contudo, em qualquer caso, o custo da bateria constitui atualmente a parte principal do custo global do BESS e será também a principal área para redução de custos no futuro.
A unidade de custo pode ser expressa como yuan/kWh ou yuan/kW, mas nenhuma representa de forma completa e precisa o seu significado. Portanto, é essencial especificar simultaneamente a capacidade e o poder durante as discussões de projetos específicos.
Sistema de armazenamento de energia da bateria: custo Tempo de resposta
Para BESS (Battery Energy Storage Systems), tanto a conversão de energia quanto o tempo de resposta estão na faixa de milissegundos, o que é suficiente para aplicações em sistemas de energia. É aqui que o BESS se destaca em comparação com outros métodos de armazenamento de energia física, como armazenamento de energia em volante e armazenamento-hidrelétrico bombeado. No entanto, devido a limitações de tensão, métodos de instalação e capacidade da célula da bateria, a potência e a capacidade de uma única unidade BESS são relativamente limitadas. Portanto, em usinas de armazenamento de energia em grande-escala, como aquelas compostas por dezenas de sistemas convencionais de armazenamento de energia de baixa-tensão de 5 MW/2h conectados em paralelo, o gargalo no tempo de resposta será limitado principalmente pelo método de comunicação e pelo mecanismo de agendamento. Também será afetado por funções como coordenação de potência e supressão de corrente circulante entre os dispositivos paralelos. O tempo de resposta-no nível da estação final pode ser de centenas de milissegundos ou até segundos. É claro que uma única unidade BESS de 5MW/2h é apenas um exemplo hipotético; a própria conexão paralela excessiva das baterias representa riscos de segurança significativos. A solução desse problema requer mudanças nos métodos de controle de grupo e avanços e aplicações de novas tecnologias de sistemas de armazenamento de energia, como conexão direta de alta-tensão.
Sistema de armazenamento de energia da bateria:Outros recursos
Em outros cenários de aplicação ou análises econômicas, conceitos como energia específica (relação energia-para-massa, Wh/kg), potência específica (relação potência-para-massa, kW/kg) e densidade de energia por unidade de área (relação energia-para-área, Wh/m²) também são usados. Esses conceitos são relevantes para calcular os custos de transporte do projeto e os requisitos de uso do solo.