O sistema de armazenamento de energia em baterias (BESS, do inglês Battery Energy Storage Systems) é um tipo de tecnologia de armazenamento de energia que utiliza um grupo de baterias na rede para armazenar energia elétrica. O armazenamento em baterias é a fonte de energia despachável de resposta rápida nas redes elétricas e é usado para estabilizar essas redes, pois o armazenamento em baterias pode transitar do modo de espera para a potência máxima em menos de um segundo para lidar com cenários adversos na rede elétrica.
Diferente das usinas geradoras tradicionais, um sistema BESS não produz energia primária, mas otimiza a sua gestão temporal. Suas principais funções técnico-sistêmicas incluem: regulação de frequência (análise de resposta rápida para injetar ou absorver potência em milissegundos), arbitragem de energia (absorção de energia nos momentos de excesso de oferta na matriz e devolução nos horários de pico) e mitigação de curtailment (redução do desperdício de energia renovável decorrente de cortes forçados de geração ordenados pelo operador da rede devido a restrições físicas nas linhas de transmissão). O BESS é geralmente projetados para fornecer sua potência nominal total por períodos que variam de 1 a 4 horas, com tecnologias emergentes estendendo isso para períodos mais longos para atender às demandas em evolução da rede.
Geralmente, são instaladas em outras usinas de energia, ativas ou desativadas, ou próximas a elas, podendo compartilhar a mesma conexão à rede elétrica para reduzir custos. Como as usinas de armazenamento de baterias são compactas em comparação com as usinas geradoras e não possuem chaminés ou grandes sistemas de refrigeração, podem ser instaladas rapidamente e, se necessário, posicionadas em áreas urbanas, próximas à carga do consumidor ou até mesmo dentro das instalações do cliente.
Até 2021, a potência e a capacidade do maior sistema individual de armazenamento de baterias eram uma ordem de grandeza menor do que as das maiores usinas hidrelétricas reversíveis, a forma mais comum de armazenamento de energia por bombeamento . Por exemplo, a Usina Hidrelétrica de Bombeamento do Condado de Bath, a segunda maior do mundo, pode armazenar 24 GWh de eletricidade e despachar 3 GW, enquanto a primeira fase do Sistema de Armazenamento de Energia de Moss Landing, da Vistra Energy, pode armazenar 1,2 GWh e despachar 300 MW. No entanto, as baterias de rede não precisam ser gigantescas — um grande número de sistemas menores (frequentemente como energia híbrida) pode ser amplamente distribuído por uma rede elétrica para garantir maior redundância e uma grande capacidade total. Até 2025, a capacidade de potência global era de 267 GW, com 610 GWh de capacidade de energia.
Construção miniaturadaimagem|Um banco de baterias recarregáveis usado em um centro de dados. miniaturadaimagem|Módulos de bateria de fosfato de ferro-lítio embalados em contêineres de transporte instalados no sistema de armazenamento de energia Beech Ridge na Virgínia Ocidental Por questões de segurança, as baterias propriamente ditas são alojadas em estruturas próprias, como armazéns ou contêineres. Assim como em um sistema de alimentação ininterrupta (UPS), uma preocupação é que a energia eletroquímica seja armazenada ou emitida na forma de corrente contínua (CC), enquanto as redes de energia elétrica geralmente operam com corrente alternada (CA). Por esse motivo, inversores adicionais são necessários para conectar o BESS à rede de alta tensão. Esse tipo de eletrônica de potência inclui tiristores de desligamento por porta, comumente usados em transmissões de corrente contínua de alta tensão (HVDC).
Diversos sistemas de acumuladores podem ser usados dependendo da relação potência-energia, vida útil esperada e dos custos. Na década de 1980, as baterias de chumbo-ácido foram usadas nas primeiras usinas de armazenamento de energia em baterias. Nas décadas seguintes, as baterias de níquel cádmio, níquel-hidreto e sódio-enxofre foram cada vez mais utilizadas. Desde 2010, um número crescente de usinas de armazenamento de energia em escala de utilidade pública depende de baterias de íon-lítio, como resultado da rápida redução de seus custos, combinada com o aumento da energia e da potência, impulsionado pela indústria automotiva elétrica, e elas são agora o principal tipo utilizado. As baterias estão se tornando cada vez mais diversas, otimizadas para diferentes aspectos das necessidades dos clientes, como custo, segurança ou durabilidade.
Uma bateria de fluxo de 4 horas a 175 MW / 700 MWh foi inaugurada em 2024. As baterias de chumbo-ácido ainda são usadas em aplicações de baixo custo.
Segurança A maioria dos sistemas BESS é composta por conjuntos de baterias seladas com segurança, que são monitoradas eletronicamente e substituídas quando seu desempenho cai abaixo de um determinado limite. As baterias sofrem envelhecimento cíclico, ou deterioração causada pelos ciclos de carga e descarga. Essa deterioração é geralmente maior em altas taxas de carga e maiores profundidades de descarga . Esse envelhecimento causa perda de desempenho (diminuição da capacidade ou da tensão), superaquecimento e pode eventualmente levar a falhas críticas (vazamentos de eletrólito, incêndio, explosão). Às vezes, usinas de armazenamento de energia em baterias são construídas com sistemas de armazenamento de energia por volante de inércia para conservar a energia da bateria. Os volantes de inércia podem lidar melhor com flutuações rápidas do que as usinas de baterias mais antigas.
As garantias dos BESS normalmente incluem limites de vida útil para a produção de energia, expressos como número de ciclos de carga e descarga.
Baterias de chumbo-ácido As baterias de chumbo-ácido, como uma tecnologia de primeira geração, são geralmente usadas em sistemas BESS mais antigos. Alguns exemplos incluem uma bateria de 1,6 MW de pico e 1,0 MW contínuo que foi comissionada em 1997. Em comparação com as baterias recarregáveis modernas, as baterias de chumbo-ácido têm uma densidade de energia relativamente baixa. Apesar disso, elas são capazes de fornecer altas correntes de pico . No entanto, as baterias de chumbo-ácido não seladas produzem hidrogênio e oxigênio a partir do eletrólito aquoso quando sobrecarregadas. A água precisa ser reabastecida regularmente para evitar danos à bateria; e os gases inflamáveis precisam ser ventilados para evitar riscos de explosão. Entretanto, essa manutenção tem um custo, e baterias recentes, como as de íon-lítio, não apresentam esse problema.
Baterias à base de lítio
As baterias de íon-lítio oferecem uma longa vida útil com manutenção mínima, alta densidade de energia e baixa autodescarga, o que as torna ideais para aplicações modernas de BESS em escala de utilidade.
Uma desvantagem de alguns tipos de baterias de íon-lítio é a segurança contra incêndio, principalmente aquelas que contêm cobalto. O número de incidentes com sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) permaneceu em torno de 10 a 20 por ano (principalmente nos primeiros 2 a 3 anos de vida útil), apesar do grande aumento no número e tamanho dos BESS. Assim, a taxa de falhas diminuiu. As falhas ocorreram principalmente nos controles e no balanceamento do sistema, enquanto 11% ocorreram nas células.
Exemplos de acidentes de incêndio em BESS incluem módulos individuais em 23 fazendas de baterias na Coreia do Sul entre 2017 e 2019, um Tesla Megapack em Geelong, o incêndio e subsequente explosão de um módulo de bateria no Arizona, e os incidentes de curto-circuito e incêndio do líquido de resfriamento na bateria LG de Moss Landing .
Isso resultou em mais pesquisas nos últimos anos sobre medidas de mitigação para segurança contra incêndios.
Até 2024, a bateria de fosfato de ferro-lítio (LFP) tornou-se outro tipo significativo para grandes armazenamentos devido à alta disponibilidade de seus componentes, maior vida útil e maior segurança em comparação com as químicas de íon-lítio à base de níquel. Um sistema de armazenamento de energia baseado em LFP foi instalado no Paiyun Lodge no Monte Jade (Yushan) (o refúgio alpino mais alto de Taiwan ) e opera desde 2016 sem incidentes de segurança.
Baterias à base de sódio Alternativamente, as baterias à base de sódio estão sendo cada vez mais consideradas para aplicações em BESS. Em comparação com as baterias de íon-lítio, as baterias de íon-sódio têm um custo um pouco menor, melhores características de segurança e características semelhantes de fornecimento de energia. No entanto, possuem densidade de energia inferior às baterias de íon-lítio. Seu princípio de funcionamento e construção de células são similares aos das baterias de íon-lítio (LIB), mas substituem o lítio pelo sódio como íon intercalante . Algumas baterias à base de sódio também podem operar com segurança em altas temperaturas (bateria de sódio-enxofre). Alguns fabricantes notáveis de baterias de sódio com alto nível de segurança comprovada incluem (entre outros) Altris AB, SgNaPlus e Tiamat. As baterias à base de sódio ainda não são totalmente comercializadas. O maior BESS utilizando tecnologia de íon-sódio começou a operar em 2024 na província de Hubei, com capacidade de 50 MW / 100 MWh.
Características de funcionamento miniaturadaimagem|Usina de armazenamento de energia em baterias em Schwerin (vista interna de 2014, fileiras modulares de acumuladores) Como não possuem partes mecânicas, as usinas de armazenamento de energia em baterias oferecem tempos de controle e inicialização extremamente curtos, de apenas 10 ms. Portanto, podem ajudar a amortecer as oscilações rápidas que ocorrem quando as redes de energia elétrica operam próximas à sua capacidade máxima ou quando as redes sofrem anomalias. Essas instabilidades – flutuações com períodos de até 30 segundos – podem produzir picos de amplitude tão elevados que podem causar apagões regionais. Alguns dos parâmetros são tensão, frequência e fase. Uma usina de armazenamento de energia em baterias com dimensionamento adequado pode neutralizar essas oscilações de forma eficiente; portanto, as aplicações são encontradas principalmente em regiões onde os sistemas de energia elétrica operam em plena capacidade, levando a um risco de instabilidade. No entanto, algumas baterias possuem sistemas de controle insuficientes, falhando durante interrupções moderadas que deveriam ter tolerado. As baterias também são comumente usadas para redução de picos de demanda por períodos de até algumas horas. Um uso mais recente é o fortalecimento da transmissão, pois longas linhas de energia podem operar mais próximas de sua capacidade quando as baterias lidam com a diferença local entre oferta e demanda.
As centrais de armazenamento também podem ser usadas em combinação com uma fonte de energia renovável intermitente em sistemas de energia autônomos .
Baterias de rede de maior porte
Operacional