Armazenamento de energia

Sistemas de Armazenamento de Energia | Workshop Energia Renovรกvel www.itemm.org.br

Sistemas de Armazenamento de Energia

Objetivo

Discutir a importância dos Sistemas de Armazenamento de Energia (ESS) para os desafios atuais e futuros do Sistema ElÊtrico

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Sistemas de Armazenamento de Energia

Por que Armazenar?

O Sistema Elétrico Tradicional

Nuclear

Térmica

Hidroelétrica

Nos sistemas de potência tradicionais a energia é gerada em grandes centrais e levada aos consumidores.

Geração Tradicional

O fluxo de energia é unidirecional.

Para garantir estabilidade, tudo que é gerado deve ser consumido.

Transmissão / Distribuição

Arquitetura tradicional mudou pouco no Brasil em quase 100 anos, mas passa por uma evolução significativa especialmente na última década.

Consumidor Tradicional Comercial

Residencial

Industrial

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Por que Armazenar?

A Revolução do Sistema Elétrico

Uma evolução desencadeada conscientização ambiental.

pela

crescente

Novas fontes de geração.  Renováveis (como eólica e solar).

Novos modelos de consumidores.  “Prossumidores” → consumidores que utilizam e produzem energia para a rede.  Veículos híbridos e elétricos.

ESS - Energy Storage System

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Por que Armazenar?

A Revolução do Sistema Elétrico

Fornece subsídios para um futuro melhor e sustentável.  Rede elétrica mais eficiente.  Redução nas emissões de CO2.

O fluxo de energia é multidirecional.

Evolução que agrega novos desafios.  Intermitência das fontes renováveis.  Balanço entre geração e “prossumidor”.  Sistema com maior variabilidade.

ESS - Energy Storage System

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Por que Armazenar?

Contribuição do Armazenamento

O armazenamento de energia pode absorver a intermitência da rede funcionando como um entreposto.

Um exemplo é o armazenamento de energia para suporte aos sistemas de transmissão e distribuição.

Existem vários outros serviços e benefícios para a geração e consumidores!

Flexibilidade www.itemm.org.br

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Por que Armazenar?

Suporte à Geração Intermitente

 Armazena a energia produzida em excesso  Maximiza a geração das fontes renováveis  Maior eficiência dos sistemas solar e eólico

 Suaviza a produção das fontes renováveis

Qualidade de Energia

 Absorve variações rápidas  Promove serviços ancilares  Regulação de tensão  Regulação de frequência

 Reduz a variabilidade injetada na rede www.itemm.org.br

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Por que Armazenar?

Deslocamento de Energia

 Diminuição dos custos de energia  Deslocamento da geração fotovoltaica para períodos de maior consumo  Redução no consumo de ponta

 Back-up de energia para condições de falha na rede elétrica

Suporte à Transmissão & Distribuição

 Alívio de alimentadores congestionados  Regulação de frequência local  Postergação de investimentos  Gerenciamento dos fluxos energéticos locais que excedem a capacidade das linhas de transmissão e distribuição www.itemm.org.br

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Como Armazenar?

Eletrodo Negativo

Eletrodo Positivo

Membrana para reação

Noite

Fonte de Energia

Hidrogênio

Dia

Reservatório do Eletrodo Negativo

Reservatório do Eletrodo Positivo

Eletrólise Tanque

Água Chumbo Ácido

Bomba

Célula Combustível

Chumbo Carbono

Íons de Lítio

Inversor

Energia

Água Níquel Cádmio

Bomba Fontes: Moura / LG / Ecoult / Saft Fonte: University of Southampton Fonte: www.janjustusschmidt.com

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Panorama Global

Potência (GW) Nominal Potência (GW) Nominal(GW) PotênciaNominal

Projetosde Operacionais e em Desenvolvimento * Projetos Armazenamento de Energia Operacionais Projetos de Armazenamento de Energia Operacionais (excluindo armazenamento hídrico por bombeamento) (excluindo armazenamento hídrico por bombeamento)

O DOE tem registro de 1.267 projetos de sistemas de armazenamento de energia, totalizando 171,05 GW operacionais.

O armazenamento em reservatórios hídricos (bombeamento) é a forma mais antiga de se acumular energia e tem maior capacidade instalada.

Entre as demais tecnologias, é destaque o aumento do armazenamento eletroquímico (sistemas de baterias).

945 Projetos 1.190 Projetos 6,42 GW 1.267Projetos 1.267Projetos 8,96 GW 171,05 GW 171,05 GW

Há mais de 2GW em novos projetos.

Anode deReferência Referência Ano de Referência Ano

EletroquímicoHidrogênio Eletromecânico Térmico Térmico Hídrico HidrogênioEletromecânico Eletroquímico Eletroquímico Eletromecânico Hidrogênio Térmico Ar Líquido * Projetos contratados, anunciados e em construção

Fonte: DOE Energy Storage Database

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Brasil & Chamada 21 ANEEL  102 empresas demonstraram interesse na Oferta Interna de Energia Elétrica Chamada 21 Pecentual por Fonte (%)

80 70

Região Norte

 Mais de R$ 50012,8 milhões GW em P&D

68,6 67,9

2016 2017  23 projetos aprovados Região Nordeste 70,0 GW

60 50

Região Centro-Oeste 3,1 GW

40 30

Região Sudeste 29,7 GW

20 8,8

10

9

8,1

8,1

5,3

6,5 2,8

2,5

2,6

2,5

0 HIDRO

BIOMASSA

Velocidade média anual do vento a 50m de altura (m/s)

GÁS NATURAL

EÓLICA

CARVÃO

NUCLEAR

Região 2,1 Sul 1,8 22,8GW

DER. PETRÓLEO

1,7

O Brasil possui um sistema elétrico com características únicas.  Mais de 80% da matriz energética é constituída por fontes renováveis.

Existe um grande potencial para as fontes eólica e solar, principalmente na região NE.

A ANEEL está ciente e engajada, promoveu comitivas e missões internacionais que culminaram na Chamada Estratégica de P&D para Armazenamento de Energia.

Chamada de P&D ANEEL nº 21/2016.

1,7

GÁS INDUSTRIAL

 “Arranjos Técnicos e Comerciais para a Inserção de Sistemas de Armazenamento de Energia no Setor Elétrico Brasileiro“.

Fonte: CRESESB Fonte: MME

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Participação do ITEMM no P&D ANEEL nº 21/2016 Inserção de Sistema de Armazenamento em Configurações Múltiplas para Suporte à Geração Eólica Ganhos esperados com a implantação do Piloto (2MW/ 1MWh)  Substituição da geração térmica de resposta rápida pela energia da bateria.  Controle de Tensão e Frequência.  Aumento de Garantia Física da Planta Eólica (100 kW).

 Mitigação de investimentos em SE/LT.  Ganhos ambientais (CO2 evitado com despacho de térmica).

Fonte: Ecoult

Principais Produtos do Projeto:  Desenvolver ferramentas para apoiar compreensão e disseminação dos ESS: » Metodologia para inserção de ESS em central eólica, permitindo correto dimensionamento e escolha do site » Metodologia para suportar planejamento de expansão do sistema elétrico incluindo ESS » Aplicável para ANEEL, EPE, ONS e demais empresas do setor elétrico Pontos de conexão em usinas eólicas de grande porte.

 Fornecer subsídios para evolução do aparato regulatório, permitindo a correta valoração dos serviços fornecidos pelo ESS www.itemm.org.br

Sistemas de Armazenamento de Energia

Participação do ITEMM no P&D ANEEL nº 21/2016 Análise de Arranjo Técnico e Comercial Baseado em uma Planta Piloto de Sistema Distribuído de Armazenamento de Energia em Alimentador Crítico da Rede de Distribuição de 13,8 kV Ganhos esperados com a implantação do Piloto (Total 1MW/ 1MWh) 

Suprimento de energia em situação de contingência.



Suporte aos serviços ancilares (Controle Volt /Var).



Nivelamento de Pico de Demanda – Peak Shaving e consequente postergação de

investimentos. 

Operação de Arbitragem (aplicação no lado do cliente).

Produtos do Projeto  Desenvolver ferramentas para apoiar a compreensão e disseminação dos ESS:

» Plataforma de Simulação. » Plataforma de Software para Supervisão e Controle. » Metodologia para inserção de ESS em redes de Distribuição. www.itemm.org.br

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Exemplos de Aplicações

Localização: Leighton Buzzard, UK Potência: 6 MW Capacidade: 10 MWh Tecnologia: Íons de Lítio (Samsung) Aplicação: Redução de Consumo de Pico, Controle de Frequência e outros Serviços Ancilares

Localização: Lyon Station - PA, EUA Potência: 3 MW Capacidade: 4 MWh Tecnologia : Ultrabattery (PbC) Aplicação: Controle de Frequência e Controle de Tensão Fonte: DOE Energy Storage Database

Fonte: Ecoult

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Exemplos de Aplicações

Localização: Hangzhou, China Potência: 1,5 MW Capacidade: 12 MWh Tecnologia: Li-Íon + PbC Aplicação: Redução de Consumo de Pico e Suavização de Geração Renovável Fonte: `Narada Power

Localização: Sonoma - CA, EUA Potência: 10 MW Capacidade: 60kWh Tecnologia : Redox Flow (Ferro) Aplicação: Suavização de Geração Renovável , Back-up e Suporte a Micro rede Fonte: ESS

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Exemplos de Aplicações

Fonte: Ecoult

Produto: UltraFlex Fabricante: Ecoult Potência: 28,2 kWh Tecnologia: Ultrabattery

Fonte: Tesla

Produto: Powerwall Fabricante : Tesla Potência: 7 kWh Tecnologia: Li-Íon

Fonte: BMW

Produto a ser comercializado Fabricante: BMW Potência: 22 kWh – 33 kWh Tecnologia: Li-Íon veicular em segunda vida www.itemm.org.br

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Considerações para Escolha

Não existe solução genérica que resolva todos os casos de uso!

Vamos analisar um exemplo:

Serviços Ancilares no contexto da Chamada 21

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Sistemas de Armazenamento de Energia

Considerações para Escolha Serviços Ancilares no contexto da Chamada 21 Principais Características Características Operacionais

PbA Tradicional

Li-íon

Fluxo

PbC Avançado

Aceitação de Carga Vida em Ciclagem Sustentabilidade & Reciclabilidade Química Segura (explosões / vazamentos) Densidade de Energia (volume) Custos Totais (“cradle-to-cradle”) Industrialização 100% Nacional (em curto prazo)

Nossa Missão: Estudar requisitos da aplicação do cliente e indicar a melhor solução tecnológica para atender sua necessidade. www.itemm.org.br

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Principais Desafios • Elevados Custos de Instalação • Valor do kWh de baterias: entre $600 e $1000 – Nacionalização necessária.

• Sistemas de conversão e estrutura física podem chegar a 2/3 dos custos de projeto.

• Aporte elevado de capital.

• Restrições Regulatórias • Ausência de estrutura de mercado formal para os serviços de controle de tensão, frequência, etc.

• Não há definição clara quanto à classificação do armazenamento.

• Não há definição de como remunerar todos os benefícios do armazenamento.

• Maturidade Tecnológica • Muitas tecnologias estão em nível de desenvolvimento ou comprovação.

• Conservadorismo do Sistema Elétrico • Um setor estratégico que não tende à experimentação e ao risco.

• Ausência de comprovação irrefutável da eficácia dos sistemas de armazenamento. www.itemm.org.br

Estrutura para suportar Desafios www.itemm.org.br

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Estrutura ITEMM

• Associação Privada sem fins lucrativos.

• Foco em projetos de PD&I.

Localização: Belo Jardim/PE 180 Km de Recife • Único no Brasil focado exclusivamente em Sistemas de Acumulação de Energia.

• 1.500m² de área.

• 5 laboratórios.

• Infraestrutura completa de equipamentos.

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Atuação - Rotas Tecnológicas

Hibridização / Eletrificação veicular

O grande desafio:

BESS - Sistemas de Armazenamento de Energia em Baterias

Bolsistas Programa Recomendada por Inova Talentos (Governo Fedreal)

SISTEMA DE ACUMULAÇÃO DE ENERGIA

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Laboratórios

Lab 1 - Laboratório de Ensaios Elétricos.

Lab 2 – Laboratório de Materiais e Prototipagem

Lab 3 – Laboratório de Ensaios Químicos

Principais Equipamentos: Cicladores elétricos, Basculadores, Mesa vibratória, Câmaras climáticas, Câmara veicular, Estufas, Tanques de imersão, Medidores RLC, Multímetros, Datalogger, Densímetros digitais, Refratômetros, Galvanostato, Balança de precisão.

Lab 4 – Laboratório de Eletrônica do Battery Pack

Lab 5 – Laboratório xEV e Baterias Avançadas

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spartacus.pedrosa@itemm.org.br www.itemm.org.br +55 81 3411.4115

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