Bateria Microtex 2V OPzS
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a melhor escolha para aplicações de baterias estacionárias?

O mundo das baterias estacionárias não está parado. Qual é a melhor escolha de bateria para este mercado em rápida expansão?

O mundo está a mudar rapidamente. Cada vez mais indústrias, organizações, regiões e países precisam de energia elétrica consistente e confiável sob demanda. As redes nacionais muitas vezes lutam para atender às demandas de pico de energia e, em alguns países, os apagões planejados por cidade ou área são comuns. Nos países industrializados com infra-estruturas maduras existe definitivamente uma tensão no fornecimento e, por vezes, os picos de eventos, danos ou acidentes podem levar a períodos prolongados de blackout. No outro lado da moeda, as economias em desenvolvimento podem ter problemas com o fornecimento de energia em áreas remotas onde não existe uma rede nacional para fornecer energia.

Depois há a moderna necessidade de armazenar energia de recursos variáveis ou renováveis, cujas saídas de energia podem ser intermitentes e por vezes imprevisíveis. Os geradores eólicos e solares podem ser ambos. Estas e ainda mais previsíveis fontes de energia, como os geradores de marés, também podem fornecer energia em momentos inconvenientes, ou seja, não em períodos de pico de demanda. Existem muitas aplicações tanto relacionadas com a rede (controlo de frequência, corte de picos, arbitragem, etc.) como com UPS locais, energia em espera, economia de custos, etc., que são também uma parte essencial do comércio moderno.
Estas são apenas algumas das aplicações que necessitam de instalações de armazenamento de energia estacionárias.

Infelizmente, os dados não são actuais. Isto é devido à falta de informação livremente disponível sobre este mercado em crescimento e mais lucrativo. Os sectores de mais rápido crescimento que são o Armazenamento de Energia e UPS para aplicações de centros de dados, são grandes empresas e podem ser operações comerciais orientadas para o investidor. Por causa disso, há um lucro potencial em fornecer as informações relevantes, por isso empresas como a Reuters estão de facto a encontrar a sua informação para ser procurada. Por este motivo, as estatísticas não serão tão coerentes ou directamente aplicáveis como eu gostaria. No entanto, eles estarão suficientemente próximos o suficiente para fornecer uma compreensão das tendências atuais neste setor de mercado de alto crescimento.

Se examinarmos a lista abreviada fornecida na Fig. 1 pode ser visto que existem requisitos muito diferentes para estas aplicações. A maior secção de outras que podemos assumir é, na sua maioria, o Armazenamento de Energia. De acordo com a Reuters, o mercado estacionário de baterias de chumbo-ácido foi avaliado em 8,3 mil milhões de USD em 2017 e consistia nos seguintes sectores:
Telecom
UPS
Utilitário
Iluminação de Emergência
Sistemas de Segurança
Televisão a cabo/televisão por cabo
Petróleo e Gás
Energias Renováveis
Sistemas de Backup Ferroviário
Outros
Para os fins deste artigo, poucos conseguem combinar alguns destes mercados devido à semelhança nas suas necessidades de bateria. A tabela 1 mostra as exigências destas aplicações sobre as baterias instaladas.

Algumas destas aplicações podem ser ainda subdivididas. Começando pelo armazenamento de energia, esta é talvez a aplicação estacionária de mais rápido crescimento. Nos últimos 20 anos, foi reconhecido que o armazenamento de energia, seja diretamente da rede como em operações de escala de uso, ou como um acréscimo aos geradores de energia renovável variável, tem toda uma gama de benefícios. A Tabela 2 abaixo dá uma lista razoavelmente abrangente dos diferentes usos aos quais o armazenamento de energia à escala da rede pode ser colocado.

2v OPzS Bateria estacionária Fig1
Figura 1 Mercado de baterias estacionárias
Fig. 2 mostra as características salientes do Microtex 2v OPzS
Fig. 2 mostra as características salientes do Microtex 2v OPzS

O que é imediatamente evidente é que algumas das aplicações como a Arbitragem energética têm benefícios comerciais significativos e uma indústria baseada na compra de reservas de energia armazenada a preços baixos e depois revenda para as distribuidoras nas horas de pico de demanda ou quando os geradores de energia estão em dificuldades. A capacidade de aproveitar eficientemente as energias renováveis está se tornando mais importante e os países e regiões lutam para reduzir as emissões de CO2 a partir do aumento da industrialização e das demandas dos consumidores.

O armazenamento de energia à escala da rede juntamente com outros mercados, como as torres de telecomunicações remotas, estão a florescer mercados onde as baterias são colocadas de forma ideal para permitir o seu crescimento. De todas as tecnologias de armazenamento de baterias disponíveis, o ácido chumbo, e particularmente os designs 2v OPzS e OPzV, podem fornecer uma solução muito econômica para a maioria dos mercados estacionários.

Tabela 1 Aplicação de bateria estacionária e seus requisitos

Aplicação Tamanho Típico Descarga máxima Frequência de Descarga Taxa de Descarga
Armazenamento de Energia 1-50 MWh, Max - 290 80% Diário 0.2 C10
UPS 0,5 - 500 kWh 20% Infrequente / Semanal 0.05 C10
Emergência / Backup 0,5 kWh - 10MWh 80% Infrequente / Semanal 0.08 C10
Trilho / Cabo / Segurança 0,1 - 5kWh 60% Diário 0.1 C10
Renováveis 0,5kWh - 5MWh 70% Diário 0.1 C10
Telecom 5 kWh - 50 kWh 70% Diário 0.1 C10

Uma coisa que não devemos preocupar-nos é com a capacidade energética que temos nas nossas redes nacionais. O que nos falta é a capacidade de satisfazer a nossa procura de energia em períodos de pico, em vez da capacidade de satisfazer as nossas necessidades energéticas totais. Muitos países industrializados podem gerar mais do que a necessidade total diária de energia, mas estão na sua capacidade de geração, ou perto dela, para períodos de pico de consumo. No Reino Unido, por exemplo, a demanda máxima de pico paira em torno de 60 GW com uma capacidade de fornecimento de cerca de 75 GW, mas muitas vezes é significativamente menor devido a rupturas frequentes.

Isto significa que, em algumas ocasiões, o pico da procura pode ultrapassar a oferta de geradores. Isto contrasta com a Índia, cuja demanda de eletricidade atingiu um recorde histórico de 176.724 gigawatts em março deste ano, apesar de ter uma capacidade instalada de 350.162 GW. No entanto, muitos estados na Índia têm sofrido cortes de energia planeados e não planeados e o fornecimento de electricidade de pico tem sido baixo. Isto tem sido explicado por referência a questões como as finanças precárias de algumas empresas estatais de distribuição de electricidade, que as impedem de poder adquirir a quantidade de energia necessária.

Aplicação Descrição
Arbitragem energética Pode armazenar energia e medir a sua utilização para compra e revenda com lucro
Regulamento de Frequência As quedas bruscas na frequência devido a cargas pesadas podem ser evitadas através do uso de energia instantânea da bateria
Capacidade de fixação Uso de armazenamento para fornecer energia para preencher quando a geração variável (isto é, solar e eólica) está abaixo da classificação dos geradores para fornecer uma saída de energia constante
Qualidade de energia Uma medida do nível de tensão e / ou perturbações de frequência
Início Preto " A restauração fiável da grelha após um apagão. Isto requer que uma unidade geradora arranque sem alimentação eléctrica externa, ou que permaneça automaticamente em funcionamento a níveis reduzidos quando desligada da rede".
Raspagem de pico / Gestão do lado da procura / Nivelamento de carga Atividades ou programas da ZII realizados pela Entidade de Serviço ou seus clientes para influenciar a quantidade ou o tempo de eletricidade que eles utilizam
Energia de apoio (geradores nucleares e de combustíveis fósseis) Fornece energia em caso de falha de energia para instalações comerciais e industriais. Também pode ser utilizado por centrais eléctricas para fornecer electricidade se os geradores não conseguirem aguentar ou falhar
UPS A fonte de alimentação ininterrupta é um dispositivo que fornece backup da bateria quando a energia elétrica falha ou cai para um nível de tensão inaceitável. Pode ser usado para aplicações domésticas ou industriais

O governo indiano afirma que nos nove meses do AF 19, a demanda máxima cresceu a 7.9%, em comparação com 2.8% no período correspondente do AF 18. Atribuiu este aumento da procura de energia à propagação da electrificação doméstica, ao aumento da oferta aos consumidores agrícolas, à baixa produção hidroeléctrica e aos verões alargados. Quase 50% da capacidade de geração de energia da Índia é derivada de usinas hidrelétricas. Isto significa que outros geradores são responsáveis por cerca de 170GW de produção potencial. Com isto em mente, a propensão para o armazenamento de energia é enorme, com benefícios definitivos a serem obtidos através da manutenção de maiores reservas de energia em vez de aumentar ou ligar geradores adicionais quando necessário.

Além do fornecimento de eletricidade e evitando apagões, o armazenamento de energia pode resolver muitos problemas, como manter a freqüência de fornecimento no nível correto, devido à sua capacidade de resposta instantânea. Depois há a questão do pico da procura e o aproveitamento da energia renovável que nunca é produzida numa altura conveniente para as nossas necessidades de pico. O custo de instalação de armazenamento de energia em vez de geração, também é favorável, particularmente se for escolhida a opção de bateria mais rentável. Sim, como você deve ter adivinhado, é a química familiar do chumbo ácido que dá o melhor valor geral.

Isto não se aplica apenas ao custo de capital, mas também ao custo vitalício e ao retorno financeiro do investimento. No armazenamento de energia, o principal calcanhar de Aquiles de chumbo ácido, sua baixa densidade energética não é um fator significativo para o sucesso de sua operação. Como não há movimento e muito espaço disponível dentro dos edifícios e com baterias armazenadas em pisos de concreto, o peso e o volume não são questões realmente importantes.

2V OPzS tempo de resposta rápida

Os principais requisitos para todos os aspectos do Armazenamento de Energia são tempos de resposta rápidos de vários segundos, conversão eficiente de energia e longa vida útil do calendário e do ciclo. As gamas 2v OPzS e OPzV têm tempos de resposta de milissegundos e a melhor duração de ciclo e calendário de todos os diferentes designs LAB.

OPzS vs OPzV

O 2v OPzV é diferente em dois aspectos: tem um electrólito GEL imobilizado e uma válvula de alívio de pressão para manter o oxigénio e o hidrogénio produzidos em carga, dentro da célula para recombinação. As características são mostradas, em particular, a placa tubular com uma coluna vertebral para uma grade e um suporte multitubular no material ativo, são as chaves para o longo ciclo e vida útil do calendário deste desenho da célula.

O que é a bateria do OPzS?

Das opções de chumbo ácido, o 2V OPzS tem um melhor desempenho geral na maioria das aplicações estacionárias, particularmente para a vida útil do ciclo, mas tem a desvantagem de exigir uma manutenção complementar juntamente com o custo associado. Ao calcular o custo nivelado de armazenamento de energia (LCOES), é importante incluir os custos totais de instalação e manutenção da bateria. Ao determinar a melhor opção de bateria é importante compreender os custos reais, particularmente ao avaliar a química da bateria diferente.

2V OPzS vs Lithium

Com li-ion, por exemplo, muitas vezes é o custo da bateria que é citado, deixando de fora o equipamento de refrigeração, segurança e prevenção de incêndio. Em alguns casos, são apenas os custos da célula sem sequer o conjunto de baterias e o sistema de gestão que estão incluídos no cálculo. O custo nivelado da energia (LCOE) pode ser facilmente determinado a partir da seguinte relação:

  • LCOE = soma de todos os custos ao longo da vida útil da bateria/soma de todas as saídas ao longo da vida útil da bateria.

Os custos ao longo da vida útil da bateria incluem o carregamento da bateria com electricidade. Neste caso, a saída/entrada expressa como uma porcentagem é utilizada para o cálculo dos custos.
A saída ao longo da vida útil é criticamente dependente da duração do ciclo da bateria, quanto mais alta for a duração, melhor. Isto reduz o custo do fornecimento de electricidade de acordo com a relação acima indicada. Isto novamente é uma fonte de confusão e erro ao fazer o cálculo para a compra da bateria. No caso do ácido de chumbo, a duração da bateria depende criticamente da sua profundidade de descarga (DOD).

Quanto mais baixo o DOD, maior é a duração do ciclo da bateria (Fig. 3). Muitos clientes tentarão minimizar a linha superior, mantendo o custo de capital a um mínimo e comprando a menor bateria de capacidade para fazer o trabalho. Na verdade, uma bateria apenas 50% maior dará um DOD de 50% em vez de 80% e praticamente duplicará a vida útil do ciclo. Nesta situação o sistema e os custos de instalação estão praticamente inalterados, foi apenas o preço das células da bateria que aumentou.

Em outras palavras, você recebe um LCOE quase metade do capital mínimo para o custo adicional de 50% maior da bateria. Os benefícios não param por aí: a eficiência da carga agora vai de menos de 80% para bem mais de 90%, dando uma redução adicional no seu LCOE.

Os benefícios do uso de baterias para o negócio do armazenamento de energia são bastante evidentes. A questão de qual bateria é menos simples. Actualmente, o li-ion é a química dominante utilizada globalmente nesta crescente aplicação. As razões para isso não são totalmente claras, a menos que as táticas de marketing sejam consideradas. A principal razão dada pelos instaladores dos sistemas BESS para o uso do li-ion é que ele tem um LCOE melhor do que o PbA devido à maior vida útil do ciclo e eficiência de carga/descarga superior.

Voltando aos números que acabei de dar para uma bateria OPzS de 2v melhorada você pode ver que com o dobro da vida útil do ciclo e a eficiência de carga/descarga melhorada, as baterias de íon-lítio ainda são mais caras, mas não dão uma vida útil ou eficiência melhor. Há uma prática em desenvolvimento para usar células de íons de lítio de segunda vida que eram usadas anteriormente em pacotes de baterias EV.

Figura 3 Profundidade de Descarga (DoD) vs. duração do ciclo
Figura 3 Profundidade de Descarga (DoD) vs. vida do ciclo
Figura 4 Células Microtex 2v OPzS e 2v OPzV 2v
Figura 4 Células Microtex 2v OPzS e 2v OPzV 2v

Foi demonstrado que estas células podem tornar-se inseguras devido ao crescimento de dendritos internos, criando um curto-circuito. Problemas na Coreia do Sul e nos EUA, onde as instalações de BESS de leão de segunda vida pegaram fogo, e a falta de instalações de reciclagem em fim de vida, todos apontam para a necessidade de uma avaliação mais aprofundada do verdadeiro LCOE para sistemas de leão de lítio. Talvez seja necessário um melhor marketing por parte da indústria de baterias de chumbo-ácido.

As aplicações tradicionais de UPS e energia em standby ainda representam mais de 50% do mercado estacionário global. Como pode ser visto na Tabela 1, os seus respectivos requisitos são um pouco diferentes. Para o mercado de UPS, as baterias têm de fornecer ocasionais breves descargas de energia para garantir que o equipamento não é afectado por quedas ou cortes repentinos de energia. Geralmente, isto resulta numa descarga superficial e pouco frequente dos pacotes de baterias. Os conjuntos de baterias são normalmente mantidos em invólucros ou armários com carga flutuante de baixa voltagem constante durante a maior parte da sua vida útil. Neste caso, não é o DOD ou a vida do ciclo que é o requisito dominante, é a vida do calendário.

Em carga flutuante constante, a vida útil do calendário depende quase exclusivamente da resistência à corrosão das ligas utilizadas na rede da bateria. As outras considerações são a perda de água em sistemas inundados e o uso de células VRLA OPzV.
Seja no OPzV sem manutenção ou no OPzS de baixa manutenção 2v, a vida útil efetiva do projeto pode ser de mais de 20 anos com a liga da coluna vertebral certa e os ingredientes ativos certos. A este respeito, as gamas 2v OPzS e OPzV oferecidas pela Microtex são produtos líderes na classe (Fig. 4). Projetadas por um respeitado cientista alemão e fabricadas com as mais recentes ligas de chumbo-cálcio-estanho de baixa gaseificação e resistentes à corrosão, elas oferecem um pacote imbatível de desempenho, confiabilidade e vida útil.

Microtex consegue estas características para as suas baterias ao ter um óptimo equilíbrio de material activo para as placas positivas e negativas, com grelhas de lombada positiva fundidas a alta pressão, feitas a partir da liga chumbo-cálcio-estanho perfeitamente equilibrada, que é um componente crítico da célula. Não só é um condutor da corrente eléctrica gerada pelo material activo da placa, como também tem de garantir uma boa ligação entre o AM e a rede para minimizar a resistência interna e evitar o desprendimento de pasta à medida que a bateria se desloca.

Em aplicações UPS a bateria está em carga flutuante de baixa tensão constante que, para o positivo significa que está constantemente a ser oxidada (corroída). A liga específica utilizada pela Microtex para fabricar as espinhas é o culminar de décadas de P&D e experiência comercial. Fornece a melhor mistura possível de resistência à corrosão e baixas propriedades de gaseificação de qualquer liga de chumbo-cálcio disponível. O fim de vida útil das aplicações UPS é geralmente marcado pela corrosão completa através da grelha positiva. Em ambos os projetos OPzS e OPzV 2v, muitas vezes é corrosão positiva da rede e/ou a bateria seca através da perda de água devido à evolução do gás, que é a causa de uma eventual falha da bateria.

As outras principais aplicações estacionárias são energia standby/emergência, telecomunicações, energias renováveis e sinalização. Agrupei estas aplicações em conjunto, uma vez que na sua maioria são aplicações de descarga profunda e têm requisitos de bateria semelhantes. Mais uma vez, boa vida útil do ciclo, resistência à descarga profunda e baixa manutenção são parâmetros chave na escolha da bateria.

As energias renováveis e as telecomunicações têm um padrão operacional comum, pois são rotineiramente (diariamente, na maioria dos casos) descarregadas e recarregadas. A profundidade da descarga depende de quanto tempo a bateria é necessária para durar em comparação com o dispêndio de capital. Quanto mais baixo o DOD, mais alto o custo inicial. Os operadores têm de decidir qual a bateria a utilizar com base tanto em razões financeiras como técnicas. O efeito no LCOE tem sido discutido para a situação do BESS e é igualmente válido para as indústrias de telecomunicações e de energias renováveis.

A aplicação de energias renováveis aproveita o armazenamento de energia que muitas vezes é produzida de forma intermitente e em momentos inconvenientes. Isto é verdade tanto atrás do contador como em frente às aplicações do contador a nível doméstico, local e nacional. O armazenamento de baterias permite a colheita de energia de, digamos, instalações eólicas, que podem ser imprevisíveis e inutilizáveis porque não são necessárias no momento da origem, para serem liberadas quando necessárias, digamos, em períodos de pico de demanda. Mais uma vez, isto é tão verdade para as instalações domésticas como para as instalações à escala da rede.

A energia solar é outro exemplo que, embora previsível, é muitas vezes gerada quando há pouca demanda. Nesses exemplos, o ciclo de entrada/saída de energia (carga/descarga) é normalmente uma ocorrência diária. A este respeito, é muito semelhante à indústria das telecomunicações, tanto os sistemas totalmente eléctricos como os híbridos a diesel. Em todos estes casos, as baterias são normalmente descarregadas e recarregadas diariamente, normalmente entre 60% e 80% de DOD.
Para a maioria das aplicações estacionárias, a solução mais eficaz em termos de custo, tempo de resposta, fornecimento de energia e capacidade de armazenamento de energia é uma bateria (Fig. 5).

Figura 5 comparação de diferentes tecnologias de Armazenamento de Energia

2V OPzS

A maioria das operações à escala doméstica e comercial serão localizadas em áreas ou circunstâncias em que qualquer outra forma de armazenamento de energia, tais como hidrelétricas bombeadas, ar comprimido, volantes, etc., não são apropriadas. Como discutido anteriormente, a construção da placa tubular e as ligas utilizadas para a grelha positiva no Microtex 2v OPzS e OPzV proporcionam a maior duração de ciclo possível com taxas mínimas de gaseificação (perda de água). Isso torna este desenho a opção mais apropriada e mais rentável na maioria destas aplicações. O uso de células tubulares de placa e baterias monobloco para instalações de energia solar, por exemplo, é bem estabelecido.

Para um ciclo de vida ultra longo e capacidade de descarga profunda, a escolha do OPzS 2V é a mais apropriada. No entanto, vem com a etiqueta de preço adicional de manutenção de topping up. Em alguns casos, particularmente em aplicações remotas, a recarga com água não é uma opção. Nestes casos, existe a gama OPzV da Microtex com todas as características encontradas na gama OPzS 2v, mas com um electrólito gelificado e operação VRLA selada.

É muito verdadeiro dizer que o poder de espera é um mercado crescente e cada vez mais importante do futuro. Por este motivo, faz todo o sentido utilizar a empresa de baterias de chumbo-ácido mais experiente e avançada disponível. Muitas empresas farão essa afirmação, mas muito poucas têm a experiência e o histórico da Microtex para realmente entregar.

Para a ficha técnica da bateria da Microtex opzs, contacte-nos com a capacidade da bateria Ah que necessita.

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