Acumulador de bateria como impulsionador funcional para parques eólicos mais antigos A Phoenix Contact usa a tecnologia de comando aberto para fechar a lacuna entre a geração de energia, o armazenamento e a utilização posterior.

Acumulador de bateria próximo a aerogeradores e painéis solares

Resumo

Quando há uma brisa fresca, todos os operadores de aerogeradores ficam encantados com os rendimentos resultantes da força do vento. Se o vento parar, nada gira – mesmo que a demanda por energia elétrica continue. E é exatamente nesse ponto que as fontes de energia renováveis entram em conflito com o problema, pois não são capazes de fornecer uma carga básica por si só. No entanto, isso mudará, no máximo, quando os parques receberem seus próprios acumuladores. Os acumuladores de bateria dão aos parques eólicos um verdadeiro impulso funcional em termos de eficiência econômica, segurança de alimentação e qualidade da rede. Para mantê-los conectados à rede por mais tempo, as instalações mais antigas, em especial, podem ser efetivamente equipadas com acumuladores fora dos períodos exigidos. A Phoenix Contact está apoiando esse desenvolvimento com sistemas modulares para a instalação do acumulador de energia.

Com um rendimento de 125,3 bilhões de kWh, a energia eólica é a fonte mais importante no mix de energia da Alemanha.

Combinação de energia eólica e acumuladores para uma segunda vida

Atualmente, 46,2% do consumo bruto de eletricidade na Alemanha é coberto por fontes renováveis. O número da Agência Federal do Meio Ambiente refere-se ao ano de 2022 e descreve a energia eólica como a fonte mais importante no mix de energia, com um rendimento de 125,3 bilhões de kWh. De acordo com o Statista, a participação da energia eólica foi de 21,7%.

Isso pode parecer bom a princípio, mas não devemos esquecer do fato de que, de acordo com a Agência Federal do Meio Ambiente, é necessário um ritmo mais rápido de expansão eólica para atingir as metas climáticas. Além da expansão adicional, a questão de como lidar com aerogeradores mais antigos é um problema recorrente. Trata-se principalmente de aerogeradores que foram instalados com subsídios estatais de acordo com a legislação sobre energias renováveis, que entrou em vigor em 2000. Como resultado, os primeiros aerogeradores já têm mais de 20 anos e são considerados "esgotados".

Devido à perda dos subsídios estatais, as operadoras se deparam com a questão econômica de desmontar as usinas ou simplesmente continuar sua operação. Uma terceira opção é a repotenciação em conjunto com acumuladores de energia industriais. Com esse buffer, os parques eólicos mais antigos também podem participar do mercado de energia de regulação primária. Idealmente, o parque eólico e o acumulador são combinados em um ponto comum de conexão da rede. Isso cria uma unidade de reserva que pode fornecer energia de regulação primária devido ao seu acumulador de energia. Isso abre uma segunda vida para parques eólicos antigos, pois a combinação com acumuladores de energia abre modelos de negócios e de utilização completamente novos.

A Phoenix Contact está apoiando esse desenvolvimento com sistemas modulares para a instalação de acumuladores de energia. A empresa também usa a tecnologia de comando aberto para fechar a lacuna entre a geração de energia, o armazenamento e a utilização posterior. Por trás disso está o objetivo do acoplamento setorial, com o qual a Phoenix Contact continua trabalhando na All Electric Society.

Dr. Rüdiger Meyer é especialista em acumuladores de energia na Phoenix Contact

Três formas de energia de regulação para manter a rede estável

As energias de regulação primária são necessárias para manter a rede elétrica estável. Naturalmente, isso não apresenta nenhuma chance física de armazenar energia. Consequentemente, é preciso encontrar um equilíbrio constante entre a oferta e a demanda. Nesse ponto, o setor de energia faz a distinção entre três formas de energia de regulação, que são definidas por sua capacidade de ser acionada ao longo do tempo. As energias de regulação primária devem estar disponíveis em 30 segundos. No caso de regulações secundárias, restam cinco minutos para a reserva, que também tem a tarefa de assumir o controle da regulação primária dentro de 15 minutos, para que ela possa se recuperar. A regulação terciária também é conhecida como potência de reserva de minutos. Ela também deve estar disponível para energia negativa e positiva em 15 minutos. As centrais elétricas que podem ser colocadas em funcionamento rapidamente são geralmente usadas para prestações positivas. Cargas negativas podem ser alcançadas com grandes consumidores, como fornos elétricos a arco, aquecedores de acumulação noturna, usinas reversíveis ou o desligamento controlado de aerogeradores. Todas as medidas brevemente descritas buscam garantir a estabilidade da rede. "Se a carga for muito alta, a frequência cai. Se as cargas forem removidas, ela aumenta. Ambos os casos devem ser evitados", resume o Dr. Rüdiger Meyer, especialista em aplicações de acumuladores de energia da Phoenix Contact.

Do ponto de vista econômico, as usinas de turbinas a gás prontamente disponíveis para a potência de reserva de minutos são tão ineficientes quanto o desligamento de parques eólicos. Por um lado, a energia elétrica é gerada com um alto uso de energia primária e, por outro lado, a energia cinética disponível do vento não é utilizada. Em vista desse dilema, o Dr. Rüdiger Meyer vê perspectivas de desenvolvimento muito boas, especialmente para equipar os parques eólicos existentes com sistemas de acumuladores de energia em escala industrial. "Se combinarmos os parques eólicos com acumuladores de grandes dimensões, eles poderão ser usados para suavizar as curvas de carga da rede. Graças ao seu próprio acumulador, os aerogeradores podem, portanto, permanecer no vento e gerar energia mesmo quando a rede estiver cheia. "Na direção oposta, a energia pode ser obtida pelos acumuladores mesmo quando não há vento. Portanto, as unidades também desempenhariam um papel importante na estabilidade da rede.

Suavizar picos de carga e ganhar dinheiro no processo

E é exatamente nesse ponto que novos campos de atividade estão se desenvolvendo na direção do "repowering", especialmente para parques eólicos mais antigos. A combinação com sistemas de acumuladores baseados em baterias de íons de lítio ou células de fluxo redox faz uma contribuição valiosa para a estabilidade da rede. Elas também abrem novas oportunidades de receita para as operadoras, por meio de transações de arbitragem. A forte flutuação dos preços da eletricidade no mercado à vista tem um impacto aqui. O acumulador absorve a energia eólica durante os períodos de baixa tarifa e a libera novamente a preços mais altos durante picos de carga temporários. Esse modelo econômico é, sem dúvida, motivado monetariamente, mas mostra que a produção e o consumo de energia podem ser dissociados no tempo com a ajuda de sistemas de acumuladores. Portanto, esse desacoplamento abre novas oportunidades para o acoplamento setorial rumo a uma All Electric Society.

A Phoenix Contact já oferece soluções preparadas para isso, incluindo subaplicações prontas para instalação para equipamentos de aerogeradores. A gama de funções se estende até os aplicativos em nuvem, incluindo a integração de padrões de comunicação atuais e futuros. A plataforma de controle aberta PLCnext desempenha um papel fundamental aqui, pois pode ser usada para atender de forma conveniente aos requisitos individuais. Isso também inclui modelos de negócios baseados em IoT. Eles são necessários em relação aos serviços baseados em nuvem e aos processos de informações com suporte de banco de dados. No nível do hardware, são usadas soluções completas para gerenciamento de alimentação, entre outras coisas. O sistema abrangente oferece soluções de conexão para a eletrônica de potência em qualquer bitola, por exemplo. A Phoenix Contact também oferece aplicações preparadas para o monitoramento de redes. Obrigatório: a proteção eficaz e confiável contra descargas atmosféricas por meio de para-raios de alto desempenho.

Usinas híbridas de energia renovável

"Com todo o nosso portfólio, estamos agora na posição privilegiada de poder apoiar a repotenciação de parques eólicos com sistemas industriais de acumuladores de energia - até a engenharia. Dessa forma, estamos criando uma base essencial para o acoplamento setorial", resume o Dr. Rüdiger Meyer. A modernização de parques eólicos com acumuladores de energia transforma as usinas de geração de energia renovável em usinas híbridas renováveis, ou seja, geração e armazenamento de energia em um só lugar. Dr. Rüdiger Meyer: "Diante desse cenário, os acumuladores de bateria são uma alternativa muito viável para substituir as usinas de energia de pico de carga, especialmente porque os acumuladores de bateria não precisam ser iniciados primeiro e fornecem sua energia em milissegundos."