Acumuladores de bateria como propulsor funcional para parques eólicos mais antigos Com a tecnologia de comando, a Phoenix Contact fecha a lacuna entre a produção de energia, o armazenamento e o uso posterior.

Acumulador de bateria ao lado de aerogeradores e painéis solares

Versão resumida

Quando sopra uma brisa forte, todos os operadores de aerogeradores estão satisfeitos com os rendimentos que colhem da força do vento. Se o vento falhar, tudo deixa de rodar – mesmo que se mantenha a procura de energia elétrica. E é precisamente aqui que as fontes de energia renováveis se tornam um problema, pois não são capazes de fornecer por si uma carga de base. No entanto, esta situação altera-se, o mais tardar, quando os parques são dotados de um acumulador próprio. Os acumuladores de bateria servem de propulsores funcionais em parques eólicos a caminho para a rentabilidade, a segurança de fornecimento e a qualidade da rede. A fim de as manter ligadas à rede durante mais tempo, as instalações mais antigas podem ser equipadas de forma eficaz com acumuladores, fora dos períodos subsidiados. A Phoenix Contact acompanha este desenvolvimento com sistemas modulares para a instalação de acumuladores de energia.

Com um rendimento de 125,3 mil milhões de kWh, a energia eólica é a fonte mais importante no cabaz energético da Alemanha.

Combinação de energia eólica e acumulador para uma segunda vida

Entretanto, 46,2% do consumo total de eletricidade na Alemanha é coberto por fontes renováveis. Os números da Agência Federal do Ambiente alemã referem-se a 2022 e mostram que a energia eólica é a fonte mais importante no cabaz energético, com um rendimento de 125,3 mil milhões de kWh. Segundo a Statista, a percentagem da energia eólica foi de 21,7%.

Isto pode parecer bom à primeira vista, mas não deve ocultar o facto de que, de acordo com a Agência Federal do Ambiente alemã, é necessário aumentar o ritmo de expansão da energia eólica para atingir os objetivos climáticos. Para além da expansão adicional, é recorrente a questão de como lidar com os aerogeradores mais antigos. Trata-se principalmente de aerogeradores que foram construídos com subsídios estatais ao abrigo da legislação sobre energias renováveis alemã, que entrou em vigor em 2000. Consequentemente, os primeiros aerogeradores têm agora 20 anos e são considerados "não subsidiáveis".

Devido à perda dos subsídios estatais, os operadores são confrontados com a questão económica de saber se devem desmantelar as instalações ou simplesmente continuar a operá-las. Uma terceira opção: o reequipamento em conjunto com acumuladores de energia industriais. Com esta reserva, também os parques eólicos mais antigos conseguem participar no mercado da potência de regulação primária. Para este efeito, a combinação de parque eólico e acumulador ocorre, idealmente, no ponto comum de ligação da rede. Isto cria uma unidade de reserva que pode fornecer uma potência de regulação primária devido ao seu acumulador de energia. É assim gerada uma segunda vida para os parques eólicos envelhecidos, uma vez que a combinação com acumuladores de energia abre modelos de negócio e de utilização completamente novos.

A Phoenix Contact acompanha este desenvolvimento com sistemas modulares para a instalação de acumuladores de energia. Com a tecnologia de comando, a empresa também fecha a lacuna entre a produção de energia, o armazenamento e o uso posterior. Por detrás disto está o objetivo do acoplamento sectorial, com o qual a Phoenix Contact continua a trabalhar na All Electric Society.

Dr. Rüdiger Meyer, especialista em acumuladores de energia da Phoenix Contact

Três formas de potência de regulação para manter a estabilidade da rede

A potência de regulação primária é necessária para manter a estabilidade da rede de energia elétrica. Dada a sua natureza, esta não tem qualquer hipótese física de armazenar energia. Consequentemente, é necessário encontrar um equilíbrio constante entre a oferta e a procura. Neste ponto, o sector energético distingue três formas de potência de regulação, que se definem pela sua capacidade de poderem ser disponibilizadas ao longo do tempo. A potência de regulação primária tem de estar disponível no prazo de 30 s. No caso da potência de regulação secundária, a reserva é de cinco minutos e também tem a tarefa de assumir dentro de 15 minutos a função da potência primária – para que esta possa recuperar. A regulação terciária é também designada potência de reserva em minutos. Também esta tem de estar disponível no prazo de 15 minutos para uma energia de regulação negativa e positiva. Para potências positivas recorre-se geralmente a centrais elétricas que permitem um arranque rápido. As cargas negativas podem ser alcançadas com grandes consumidores, como fornos de arco elétrico, aquecedores de acumulação noturna, centrais de acumulação por bombagem ou a paragem controlada de aerogeradores. Todas as medidas brevemente descritas visam o objetivo global de garantir a estabilidade da rede. "Se a carga for demasiado elevada, a frequência diminui. Se as cargas forem removidas, aumenta. Devem ser evitados ambos os casos", resume o Dr. Rüdiger Meyer, especialista em aplicações de acumuladores de energia da Phoenix Contact.

De um ponto de vista económico, as centrais elétricas com turbina a gás rapidamente disponíveis são tão ineficientes para a potência de reserva em minutos como a paragem de parques eólicos. Por um lado, a energia elétrica é produzida com um elevado consumo de energia primária e, por outro lado, não é aproveitada a energia cinética disponível do vento. Face a este dilema, o Dr. Rüdiger Meyer vê muito boas perspetivas de desenvolvimento, nomeadamente para equipar os parques eólicos existentes com acumuladores de energia à escala industrial. "Se combinarmos parques eólicos com acumuladores de grandes dimensões, estes podem ser usados para amortecer as curvas de carga da rede. Graças aos seus próprios acumuladores, os aerogeradores também podem permanecer no vento e produzir energia mesmo quando a rede está cheia." Na direção oposta, a energia pode ser retirada do acumulador mesmo quando não sopra nem uma brisa. Por conseguinte, as unidades terão também um papel importante na estabilidade da rede.

Equilibrar picos de carga e ainda ganhar dinheiro

E é precisamente neste ponto que se desenvolvem novos campos de atividade no sentido do "reequipamento", especialmente para os parques eólicos mais antigos. A combinação com sistemas de acumulador baseados em baterias de íons de lítio ou células de fluxo redox presta uma contribuição valiosa para a estabilidade da rede. Além disso, são criadas novas oportunidades de retorno para os operadores – através de operações de arbitragem. Neste caso, há um grande impacto da forte flutuação dos preços da eletricidade no mercado à vista. O acumulador absorve a energia eólica durante os períodos de tarifas baixas e volta a libertá-la a preços mais elevados, durante os picos de carga temporários. Este modelo económico tem, sem dúvida, uma motivação monetária, mas mostra que a produção e o consumo de energia podem ser separados temporalmente com a ajuda de acumuladores. Este desacoplamento abre, portanto, novas oportunidades de acoplamento sectorial a caminho para a All Electric Society.

Para este efeito, a Phoenix Contact já oferece soluções preparadas, incluindo aplicações parciais prontas a instalar para equipar aerogeradores. O âmbito de funcionamento estende-se até às aplicações em cloud, incluindo a integração de normas de comunicação atuais e futuras. A plataforma de controlo aberta PLCnext desempenha aqui um papel fundamental, uma vez que pode ser usada para satisfazer convenientemente os requisitos individuais. Tal inclui também modelos de negócio baseados na Internet das Coisas. Estes são necessários no que diz respeito aos serviços com base na cloud e aos processos de informação com recurso a bases de dados. Ao nível do hardware, são utilizadas, entre outras, soluções completas para a gestão da entrada de energia. O sistema muito abrangente oferece, p. ex., soluções de ligação para a eletrónica de potência com qualquer secção transversal. A Phoenix Contact também oferece aplicações preparadas para o monitoramento da rede. Obrigatório: a proteção eficaz e fiável contra descargas atmosféricas através de Dispositivo de proteção contra descargas atmosféricas.

Centrais elétricas híbridas renováveis

"Todo o nosso portfólio coloca-nos na posição privilegiada de poder apoiar o reequipamento de parques eólicos com acumuladores de energia – até à engenharia. Isto permite-nos criar uma base essencial para o acoplamento sectorial", resume o Dr. Rüdiger Meyer. A modernização dos parques eólicos com acumuladores de energia transforma as instalações de produção de energia renovável em centrais híbridas renováveis – ou seja, produção e armazenamento de energia num só local. Dr. Rüdiger Meyer: "Neste contexto, os acumuladores de bateria são uma alternativa muito viável para substituir as centrais elétricas de pico de carga, especialmente porque os acumuladores de bateria não têm de arrancar primeiro e fornecem a sua potência uma questão de milissegundos."