2v OPzS

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Bateria estacionária OPzS 2v -

A melhor escolha para aplicações estacionárias?

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

O mundo está mudando rapidamente. Cada vez mais indústrias, organizações, regiões e países precisam de energia elétrica consistente e confiável sob demanda. As redes nacionais estão frequentemente lutando para atender às demandas máximas de energia e, em alguns países, apagões planejados por cidade ou área são comuns. Nos países industrializados com infraestruturas maduras há definitivamente uma tensão no fornecimento e, às vezes, eventos de pico, danos ou acidentes podem levar a períodos prolongados de apagão. Do outro lado da moeda, as economias em desenvolvimento podem ter problemas com o fornecimento de energia em áreas remotas onde não há rede nacional para fornecer energia.

Em seguida, há a exigência moderna de armazenar energia a partir de recursos variáveis ou renováveis cujas saídas de energia podem ser intermitentes e, por vezes, imprevisíveis. Geradores de energia eólica e solar podem ser ambos. Essas e fontes de energia ainda mais previsíveis, como geradores de maré, também podem fornecer energia em momentos inconvenientes, ou seja, não em períodos de pico de demanda. Existem muitas aplicações relacionadas à grade (controle de frequência, pico de barbear, arbitragem etc.) e UPS local, energia de espera, economia de custos etc. que também são uma parte essencial do comércio moderno.
Estes são apenas alguns dos aplicativos que precisam de instalações estacionárias de armazenamento de energia.

Infelizmente, os dados não são atualizados. Isso se deve à falta de informações disponíveis livremente sobre este mercado crescente e mais lucrativo. Os setores que mais crescem, que são o Energy Storage e o UPS para aplicações de data center, são grandes negócios e podem ser operações comerciais orientadas por investidores. Por causa disso, há lucro potencial no fornecimento de informações relevantes, de modo que empresas como a Reuters estão de fato encontrando suas informações para serem demandadas. Por essa razão, as estatísticas não serão tão coerentes ou diretamente aplicáveis como eu gostaria. No entanto, eles estarão suficientemente na marca para fornecer uma compreensão das tendências atuais neste setor de mercado de alto crescimento.

Se examinarmos a lista abreviada fornecida na Fig. 1 pode-se ver que existem requisitos muito diferentes para essas aplicações. A maior seção de outras que podemos supor é principalmente armazenamento de energia. De acordo com a Reuters, o mercado estacionário de baterias de ácido de chumbo foi avaliado em 8,3 bilhões de USD em 2017 e consistiu nos seguintes setores:
Telecom
Ups
Utilitário
Iluminação de Emergência
Sistemas de Segurança
Televisão a cabo/radiodifusão
Petróleo e Gás
Energia Renovável
Sistemas de backup ferroviário
Outros
Para efeitos deste artigo, poucos podem combinar alguns desses mercados devido à semelhança em suas necessidades de bateria. A Tabela 1 mostra as demandas dessas aplicações nas baterias instaladas.

Algumas dessas aplicações podem ser subdivididas ainda mais. Começando com o Armazenamento de Energia, este é talvez o aplicativo estacionário que mais cresce. Nos últimos 20 anos, foi reconhecido que o armazenamento de energia, seja diretamente da rede como em operações em escala de utilidade, ou como uma adição a geradores de energia renovável variável, tem toda uma gama de benefícios. A Tabela 2 abaixo fornece uma lista razoavelmente abrangente dos diferentes usos aos quais o armazenamento de energia em escala de grade pode ser colocado.

Mercado de baterias estacionárias OPzS 2v - Fig1
Figura 1 Mercado de baterias estacionárias
2v OPzS Stationary Battery Fig 2
Fig. 2 mostra as características mais importantes do Microtex 2v OPzS

O que é imediatamente evidente é que algumas das aplicações como a Energia Arbitrage têm benefícios comerciais significativos e uma indústria baseada na compra de reservas de energia armazenada a preços baixos e depois revenda para distribuidores nos horários de pico de demanda ou quando os geradores de energia estão lutando. A capacidade de aproveitar eficientemente a energia renovável está se tornando mais importante e países e regiões lutam para fornecer menores emissões de CO2 a partir do aumento da industrialização e das demandas dos consumidores.

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

Application Typical Size Max Discharge Discharge Frequency Rate of Discharge
Energy Storage 1-50 MWh, Max - 290 80% Daily 0.2 C10
UPS 0.5 - 500 kWh 20% Infrequent / Weekly 0.05 C10
Emergency / Backup 0.5 kWh - 10MWh 80% Infrequent / Weekly 0.08 C10
Rail / Cable / Security 0.1 - 5kWh 60% Daily 0.1 C10
Renewables 0.5kWh - 5MWh 70% Daily 0.1 C10
Telecom 5 kWh - 50 kWh 70% Daily 0.1 C10

Aplicação de bateria estacionária da tabela 1 e seus requisitos

Uma coisa que não devemos nos preocupar é com a capacidade energética que temos em nossas redes nacionais. O que nos falta é a capacidade de atender à nossa demanda de energia nos períodos de pico, em vez da capacidade de atender às nossas necessidades energéticas totais. Muitos países industrializados podem gerar mais do que a exigência total diária de energia, mas estão em, ou perto, sua capacidade de geração 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 é muitas vezes significativamente menor devido a avarias frequentes.

Isso significa que, em algumas ocasiões, o pico de demanda pode superar a oferta do gerador. Isso contrasta com a Índia, cuja demanda de eletricidade atingiu um recorde recorde de 176.724 gigawatts em março deste ano, apesar de ter uma capacidade instalada de 350.162 GW. No entanto, muitos estados na Índia experimentam cortes de energia planejados e não planejados e o pico de fornecimento de eletricidade tem sido baixo. Isso tem sido explicado por referência a questões como as precárias finanças de algumas empresas estatais de distribuição de energia elétrica, que impedem que elas possam adquirir a quantidade necessária de energia.

Application Description
Energy Arbitrage Can store energy and meter its use for purchase and resale at a profit
Frequency Regulation Sudden dips in frequency due to heavy loads can be prevented by use of instantaneous battery power
Capacity Firming Use of storage to provide energy to fill in when variable generation (i.e. solar and wind) output is below the generators's rating to provide constant power output
Power Quality A measure of the level of voltage and / or frequency disturbances
Black Start " The reliable restoration of the grid following a blackout. This requires a generating unit to start without an outside electrical supply, or to automatically remain operating at reduced levels when disconnected from the grid "
Peak shaving / Demand-side management / Load levelling ZII activities or programs undertaken by Load - Serving Entity or its customers to influence the amount or timing of electricity they use
Backup power (Nuclear and fossil fuel generators) Provides power in the event of a power failure for commercial and industrial facilities. Can also be used by electricity power plants to provide electricity if the generators cannot cope or fail
UPS Uninterruptible Power Supply is a device that provides battery backup when the electrical power fails or drops to an unacceptable voltage level. Can be used for domestic or industrial applications

O governo indiano afirma que, nos nove meses de 2019, o pico de demanda cresceu 7,9% em comparação com 2,8% no período correspondente em FY18. Atribuiu esse aumento da demanda de energia à disseminação da eletrificação domiciliar, aumento da oferta aos consumidores agrícolas, baixa geração hidrelétrica e verões prolongados. Quase 50% da capacidade de geração de energia da Índia é derivada de usinas hidrelétricas. Isso significa que outros geradores respondem por cerca de 170GW de saída potencial. Com isso em mente, a propensão ao armazenamento de energia é enorme, com benefícios definitivos a serem tidos de manter reservas maiores de energia em vez de aumentar ou ligar geradores adicionais quando necessário.

Além do fornecimento de eletricidade e evitar apagões, o armazenamento de energia pode resolver muitos problemas, como manter a frequência de fornecimento no nível certo devido à sua capacidade de resposta instantânea. Em seguida, há o pico de demanda e o aproveitamento de energia renovável que nunca é produzido em um momento conveniente para nossos requisitos de pico. O custo de instalação do armazenamento de energia em vez de geração também é favorável, especialmente se a opção de bateria mais econômica for escolhida. Sim, como você deve ter adivinhado é a química familiar do ácido de chumbo que dá o melhor valor de todos os rounds.

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

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

O OPzV 2v é diferente em dois aspectos: possui um eletrólito GEL imobilizado e uma válvula de alívio de pressão para manter o oxigênio e o hidrogênio produzidos na carga, dentro da célula para recombinação. As características são mostradas, em particular, a placa tubular com uma coluna vertebral para uma grade e um multitubo segurando no material ativo, são as chaves para o longo ciclo e vida útil do calendário deste design da célula.

Das opções de ácido de chumbo, o OPzS tem um melhor desempenho em todas as aplicações estacionárias, particularmente para a vida útil do ciclo, mas tem a desvantagem de exigir a manutenção de cobertura junto com esse custo associado. Ao calcular o custo nivelado do armazenamento de energia (LCOES), é importante incluir os custos completos da instalação e manutenção da bateria. Ao determinar a melhor opção de bateria é importante entender os custos reais, especialmente ao avaliar diferentes químicas da bateria.

Com li-ion, por exemplo, muitas vezes é o custo da bateria que é citado, deixando de fora o equipamento de resfriamento, segurança e detenção de incêndio. Em alguns casos, são apenas os custos do celular com nem mesmo a bateria e o sistema de gerenciamento que estão incluídos no cálculo. O custo nivelado de energia (LCOE) pode ser facilmente determinado a partir da seguinte relação:

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

Os custos ao longo da duração da bateria incluem o carregamento da bateria com eletricidade. Neste caso, a saída/entrada expressa em percentagem é utilizada para o cálculo dos custos.
A saída ao longo da vida é criticamente dependente da vida útil da bateria, quanto maior, melhor. Isso reduz o custo de fornecimento de eletricidade de acordo com a relação acima dada. Esta é novamente uma fonte de confusão e erro ao fazer o cálculo para a compra da bateria. No caso do ácido chumbo, a vida útil da bateria depende criticamente de sua profundidade de descarga (DOD).

Quanto menor o DOD, maior a duração do ciclo da bateria (Fig. 3). Muitos clientes tentarão minimizar a linha de topo mantendo o custo de capital ao mínimo e comprando a menor capacidade de bateria para fazer o trabalho. Na verdade, uma bateria apenas 50% maior dará um DoD de 50% em vez de 80% e praticamente dobrará a vida útil do ciclo. Nesta situação, os custos de sistema e instalação são praticamente inalterados, é 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 bateria 50% maior. Os benefícios não param por aí: a eficiência da carga agora passa de menos de 80% para bem mais de 90%, dando uma nova redução no seu LCOE.

Os benefícios do uso de baterias para o negócio de Armazenamento de Energia são bastante evidentes. A questão de qual bateria é menos simples. Atualmente, li-ion é a química dominante usada globalmente nesta aplicação crescente. 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 de 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 aprimorada de 2v você pode ver que com o dobro da vida útil do ciclo e a eficiência melhorada de carga/descarga, as baterias de íons de li-íon ainda são mais caras, mas não dão uma vida ou eficiência melhor. Existe uma prática em desenvolvimento para o uso de células de íons de segunda vida que foram anteriormente usadas em baterias EV.

2v OPzS Stationary Battery Fig 3
Figura 3 Profundidade de Descarga (DoD) vs. vida útil do ciclo
2v OPzS Stationary Battery Fig 4
Figura 4 Microtex 2v OPzS e células OPzV 2v 2v

Foi demonstrado que essas células podem se tornar inseguras devido ao crescimento interno de dendrite criando um curto-circuito. Problemas na Coreia do Sul e nos EUA, onde instalações bess de segunda vida li-ion pegaram fogo, e a falta de instalações de reciclagem de fim de vida, todos apontam para a necessidade de uma avaliação adicional do verdadeiro LCOE para sistemas de íons de li-íon. Talvez seja necessário um melhor marketing pela indústria de baterias de ácido de chumbo.

As aplicações tradicionais de UPS e de poder de espera ainda representam mais de 50% do mercado estacionário global. Como pode ser visto na Tabela1, seus respectivos requisitos são um pouco diferentes. Para o mercado de UPS, as baterias devem fornecer rajadas ocasionais de energia curta para garantir que o equipamento não seja afetado por quedas bruscas de energia ou recortes. Geralmente, isso resulta em uma descarga rasa e pouco frequente das baterias. As baterias são geralmente mantidas em gabinetes ou armários com carga constante de flutuação de baixa tensão durante a maior parte de sua vida útil do calendário. Neste caso não é doD ou vida útil do ciclo que é o requisito dominante, é a vida útil do calendário.

Em carga constante de flutuação, a vida útil do calendário depende quase exclusivamente da resistência à corrosão das alusões usadas na grade da bateria. As outras considerações são a perda de água em sistemas inundados e o uso de células VRLA OPzV.
Tanto na manutenção do OPzV quanto nos projetos de OPzS de baixa manutenção, a vida útil efetiva pode ser de mais de 20 anos com a a totalidade da coluna direita e os ingredientes de material ativo certos. Nesse sentido, as linhas OPzS e OPzV de 2v oferecidas pela Microtex são produtos líderes de classe (Fig. 4). Projetados por um respeitado cientista alemão de baterias e fabricados com as mais recentes roupas de chumbo resistentes à corrosão e à corrosão, eles oferecem um pacote imbatível de desempenho, confiabilidade e vida.

A Microtex alcança essas características para suas baterias, tendo um ótimo equilíbrio material ativo para as placas positivas e negativas com grades positivas de coluna de alta pressão, feitas a partir da ligadora perfeitamente equilibrada de chumbo-cálcio-estanho, que é um componente crítico da célula. Ele não só é um condutor da corrente elétrica gerada pelo material ativo da placa, mas também tem que garantir que haja uma boa ligação entre o AM e a grade para minimizar a resistência interna e evitar o derramamento de pasta à medida que a bateria ciclos.

Nas aplicações de UPS a bateria está em constante carga flutuante de baixa tensão que, para o positivo significa que está constantemente sendo oxidada (corroída). A alusão específica usada pela Microtex para a fabricação das lombadas é o culminar de décadas de P&D e experiência comercial. Fornece a melhor mistura possível de resistência à corrosão e baixas propriedades gaseantes de qualquer ligação de chumbo-cálcio disponível. O fim da vida útil das aplicações de UPS é geralmente marcado pela corrosão completa da grade positiva. Em ambos os projetos OPzS e OPzV de 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 na bateria.

As outras principais aplicações estacionárias são energia de espera/emergência, telecomunicações, renováveis e sinalização. Eu agrupado essas aplicações, pois são em sua maioria aplicações de descarga profunda e têm requisitos de bateria semelhantes. Novamente, boa vida útil do ciclo, resistência à descarga profunda e baixa manutenção são parâmetros-chave na escolha da bateria.

As renováveis e as telecomunicações têm um padrão operacional comum, pois são rotineiramente (diariamente na maioria dos casos) descarregadas e recarregadas. A profundidade de descarga depende de quanto tempo a bateria é necessária para durar em comparação com o gasto de capital. Quanto menor o DOD, maior o custo inicial. Os operadores têm que decidir qual bateria usar com base tanto em razões financeiras quanto técnicas. O efeito sobre a LCOE tem sido discutido para a situação do BESS e é igualmente verdadeiro para as indústrias de telecomunicações e renováveis.

A aplicação de renováveis aproveita o armazenamento de energia que muitas vezes é produzida de forma intermitente e em momentos inconvenientes. Isso é verdade tanto atrás do medidor quanto em frente às aplicações do medidor em nível nacional, local e nacional. O armazenamento da bateria permite a colheita de energia a partir de, digamos, instalações de turbinas eólicas, que podem ser imprevisíveis e inutilizáveis porque não são necessárias no momento da origem, a serem liberadas quando necessário, digamos, em períodos de pico de demanda. Mais uma vez, isso é tão verdadeiro para o doméstico quanto para instalações em escala de grade.

A energia solar é outro exemplo que, embora previsível, muitas vezes é gerada quando há pouca demanda. Nestes exemplos, o ciclo de entrada/energia de energia (carga/descarga) é geralmente uma ocorrência diária. Nesse sentido, é muito semelhante à indústria de telecomunicações, tanto sistemas diesel totalmente elétricos quanto híbridos. Em todos esses casos, as baterias geralmente são descarregadas e recarregadas diariamente, normalmente entre 60% e 80% de DOD.
Para a maioria das aplicações estacionárias, a solução de armazenamento de energia mais eficaz em termos de custo, tempo de resposta, entrega 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 Stationary Battery Fig 5

A maioria das operações em escala doméstica e comercial estará localizada em áreas ou circunstâncias onde qualquer outra forma de armazenamento de energia, como hidro bombeado, ar comprimido, volantes etc. não são apropriados. Como discutido anteriormente, a construção da placa tubular e das alusões utilizadas para a rede positiva no Microtex 2v OPzS e OPzV proporcionam a maior vida útil do ciclo possível com taxas mínimas de gassing (perda de água). Isso torna este design a opção mais adequada e econômica na maioria dessas aplicações. O uso de células tubulares e baterias monobloco para instalações de energia solar, por exemplo, é bem estabelecido.

Para vida útil do ciclo ultra-longo e capacidade de descarga profunda, a escolha do OPzS 2V é a mais apropriada. No entanto, ele vem com o preço adicional de manutenção de cobertura. Em alguns casos, particularmente em aplicações remotas, cobrir com água não é uma opção. Nestes casos, há a gama OPzV da Microtex com todas as características encontradas na gama OPzS de 2v, mas com um eletrólito gelado 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 essa razão, faz todo o sentido usar a empresa de baterias de chumbo mais experiente e avançada disponível. Muitas empresas farão essa afirmação, mas muito poucas têm a experiência e o histórico da Microtex para realmente entregar.

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