As usinas de armazenamento de energia por bateria e as fontes de alimentação ininterrupta (UPS) são comparáveis ​​em tecnologia e função. No entanto, as usinas que armazenam baterias são maiores.

Por questões de segurança, as baterias ficam localizadas em estruturas próprias, como armazéns ou contêineres. Tal como numa UPS, uma preocupação é que a energia eletroquímica seja armazenada ou emitida sob a forma de corrente contínua (CC), enquanto as redes de energia elétrica normalmente funcionam em corrente alternada (CA). Por esta razão, são necessários inversores adicionais "Inversor (eletrônicos)") para conectar instalações de armazenamento de baterias à rede de alta tensão. Este tipo de eletrônica de potência inclui tiristores de desligamento de porta, comumente usados ​​em transmissão de corrente contínua de alta tensão = HVDC.

Vários sistemas acumuladores podem ser utilizados dependendo da relação potência-energia, vida útil esperada e custos. Na década de 1980, baterias de chumbo-ácido foram utilizadas nas primeiras usinas com armazenamento em bateria. Nas décadas seguintes, as baterias de níquel-cádmio e sódio-enxofre foram cada vez mais utilizadas. [10]​ Desde 2010, cada vez mais fábricas de armazenamento de baterias em grande escala dependem de baterias de iões de lítio, como resultado do rápido declínio no custo desta tecnologia, impulsionado pela indústria automóvel elétrica. São usadas principalmente baterias de íon de lítio. Uma bateria redox de vanádio com fluxo de 4 horas a 175 MW/700 MWh foi inaugurada em 2024. [11] As baterias de chumbo-ácido ainda são usadas em aplicações de baixo orçamento.

Contenido

La mayoría de los sistemas BESS están compuestos por paquetes de baterías sellados de forma segura, que se monitorean electrónicamente y se reemplazan una vez que su rendimiento cae por debajo de un umbral determinado. Las baterías sufren envejecimiento cíclico, o deterioro causado por los ciclos de carga y descarga. Este deterioro es generalmente mayor a tasas de carga elevadas y a mayor profundidad de descarga. Este envejecimiento provoca una pérdida de rendimiento (disminución de capacidad o voltaje), sobrecalentamiento y puede eventualmente provocar un fallo crítico (fugas de electrolito, incendio, explosión). A veces, las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías se construyen con sistemas de almacenamiento de energía mediante volante de inercia para conservar la energía de la batería,

se utiliza el volante para suavizar el flujo de energía entre una fuente de potencia y su salida. Los volantes de inercia pueden manejar fluctuaciones rápidas mejor que las plantas de baterías más antiguas.

Las garantías BESS generalmente incluyen límites de por vida en el rendimiento energético, expresados como número de ciclos de carga y descarga. [12]​.

Baterias de chumbo-ácido

As baterias de chumbo-ácido são baterias de primeira geração e geralmente eram usadas em sistemas BESS mais antigos. [13] Um exemplo é uma bateria de 1,6 MW de pico e 1,0 MW de capacidade contínua que foi colocada em serviço em 1997. Em comparação com as baterias recarregáveis ​​modernas, as baterias de chumbo-ácido têm uma densidade de energia relativamente baixa. Apesar disso, eles são capazes de fornecer altas correntes de surto. No entanto, as baterias de chumbo-ácido não seladas produzem hidrogénio e oxigénio a partir do electrólito aquoso quando sobrecarregadas. É necessário reabastecer o reservatório de água periodicamente para evitar danos à bateria e os gases inflamáveis ​​devem ser evacuados para evitar riscos de explosão. Porém, essa manutenção tem um custo, e baterias recentes como a de íon-lítio não apresentam esse problema.

Baterias à base de lítio

As baterias de íon de lítio são projetadas para ter uma vida longa sem exigir manutenção. Eles geralmente têm alta densidade de energia e baixa autodescarga.[15]​ Devido a essas propriedades, a maioria dos BESSs modernos são baterias baseadas em íons de lítio.[16]​.

Uma desvantagem de alguns tipos de baterias de íon-lítio é a segurança contra incêndio, especialmente aquelas que contêm cobalto.[17] O número de incidentes de BESS manteve-se em torno de 10 a 20 por ano (principalmente durante os primeiros 2 a 3 anos de idade), apesar do grande aumento no número e tamanho do BESS. Portanto, a função de risco diminuiu. As falhas ocorreram principalmente nas verificações e equilíbrios do sistema, enquanto 11% ocorreram nas células.[18]​.

Exemplos de acidentes de incêndio do BESS incluem módulos individuais em 23 parques de baterias na Coreia do Sul entre 2017 e 2019, [19]​ um Tesla Megapack em Geelong, [20]​ [21]​ o incêndio e subsequente explosão de um módulo de bateria no Arizona, [22]​ e os incidentes de incêndio na bateria LG e curto-circuito do líquido refrigerante em Moss Landing. [23]​ [24]​.

Isso levou a mais pesquisas nos últimos anos sobre medidas de mitigação para segurança contra incêndio. [25]​.

Em 2024, a bateria de ferrofosfato de lítio (LFP) tornou-se outro tipo importante para grandes armazenamentos devido à sua alta disponibilidade de componentes, maior vida útil e maior segurança em comparação com produtos químicos de íons de lítio à base de níquel. de 2024, sem nenhum incidente de segurança. [27]​.

Baterias à base de sódio

Alternativamente, baterias de íon de sódio são cada vez mais utilizadas no BESS. Em comparação com as baterias de íon de lítio, as baterias de íon de sódio têm custo ligeiramente menor, melhores recursos de segurança e características semelhantes de fornecimento de energia. No entanto, tem uma densidade de energia mais baixa em comparação com as baterias de íons de lítio.[28]​ Seu princípio de funcionamento e construção de células são semelhantes aos das baterias de íons de lítio (LIB), mas o lítio é substituído pelo sódio como íon intercalante.[29]​ Algumas baterias à base de sódio também podem operar com segurança em altas temperaturas (bateria de sódio-enxofre). Alguns produtores notáveis ​​de baterias de sódio são CATL, Faradion Limited, HiNa Battery Technology, Northvolt, Altris AB e Tiamat.[30] As baterias à base de sódio ainda não são totalmente comercializadas. O maior BESS com tecnologia de íons de sódio iniciou operações em 2024 na província de Hubei e tem capacidade de 50 MW/100 MWh. [31][32]​.

Por não possuírem peças mecânicas, as usinas de armazenamento de bateria oferecem tempos de controle extremamente curtos e tempos de inicialização de apenas 10 ms.[33]​ Portanto, elas podem ajudar a amortecer oscilações rápidas que ocorrem quando as redes de energia elétrica operam perto de sua capacidade máxima ou quando as redes apresentam anomalias. Essas instabilidades (flutuações com períodos de até 30 segundos) podem produzir oscilações de pico de tal amplitude que podem causar apagões regionais. Alguns dos parâmetros são tensão, frequência e fase. Uma central de armazenamento de energia com baterias de tamanho adequado pode neutralizar eficazmente estas oscilações; Portanto, as aplicações são encontradas principalmente nas regiões onde os sistemas de energia elétrica operam em plena capacidade, criando um risco de instabilidade. No entanto, algumas baterias têm sistemas de controle insuficientes e falham durante interrupções moderadas que deveriam ter tolerado.[34] As baterias também são comumente usadas para reduzir o consumo por períodos de até algumas horas.[35] Uma utilização mais recente é o reforço da transmissão, uma vez que longas linhas eléctricas podem funcionar mais perto da capacidade quando as baterias lidam com a diferença local entre a oferta e a procura. [36].

As centrais de armazenamento também podem ser utilizadas em combinação com uma fonte de energia renovável intermitente em sistemas de energia autónomos. [37]​.

Embora o mercado de baterias de rede seja pequeno em comparação com outra forma principal de armazenamento de rede, a energia hidroeléctrica bombeada, está a crescer muito rapidamente. Por exemplo, nos Estados Unidos, o mercado de usinas de armazenamento de energia em 2015 aumentou 243% em comparação com 2014.[85]​ O preço de uma instalação de bateria de 60 MW/240 MWh (4 horas) nos Estados Unidos em 2021 foi de US$ 379/kWh utilizável, ou US$ 292/kWh nominal, uma queda de 13% em relação a 2020. [86]​ [87]​.

Em 2010, os Estados Unidos tinham 59 MW de capacidade de armazenamento de baterias em 7 usinas de energia a baterias. Este número aumentou para 49 usinas com 351 MW de capacidade em 2015. Em 2018, a capacidade era de 869 MW em 125 usinas, capazes de armazenar no máximo 1.236 MWh de energia elétrica gerada. Ao final de 2020, a capacidade de armazenamento da bateria atingiu 1.756 MW. [88] [89] No final de 2021, a capacidade aumentou para 4.588 MW.

Em maio de 2021, havia 1,3 GW de armazenamento de bateria em operação no Reino Unido, com 16 GW de projetos em andamento que poderiam ser implantados nos próximos anos. [93]​ Em 2022, a capacidade do Reino Unido cresceu 800 MWh, terminando em 2,4 GW/2,6 GWh. [94]​ Em junho de 2024 a capacidade era de 4,6 GW de potência e 5,9 GWh de energia.[95]​.

A Europa adicionou 1,9 GW em 2022, com vários outros projetos em planejamento.[96]​.

Após o apagão de 28 de abril de 2025, que desconectou a rede ibérica do resto da Europa em apenas cinco segundos e causou perdas de até 4,5 mil milhões de euros, a importância da resiliência no sistema elétrico tornou-se cada vez mais evidente em Espanha, com os sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) a emergirem como uma pedra angular da transição energética do país.[97] Empresas como Iberdrola e Solaria estão desenvolvendo ativamente projetos híbridos. de energia solar e baterias para contrariar os efeitos da sobreprodução fotovoltaica e a consequente queda dos preços de mercado, com a Solaria a iniciar sozinha oito novas instalações BESS em Castela e Leão e Castela-La Mancha.[98]​.

No final de 2024, a China tinha 62 GW/141 GWh de centrais elétricas alimentadas por bateria.[99]​ Em 2020, a China adicionou 1.557 MW à sua capacidade de armazenamento de bateria, enquanto as instalações de armazenamento para projetos fotovoltaicos representam 27% da capacidade,[100]​ elevando a capacidade total de armazenamento de energia para 3.269 MW. eletroquímica.[101]​.

O setor energético japonês registou uma expansão significativa na sua capacidade de energia renovável, crescendo mais de 30% nos últimos cinco anos e aumentando a procura por sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS). Mais de metade dos 2,4 gigawatts de capacidade atribuídos nos recentes leilões de energia hipocarbónica a longo prazo foram atribuídos a empresas ou consórcios estrangeiros. Os principais projetos aprovados para 2024 incluem mais de 1,37 GW de nova capacidade do BESS e mais de 6,7 GWh de capacidade energética.[102]​ O leilão japonês de fontes de energia descarbonizantes de longo prazo incentiva a implantação do BESS, garantindo a recuperação dos custos fixos por 20 anos. No entanto, a baixa volatilidade dos preços e um preço mínimo no mercado de eletricidade podem limitar os retornos dos operadores do BESS, sublinhando a necessidade de novas reformas.[103][104]​.

Alguns desenvolvedores estão construindo sistemas de armazenamento a partir de baterias antigas de carros elétricos, cujos custos provavelmente podem ser reduzidos pela metade em comparação ao preço original.[105]​ Um projeto de armazenamento de 53 MWh, composto por baterias de veículos elétricos reformadas da Element Energy, está em operação desde maio de 2024.[106]​.

As usinas de armazenamento de energia por bateria e as fontes de alimentação ininterrupta (UPS) são comparáveis ​​em tecnologia e função. No entanto, as usinas que armazenam baterias são maiores.

Por questões de segurança, as baterias ficam localizadas em estruturas próprias, como armazéns ou contêineres. Tal como numa UPS, uma preocupação é que a energia eletroquímica seja armazenada ou emitida sob a forma de corrente contínua (CC), enquanto as redes de energia elétrica normalmente funcionam em corrente alternada (CA). Por esta razão, são necessários inversores adicionais "Inversor (eletrônicos)") para conectar instalações de armazenamento de baterias à rede de alta tensão. Este tipo de eletrônica de potência inclui tiristores de desligamento de porta, comumente usados ​​em transmissão de corrente contínua de alta tensão = HVDC.

Vários sistemas acumuladores podem ser utilizados dependendo da relação potência-energia, vida útil esperada e custos. Na década de 1980, baterias de chumbo-ácido foram utilizadas nas primeiras usinas com armazenamento em bateria. Nas décadas seguintes, as baterias de níquel-cádmio e sódio-enxofre foram cada vez mais utilizadas. [10]​ Desde 2010, cada vez mais fábricas de armazenamento de baterias em grande escala dependem de baterias de iões de lítio, como resultado do rápido declínio no custo desta tecnologia, impulsionado pela indústria automóvel elétrica. São usadas principalmente baterias de íon de lítio. Uma bateria redox de vanádio com fluxo de 4 horas a 175 MW/700 MWh foi inaugurada em 2024. [11] As baterias de chumbo-ácido ainda são usadas em aplicações de baixo orçamento.

Contenido

La mayoría de los sistemas BESS están compuestos por paquetes de baterías sellados de forma segura, que se monitorean electrónicamente y se reemplazan una vez que su rendimiento cae por debajo de un umbral determinado. Las baterías sufren envejecimiento cíclico, o deterioro causado por los ciclos de carga y descarga. Este deterioro es generalmente mayor a tasas de carga elevadas y a mayor profundidad de descarga. Este envejecimiento provoca una pérdida de rendimiento (disminución de capacidad o voltaje), sobrecalentamiento y puede eventualmente provocar un fallo crítico (fugas de electrolito, incendio, explosión). A veces, las centrales eléctricas de almacenamiento de baterías se construyen con sistemas de almacenamiento de energía mediante volante de inercia para conservar la energía de la batería,

se utiliza el volante para suavizar el flujo de energía entre una fuente de potencia y su salida. Los volantes de inercia pueden manejar fluctuaciones rápidas mejor que las plantas de baterías más antiguas.

Las garantías BESS generalmente incluyen límites de por vida en el rendimiento energético, expresados como número de ciclos de carga y descarga. [12]​.

Baterias de chumbo-ácido

As baterias de chumbo-ácido são baterias de primeira geração e geralmente eram usadas em sistemas BESS mais antigos. [13] Um exemplo é uma bateria de 1,6 MW de pico e 1,0 MW de capacidade contínua que foi colocada em serviço em 1997. Em comparação com as baterias recarregáveis ​​modernas, as baterias de chumbo-ácido têm uma densidade de energia relativamente baixa. Apesar disso, eles são capazes de fornecer altas correntes de surto. No entanto, as baterias de chumbo-ácido não seladas produzem hidrogénio e oxigénio a partir do electrólito aquoso quando sobrecarregadas. É necessário reabastecer o reservatório de água periodicamente para evitar danos à bateria e os gases inflamáveis ​​devem ser evacuados para evitar riscos de explosão. Porém, essa manutenção tem um custo, e baterias recentes como a de íon-lítio não apresentam esse problema.

Baterias à base de lítio

As baterias de íon de lítio são projetadas para ter uma vida longa sem exigir manutenção. Eles geralmente têm alta densidade de energia e baixa autodescarga.[15]​ Devido a essas propriedades, a maioria dos BESSs modernos são baterias baseadas em íons de lítio.[16]​.

Uma desvantagem de alguns tipos de baterias de íon-lítio é a segurança contra incêndio, especialmente aquelas que contêm cobalto.[17] O número de incidentes de BESS manteve-se em torno de 10 a 20 por ano (principalmente durante os primeiros 2 a 3 anos de idade), apesar do grande aumento no número e tamanho do BESS. Portanto, a função de risco diminuiu. As falhas ocorreram principalmente nas verificações e equilíbrios do sistema, enquanto 11% ocorreram nas células.[18]​.

Exemplos de acidentes de incêndio do BESS incluem módulos individuais em 23 parques de baterias na Coreia do Sul entre 2017 e 2019, [19]​ um Tesla Megapack em Geelong, [20]​ [21]​ o incêndio e subsequente explosão de um módulo de bateria no Arizona, [22]​ e os incidentes de incêndio na bateria LG e curto-circuito do líquido refrigerante em Moss Landing. [23]​ [24]​.

Isso levou a mais pesquisas nos últimos anos sobre medidas de mitigação para segurança contra incêndio. [25]​.

Em 2024, a bateria de ferrofosfato de lítio (LFP) tornou-se outro tipo importante para grandes armazenamentos devido à sua alta disponibilidade de componentes, maior vida útil e maior segurança em comparação com produtos químicos de íons de lítio à base de níquel. de 2024, sem nenhum incidente de segurança. [27]​.

Baterias à base de sódio

Alternativamente, baterias de íon de sódio são cada vez mais utilizadas no BESS. Em comparação com as baterias de íon de lítio, as baterias de íon de sódio têm custo ligeiramente menor, melhores recursos de segurança e características semelhantes de fornecimento de energia. No entanto, tem uma densidade de energia mais baixa em comparação com as baterias de íons de lítio.[28]​ Seu princípio de funcionamento e construção de células são semelhantes aos das baterias de íons de lítio (LIB), mas o lítio é substituído pelo sódio como íon intercalante.[29]​ Algumas baterias à base de sódio também podem operar com segurança em altas temperaturas (bateria de sódio-enxofre). Alguns produtores notáveis ​​de baterias de sódio são CATL, Faradion Limited, HiNa Battery Technology, Northvolt, Altris AB e Tiamat.[30] As baterias à base de sódio ainda não são totalmente comercializadas. O maior BESS com tecnologia de íons de sódio iniciou operações em 2024 na província de Hubei e tem capacidade de 50 MW/100 MWh. [31][32]​.

Por não possuírem peças mecânicas, as usinas de armazenamento de bateria oferecem tempos de controle extremamente curtos e tempos de inicialização de apenas 10 ms.[33]​ Portanto, elas podem ajudar a amortecer oscilações rápidas que ocorrem quando as redes de energia elétrica operam perto de sua capacidade máxima ou quando as redes apresentam anomalias. Essas instabilidades (flutuações com períodos de até 30 segundos) podem produzir oscilações de pico de tal amplitude que podem causar apagões regionais. Alguns dos parâmetros são tensão, frequência e fase. Uma central de armazenamento de energia com baterias de tamanho adequado pode neutralizar eficazmente estas oscilações; Portanto, as aplicações são encontradas principalmente nas regiões onde os sistemas de energia elétrica operam em plena capacidade, criando um risco de instabilidade. No entanto, algumas baterias têm sistemas de controle insuficientes e falham durante interrupções moderadas que deveriam ter tolerado.[34] As baterias também são comumente usadas para reduzir o consumo por períodos de até algumas horas.[35] Uma utilização mais recente é o reforço da transmissão, uma vez que longas linhas eléctricas podem funcionar mais perto da capacidade quando as baterias lidam com a diferença local entre a oferta e a procura. [36].

As centrais de armazenamento também podem ser utilizadas em combinação com uma fonte de energia renovável intermitente em sistemas de energia autónomos. [37]​.

Embora o mercado de baterias de rede seja pequeno em comparação com outra forma principal de armazenamento de rede, a energia hidroeléctrica bombeada, está a crescer muito rapidamente. Por exemplo, nos Estados Unidos, o mercado de usinas de armazenamento de energia em 2015 aumentou 243% em comparação com 2014.[85]​ O preço de uma instalação de bateria de 60 MW/240 MWh (4 horas) nos Estados Unidos em 2021 foi de US$ 379/kWh utilizável, ou US$ 292/kWh nominal, uma queda de 13% em relação a 2020. [86]​ [87]​.

Em 2010, os Estados Unidos tinham 59 MW de capacidade de armazenamento de baterias em 7 usinas de energia a baterias. Este número aumentou para 49 usinas com 351 MW de capacidade em 2015. Em 2018, a capacidade era de 869 MW em 125 usinas, capazes de armazenar no máximo 1.236 MWh de energia elétrica gerada. Ao final de 2020, a capacidade de armazenamento da bateria atingiu 1.756 MW. [88] [89] No final de 2021, a capacidade aumentou para 4.588 MW.

Em maio de 2021, havia 1,3 GW de armazenamento de bateria em operação no Reino Unido, com 16 GW de projetos em andamento que poderiam ser implantados nos próximos anos. [93]​ Em 2022, a capacidade do Reino Unido cresceu 800 MWh, terminando em 2,4 GW/2,6 GWh. [94]​ Em junho de 2024 a capacidade era de 4,6 GW de potência e 5,9 GWh de energia.[95]​.

A Europa adicionou 1,9 GW em 2022, com vários outros projetos em planejamento.[96]​.

Após o apagão de 28 de abril de 2025, que desconectou a rede ibérica do resto da Europa em apenas cinco segundos e causou perdas de até 4,5 mil milhões de euros, a importância da resiliência no sistema elétrico tornou-se cada vez mais evidente em Espanha, com os sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS) a emergirem como uma pedra angular da transição energética do país.[97] Empresas como Iberdrola e Solaria estão desenvolvendo ativamente projetos híbridos. de energia solar e baterias para contrariar os efeitos da sobreprodução fotovoltaica e a consequente queda dos preços de mercado, com a Solaria a iniciar sozinha oito novas instalações BESS em Castela e Leão e Castela-La Mancha.[98]​.

No final de 2024, a China tinha 62 GW/141 GWh de centrais elétricas alimentadas por bateria.[99]​ Em 2020, a China adicionou 1.557 MW à sua capacidade de armazenamento de bateria, enquanto as instalações de armazenamento para projetos fotovoltaicos representam 27% da capacidade,[100]​ elevando a capacidade total de armazenamento de energia para 3.269 MW. eletroquímica.[101]​.

O setor energético japonês registou uma expansão significativa na sua capacidade de energia renovável, crescendo mais de 30% nos últimos cinco anos e aumentando a procura por sistemas de armazenamento de energia em baterias (BESS). Mais de metade dos 2,4 gigawatts de capacidade atribuídos nos recentes leilões de energia hipocarbónica a longo prazo foram atribuídos a empresas ou consórcios estrangeiros. Os principais projetos aprovados para 2024 incluem mais de 1,37 GW de nova capacidade do BESS e mais de 6,7 GWh de capacidade energética.[102]​ O leilão japonês de fontes de energia descarbonizantes de longo prazo incentiva a implantação do BESS, garantindo a recuperação dos custos fixos por 20 anos. No entanto, a baixa volatilidade dos preços e um preço mínimo no mercado de eletricidade podem limitar os retornos dos operadores do BESS, sublinhando a necessidade de novas reformas.[103][104]​.

Alguns desenvolvedores estão construindo sistemas de armazenamento a partir de baterias antigas de carros elétricos, cujos custos provavelmente podem ser reduzidos pela metade em comparação ao preço original.[105]​ Um projeto de armazenamento de 53 MWh, composto por baterias de veículos elétricos reformadas da Element Energy, está em operação desde maio de 2024.[106]​.