Visão geral das tecnologias de armazenamento de energia

O objetivo do artigo é mostrar através de revisões, as vantagens técnicas e econômicas de vários ESSs. E com base nessa revisão evidenciar que os ESSs podem proporcionar uma integração sustentável das fontes renováveis ​​em um portfólio tecnoeconômico. As motivações primárias estendem efetivamente a utilização de varias inovações que podem ser classificadas como:

• Proporcionar uma alta penetração sustentável de fontes de energia renováveis ​​(FER);
• Garantir o requisito de reserva do sistema em um portfólio mais ecológico;
• Realização da visão de aplicabilidade epidêmica de veículos elétricos (VE); e
• Desenvolvimento no conceito de smat / microgrids.

O cenário considerado para o trabalho são os vários tipos de ESS, as características e os benefícios associados.

Foram consideradas na analise estatística documentos das publicações feitas até 2017 com o termo tecnologia de armazenamento de energia.

A Figura 1.1 mostra o número de publicações por ano.

A Figura 1.2 ilustra número de documento por tipo.

A Figura 1.3 ilustra documentos publicados nas áreas de energia e engenharia.

A Figura 1.4 ilustra documentos publicados com afiliação.

A Figura 1.5 ilustra documentos por autor.

A Figura 1.6 ilustra documentos por país.

As redes bibliométricas

A análise de co-ocorrência

A Figura 1.7 mostra as palavras mais comuns usadas nos documentos.

Tabela 1.1 As dez palavras mais utilizadas

A análise de co-autoria

A Tabela 1.2 ilustra a analise da co-autoria para os dez principais países com maior número de citações.

A Tabela 1.3 mostra A análise de co-citação com base em fontes mais relevantes no campo do armazenamento de energia tecnologias.

A Tabela 1.4 mostra a análise de citação dos dez principais documentos com a mais alta número de citações.

Benefícios do EES

Nessa seção são discutidas as principais vantagens tecnoeconômicas da integração do ESS:

• Melhoria da confiabilidade do sistema
• Facilitando o fornecimento de energia de pico de carga 
• Controle de Freqüência
• Melhoria da qualidade de energia
• Redução de custo do planejamento operacional do sistema
• Adiamento da expansão da geração
• Gerenciamento de contas econômico do cliente
• Nivelamento do perfil de geração de FER

Características gerais do ESS

1.       A capacidade de energia é definida como a quantidade de energia (kW ou MW) pode obter em sua saída instantânea máxima.

2.       A capacidade de armazenamento de energia é a quantidade de kWh ou MWh pode armazenar em cada período.

3.       Eficiência é a razão entre a eletricidade recuperada e a eletricidade usada para cobrar o ESS.

4.       Tempo de resposta é o tempo necessário para liberar energia total.

5.       A profundidade da descarga (DoD) indica quanta energia pode ser descarregada durante um ciclo.

6.       A duração da descarga é a quantidade de tempo que um ESS pode descarregar na sua classificação potência.

7.       Potência específica / Densidade energética é a produção de energia / conteúdo de energia por unidade ESS volume em W / 1 ou J / 1.

8.       O tempo de vida do ESS é o tempo de degradação do ESS que pode ser medido como vida útil do calendário e ciclo de vida. 

Tecnologias ESS

PHESS (ESS hidrelétrica bombeada)

• Capacidade do PHESS é 1.000 MW
• Eficiência de 75% a 82% 
• A diferença de altura entre o reservatório superior e inferior deve ter pelo menos 300 m
• A vida dos PHESSs  é 80 anos

CAESS (ESS de ar comprimido)

• Potência nominal de mais de 100 MW
• Eficiência de 70% a 80%
• Densidade de energia de 12 kWh / m³

FESS (ESS Flywheel)

• A eficiência típica da tecnologia de ponta do FESS é superior a 90%

Baterias

Nas baterias de íon-lítio:

• Baterias é de cerca de 85%
• Com densidade de energia de 300 Wh / 1 
• A vida do ciclo é cerca de 1.000 a 5.000 ciclos
• O Departamento de Defesa é de até 100%

Nas baterias de chumbo-ácido

• A eficiência das baterias de chumbo-ácido é de cerca de 80%
• Densidade de energia de 100 Wh / 1 
• A vida útil do ciclo é de 500 a 2.000 ciclos
• O Departamento de Defesa é de 70%

Nas baterias de enxofre e sódio

• A eficiência é de cerca de 80%
• Densidade de energia de 250 Wh / 1 e 5.000 a 10.000 ciclos de vida 
• O Departamento de Defesa é 100%

As baterias de fluxo

• A potência está na faixa de kW a MW
• Processo muito rápido de carga / descarga
• Vida útil longa por manutenção adequada 
• A eficiência de fluxo típico é de cerca de 75%

SMESSs (ESSs magnéticos supercondutor)

• A taxa de resposta de SMESSs é menor que 100 ms
• Sua classificação de capacidade é de até 3 MW
• Mais de 90% de eficiência

Super capacitores

• O maior super capacitor tem uma densidade energética de 0,03 kWh / kg
• Densidade de potência muito alta
• Baixa resistência interna
• Alta eficiência, superior a 95%
• Numericamente, o ciclo de vida e a vida útil do calendário capacitores são de um milhão e 15 anos
• O índice do Departamento de Defesa é de 75%
• Têm densidade de energia de 2 Wh / 1 a 10 Wh / 1 e até 15 kW / 1 densidade de potência

TESSs (ESS témico)

• TESS sensível ao calor: Armazenamento de energia através do aquecimento de um líquido ou sólido sem alteração de estado.
• Calor latente TESS: Armazenamento de energia através do aquecimento de um material cujo estado é alterado.
• Calor eletroquímico TESS:   Armazenamento de energia através do fornecimento de calor necessário para ativar um processo químico.
• Tecnologia de armazenamento de gelo: Fora do pico, a energia elétrica é usada para congelar a água em um tanque insular.

Comparação entre tecnologias de ESS

Nessa seção foram comparadas as tecnologias de ESS, no entanto, as tecnologias não têm capacidade de atender a todos os requisitos ideais de ESS, os índices para atender a esses requisitos são: capacidade mais significativa, maior densidade, maior eficiência, custo baixo e vida útil mais longa.

Ex:

As tecnologias PHESS e TESS são adequadas para aplicação no lado da geração. 

A bateria e o FESS tecnologias são boas para os níveis de transmissão e distribuição.  

A bateria e armazenamento de gelo e algumas das tecnologias TESS podem ser consideradas para o nível de consumo.

A Figura 1.18 Avaliação da maturidade da tecnologia ESS.

A Figura 1.19 nível de comercialização de diferentes tecnologias ESS.

 Conclusão

Com base nas revisões podemos concluir que as tecnologias de ESS podem proporcionar integração sustentável, vantagens técnicas e econômicas. Nas comparações feitas entre os tipos de ESS ficou evidenciado que não existem tecnologias de ESS capaz de atender aos requisitos ideais de armazenamento do sistema de energia. Além disso, o HESS foi à tecnologia com menos eficiência tendo seu valor menos de 50% o que motiva a maior pesquisa e desenvolvimento. Para a seleção de qual tecnologia a ser utilizada, os operadores devem levar em consideração os custos, as vidas úteis, as densidades de energia e potência e o meio ambiente. E para alcançar um ESS quase ideal, podem ser combinados tecnologias do ESS em um HESS híbrido integrado e controlável, outro ponto interessante de pesquisa é a otimização do tipo, tamanho e localização de ESSs distribuídos em MGs.