Novas Tendências do Sistema de Armazenamento de Energia Tecnologia ESS

O fabricante de renome mundial de produtos de controle industrial - C3CONTROLS nos Estados Unidos analisou as novas tendências tecnológicas do atual sistema de armazenamento de energia ESS em seu white paper técnico, o seguinte é um trecho.

A eletricidade em sua forma bruta não pode ser armazenada em qualquer escala, mas através do uso de um sistema de armazenamento de energia (ESS), ela pode ser convertida em outras formas de energia que podem ser armazenadas. Essas formas de energia podem ser convertidas novamente em eletricidade quando necessário.

Os sistemas de armazenamento de energia oferecem uma ampla gama de abordagens tecnológicas para gerenciar nosso fornecimento de eletricidade em um esforço para criar uma infraestrutura de energia mais resiliente e economizar custos para concessionárias e consumidores. As tecnologias atuais do sistema de armazenamento de energia incluem baterias, volantes, ar comprimido, armazenamento hidrelétrico bombeado e muito mais. Hoje, todos esses sistemas ainda são limitados no total de energia que podem armazenar, mas a pesquisa continua a melhorar rapidamente essas tecnologias.

A rede elétrica dos EUA é construída sobre um delicado equilíbrio entre o fornecimento de eletricidade e a demanda do consumidor. Uma maneira eficaz de ajudar a equilibrar as flutuações na oferta e demanda de eletricidade é armazenar eletricidade durante os períodos de alta produção e baixa demanda e, em seguida, liberá-la de volta à rede durante os períodos de baixa produção ou alta demanda.

Aqui, discutimos como o armazenamento de eletricidade pode nos fornecer confiabilidade, benefícios econômicos e ambientais. Dependendo da extensão de sua implantação, o armazenamento de eletricidade pode ajudar a rede dos EUA a funcionar com mais eficiência, reduzir a probabilidade de interrupções durante os períodos de pico de demanda e permitir o uso de mais recursos renováveis. foto

A crescente demanda por armazenamento de eletricidade

Desde a descoberta da eletricidade, muitos pesquisadores e cientistas têm procurado maneiras eficientes de armazenar energia para uso sob demanda. Nos últimos 100 anos, a indústria de armazenamento de energia cresceu e inovou em resposta às mudanças nas demandas de eletricidade e aos avanços tecnológicos.

Hoje, os consumidores nos Estados Unidos usam eletricidade 24 horas por dia. Quer estejamos acordados ou dormindo, nossa necessidade de eletricidade é constante. Os consumidores americanos tendem a ter como certo como é fácil obter a energia de que precisamos para alimentar nossos eletrodomésticos, eletrodomésticos, ferramentas, máquinas, veículos e tudo o que usamos dia e noite.

No entanto, a atual rápida popularização dos veículos elétricos, por exemplo, tem colocado maior pressão sobre a rede e precisa atender a uma maior demanda de energia. Além disso, o avanço tecnológico e o crescimento no mercado de energia renovável (por exemplo, solar, eólica, etc.) têm sido um importante impulsionador da demanda de armazenamento de energia, devido ao impacto significativo na rede.

Tecnologia de armazenamento de energia

Uma característica fundamental do setor elétrico é que o nível de eletricidade que pode ser gerado é fixo por curtos períodos de tempo. Em vez disso, a demanda de eletricidade flutua ao longo do dia. Desenvolver tecnologias para armazenar energia elétrica para que esteja disponível quando for necessário representa uma grande mudança na forma como a eletricidade é distribuída.

Sistema de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia (ESS) são projetados para gerenciar os níveis de eletricidade necessários para abastecer os clientes durante os horários de pico, quando a demanda é maior, ajudando a simplificar o uso de energia renovável e injetando-a no sistema de distribuição com mais facilidade.

O ESS também ajudará a equilibrar a microrrede para alcançar um equilíbrio estável entre geração e carga. O sistema de armazenamento de energia pode fornecer regulação de frequência – é fundamental manter a frequência de todo o sistema em 60 Hz. Isso mantém um equilíbrio entre a carga da rede e a energia gerada. Além disso, a implantação do ESS também pode fornecer uma fonte de alimentação mais confiável para instalações industriais de alta tecnologia. O armazenamento de energia e a eletrônica de potência são uma promessa encorajadora para a transformação do setor de energia.

Eletrônica de potência de alta tensão

Eletrônicos de potência de alta tensão, como interruptores, controladores e inversores, controlam a potência de forma rápida e precisa para suportar a transmissão em longas distâncias. Esses dispositivos de alta tensão permitirão que o sistema opere de forma mais eficiente e responda de forma eficaz a perturbações mais rapidamente. Outro grande desafio que está sendo abordado é a redução do custo da tecnologia de armazenamento de energia e da eletrônica de potência para acelerar a aceitação do mercado.

Programa de Armazenamento de Energia do DOE

O Programa de Armazenamento de Energia (ESP) estabelecido pelo Escritório de Eletricidade (OE) do Departamento de Energia dos EUA realiza pesquisa e desenvolvimento em várias tecnologias de armazenamento de energia. Essa ampla base tecnológica inclui baterias (convencionais e avançadas), capacitores eletroquímicos, volantes, eletrônica de potência, sistemas de controle e ferramentas de software para otimização e dimensionamento de armazenamento. A ESP trabalha em estreita colaboração com parceiros da indústria - muitos de seus projetos são altamente compartilhados.

O Programa de Armazenamento de Energia (ESP) oferece às concessionárias e aos departamentos estaduais de energia a oportunidade de colaborar no projeto, aquisição, instalação e comissionamento de grandes instalações de armazenamento inovadoras de até vários megawatts de tamanho. Ele também suporta estudos analíticos do desempenho técnico e econômico de tecnologias de armazenamento, bem como avaliações técnicas de componentes do sistema de armazenamento de energia e sistemas operacionais.

O armazenamento de energia aprimorado pode fornecer vários benefícios para o setor de energia e seus clientes residenciais, bem como para empresas de manufatura industrial e empresas comerciais. Esses benefícios incluirão melhor qualidade de energia e entrega confiável de energia aos clientes – e maior estabilidade e confiabilidade dos sistemas de transmissão e distribuição.

O Programa de Armazenamento de Energia (ESP) incentiva as concessionárias a atualizar os equipamentos existentes para adiar ou eliminar atualizações dispendiosas—melhorando a disponibilidade e aumentando o valor de mercado da energia distribuída. Os ESPs fornecem às concessionárias e fornecedores geração de energia renovável de maior valor e custos mais baixos por meio de maior capacidade e diferimento de pagamentos de transmissão.

A ESP também está trabalhando para aumentar a densidade de armazenamento de energia por meio de pesquisas em eletrólitos avançados para baterias de fluxo, desenvolvimento de baterias de sódio de baixa temperatura e eletrodos nanoestruturados com desempenho eletroquímico aprimorado. No campo da eletrônica de potência, a pesquisa sobre novos materiais de alta tensão, alta potência, alta frequência e banda larga, como carboneto de silício e nitreto de gálio, está avançando. Além disso, a pesquisa está em andamento em sistemas avançados de conversão de energia que usam magnetismo avançado, capacitores de alta tensão, encapsulamento e controles avançados para aumentar significativamente a densidade de energia e o desempenho.

Planeta Energia

A Iniciativa Energy Earthshots é outra iniciativa do Departamento de Energia dos EUA para acelerar avanços para soluções de energia limpa mais abundantes, acessíveis e confiáveis ​​dentro de uma década. Alcançar a Iniciativa Energy Earthshots ajudará os EUA a enfrentar as barreiras mais difíceis para lidar com a crise climática, desenvolver uma economia de energia limpa e avançar mais rapidamente para emissões líquidas de carbono zero até 2050.

DOE - Earthshots de armazenamento de energia de longo prazo

A Earthshots de energia de armazenamento de longa duração (LDSEE) estabeleceu uma meta de reduzir o custo do armazenamento de energia em escala de rede para sistemas com duração de mais de 10 horas em 90% em uma década. O armazenamento de energia tem o potencial de acelerar a descarbonização completa da rede.

Armazenamento de duração mais curta está sendo instalado atualmente para suportar os níveis atuais de geração de energia renovável. À medida que mais e mais energia renovável é implantada na rede, são necessárias tecnologias de armazenamento de maior duração. O armazenamento mais barato e eficiente tornará mais viável capturar e armazenar energia limpa renovável para uso quando a produção de energia estiver indisponível ou cair abaixo da demanda.

Por exemplo, a energia renovável, como a energia solar gerada durante o dia, pode ser usada à noite quando a demanda aumenta, ou a energia nuclear gerada durante períodos de baixa demanda pode ser usada quando a demanda aumenta. O LDSS considerará todos os tipos de tecnologias — transportadoras eletroquímicas, mecânicas, térmicas, químicas ou qualquer combinação que tenha potencial para atender às metas de duração e custo necessárias para a flexibilidade da rede.

fundos

Vários escritórios do DOE realizam atividades de armazenamento de energia, e a solicitação de orçamento do presidente para o ano fiscal de 2022 inclui um total de US$ 1,16 bilhão para essas atividades, rastreadas por meio da seção transversal do Energy Storage Grand Challenge. Na pendência de financiamento, o DOE antecipa oportunidades de financiamento e outras atividades para ajudar a avançar no progresso em direção às metas LDSS, de acordo com o roteiro dos Grandes Desafios de Armazenamento de Energia do DOE.

Atingindo a meta de emissões líquidas zero de carbono

As metas de Long-Term Earth Storage (LDSS) são essenciais para alcançar emissões líquidas de carbono zero para a rede até 2035 e para a economia como um todo até 2050. O armazenamento de energia pode melhorar o controle local do sistema de energia e criar resiliência para as comunidades que sofrem frequentes quedas de energia ou podem não ter acesso à rede. O desenvolvimento de tecnologia e fabricação para atender às metas de custo do LDSS também estabelecerá um novo setor de fabricação de produtos de memória nos Estados Unidos.

À medida que o custo das tecnologias solar e eólica cai rapidamente, uma parcela crescente de energia renovável variável se tornará a norma no futuro. O uso de veículos elétricos está acelerando os esforços para descarbonizar o setor de transporte.

A necessidade de acomodar o fornecimento variável de energia enquanto o setor de energia fornece produção ininterrupta é uma meta alcançável. Os esforços para integrar energias renováveis, como solar, eólica e outros recursos renováveis ​​em setores de uso final, mostraram um potencial significativo e a importância crítica do armazenamento de eletricidade para alcançar uma descarbonização profunda.

O armazenamento de eletricidade baseado em baterias e outras tecnologias que melhoram rapidamente permitirá uma maior flexibilidade do sistema, um ativo essencial à medida que a parcela de energia renovável variável continua a aumentar. O armazenamento de eletricidade pode possibilitar um setor de transporte dominado por veículos elétricos, possibilitar sistemas domésticos solares eficientes fora da rede por 24-horas e oferecer suporte a microrredes 100% renováveis.

previsão internacional

No relatório Electricity Storage and Renewable Energy: Costs and Markets, a Agência Internacional de Energia Renovável (IRENA) analisa o custo atual e o desempenho de uma variedade de tecnologias de armazenamento de eletricidade em aplicações estacionárias, bem como seu potencial de redução de custos e melhoria de desempenho por meio de 2030 até 2030."

O relatório concluiu que a capacidade total de armazenamento de eletricidade pode triplicar em termos de energia até 2030. Com a rápida adoção de renováveis, isso deve ser suficiente para dobrar a participação de renováveis ​​no mix global de energia em menos de 15 anos. O armazenamento de energia da bateria pode aumentar 17- vezes, e o custo da tecnologia de armazenamento da bateria pode cair em até 66 por cento .

Esta pesquisa mostra que os sistemas de armazenamento de bateria têm um enorme potencial de implantação e redução de custos. Os custos totais instalados podem cair de 50% a 60% até 2030, com os custos de bateria caindo ainda mais. Tudo isso é impulsionado pela otimização das instalações de fabricação, bem como pela melhor composição e redução do uso de material.

Tecnologia de sistema de armazenamento de energia

Os sistemas de armazenamento de energia (ESS) oferecem uma ampla gama de abordagens tecnológicas para gerenciar nosso fornecimento de eletricidade para criar uma infraestrutura de energia mais resiliente e economizar custos para concessionárias e consumidores. As várias abordagens atualmente implantadas em todo o mundo são discutidas abaixo.